第4章透析、电渗析与膜电解课件.ppt

1、第4章 透析、电渗析与膜电解4.1 透透析析（Dialysis）4.2 电渗析（Electrodialysis）4.3 双极膜水解离（EDBM）4.4 膜电解（Dialysis）2022-10-194.1 透析透析（Dialysis）人工肾类型荷电膜非荷电膜材料疏水亲水聚丙烯腈聚酰胺聚甲基丙烯酸甲酯纤维素聚乙烯醇4.1.1 膜2022-10-19均相对称均相非对称膜结构医用膜有关领域的关键点聚合物科学纤维研究聚合物膜技术膜器械工艺透析器性能检测治疗方法临床经验患者材料成分处理方法 设备装置生物监测医护方案4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-194.1.2 透析过程机理透析膜两侧

2、物质的浓度平衡 透析透析是溶质依靠其在膜两侧液体中的浓度差与膜的孔径大小，从膜的进料侧通过透析膜流向透析液侧的过程。尿素肌肝酸NaNaKK葡萄糖OH2OH2白脘肝素COOCH3OH2OH23HCO34POMg24SO红血球Ca白脘CaMgCa病毒透析液半透膜血液细菌4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-194.1.3 透析过程的通量模型溶质通量pLJPV溶剂通量cPJcJmVsS1mkmDKqDAP131溶质直径比膜孔小得多时，q0K1=1mppPDLr82mmPR182kPpArL 4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19铜仿渗析膜装置（PT-150）通用的常数

3、值 溶 质 尿素肌氨酸酐尿酸稀盐酸蔗糖蜜三糖维生素B12 MW 60113168953425041355 Pm103/(m/h)3.181.31.140.9320.5260.3670.166 0.00.0-0.1570.2410.387 Rm/(min/cm)18.9(13.1)35.8(22.8)52.6(30.7)64.4(34.7)114.0164.0362.0 DW/(m/cm)(1400)(830)(630)(750)WmmWDRPM,4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19典型透析膜标准扩散系数Dm/DW与溶质分子量的关系 低分子量侧，膜对溶质的扩散系数影响明显。随

4、分子量，膜对溶质分子阻力趋于极限。4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-194.1.4 透析液的种类及其组成透析液应具备的基本条件：能充分清除体内代谢产物能维持体内电解质和酸碱平衡透析液与血液的渗透压基本相近容易制备保存，对机体无害透析液醋酸盐型、无钾型、无糖型高钠或低钠型、碳酸氢盐型4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19%浓度100806040200130钠离子50.1钙离子50.0镁离子8.1葡萄糖透析液中有关离子的浓度范围13613075.150.175.050.085.076.0136135858.10.2Lg0.2LmolLmolLmol4.1 透析透

5、析（Dialysis）2022-10-19BoBocQBoBocQBiBicQ4.1.5 透析过程的种类及其清除率血液透析血液透析（Hemodialyse,HD）血液滤过（Hemofiltration,HF）血液洗滤(血液渗析过滤)（Hemodiafiltration,HFD）血液血液DiDiQcDoDoQc透析液透析液血液透析（HD）血液滤过（HF）BiBicQ血液血液预稀释透过液FFQc后稀释4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19血液洗滤（HFD）BoBocQBiBicQ血液血液后稀释DiDiQcFDoDoQQc透析液透析液 对于中空纤维膜透析器，通常血液在中空纤维内流动

6、，而透析液同时在膜的外侧流动。4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19流动形式并流逆流错流Nicholas计算表明：浓度差或脱除率：逆流错流并流4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19聚合物形式聚合物材质临床应用商品化线性缩聚合成聚合物聚酰胺(脂肪族-芳香族)聚碳酸酯-聚醚聚砜聚醚砜磺化聚砜HFHF,HDFHD,HFHFHF纤维素再生纤维素醋酸纤维素二醋酸纤维素三醋酸纤维素HD,HDFHD,HDFHD,HF,HDFHF线性加成聚丙烯腈聚丙烯腈-甲代烯丙基磺酸钠聚乙烯-聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚电解质HF,HDFHDFHD,HF,HFHD,HDFHF无机玻璃HFH

7、F-血液滤过；HD-血液透析；HDF-血液透析过滤4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19BoBocQBiBicQ血液血液DiDiQcDoDoQc透析液透析液血液透析（HD）BiBiBoBiLQcccc溶质清除率 相对分子质量11002000小分子毒物 血液透析疗法是利用膜的分隔作用，借助膜两侧的溶质浓度差及渗透压差的作用，使血液中的小分子代谢废物扩散通过膜进入透析液，透析液中的某些组分则通过扩散进入血液，使血液达到需要的离子平衡。4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19BoBocQ血液滤过（HF）BiBicQ血液血液预稀释透过液FFQc 血液滤过是以液体静压差

8、为推动力，使血液中要清除的毒素成分随水透过膜离开血液而去除。BiBoFLFBiBiBiS ccccQQcc溶质清除率 滤过滤膜孔径比透析膜大得多。滤过膜水渗透率比透析膜大2040倍。小分子量肌酐、中等分子量代谢废物、VB12后稀释4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19血液洗滤（HFD）BoBocQBiBicQ血液血液后稀释DiDiQcFDoDoQQc透析液透析液 血液洗滤是血液透析和血液滤过相结合的过程，采用密闭性较好的透析液作为置换液补充到血液中，以此来自动保持过滤和置换的平衡。BiBoFBiBoBiLccQQccc溶质清除率大分子量毒物4.1 透析透析（Dialysis）

9、2022-10-19血液透析血液洗滤02040608010012014016018020010000100010010溶质相对分子质量清除率（ml/min）大分子三种透析过程的清除率比较血液滤过4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19 吸附-透析型膜组件，将过滤型或透析型膜组件分别与吸附剂相结合，可直接用于分子量稍大、且不易透析的血液内代谢废物在短时间内快速除去。BDBDaBDBDBDaDBLQQQQKQQQQQQKQQcexpexp1min500mLQDBQ34.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19，Q，QDB不大时且缓慢aDBDK，QQQ LaD，cKQ1x

10、，QD相对清除率无限大时1x，QD相对清除率无限大时BDQQ5.225.12.11不同透析液流量比对清除率的影响77.00.35.2相对清除率x4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19典型板框透析器的重复单元1,3进料框和隔板；2,4膜4.1.6 应用4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19血液透析（HD）示意图1-压力调节；2-热交换器；3-恒量器；4-加热器；5-除泡泵；6-除气槽；7-粘液泵；8-浓度检测；9-循环泵；10-透析器；11-血泵；12-动脉夹；13-静脉夹；14-气泡检测4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-19各种血浆分离过程

11、示意图1-血泵；压力调节；2-血浆滤器；3-血浆泵；4,8-血浆成分分离器；5-加湿器；6-细胞分离器；7-血液灌流器；9-血浆免疫吸附器；10-血浆吸附器4.1 透析透析（Dialysis）2022-10-194.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）其中经历了三大革新 具有选择性离子交换膜的应用 设计出多隔室电渗析组件 采用频繁倒极的操作模式电渗析器工艺简单操作方便脱盐率高耗电量少制水成本低不污染环境设备占地面积小2022-10-19离子交换膜膜的主体固定部分活动部分高分子骨架部分离子交换基团(固定电荷基团)反离子(对立离子)唐纳渗透离子(同名离子)溶剂(如水)增强材料4.2.

12、1 电渗析膜无机有机玻璃纤维布涤纶、锦纶氯纶、丙纶网材衬底 聚烯烃及其衍生物4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19主体组分树脂相粘结剂、增塑剂、着色剂防老剂、抗氧化剂、脱膜剂均相膜异相膜各成分以分子状态(至少在亚微观状态)均匀的分布不存在相界面通过粘结剂把粉状树脂制成片状膜粉状树脂颗粒与粘结剂等其他组分之间存在相界面4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19离子交换膜制备制备过程R成膜R引进交联结构R导入活性离子交换基团制膜途径R先成膜后导入活性基团R先导入活性基团后成膜R成膜与导入活性交换基团同时进行4.2 电渗析电渗析（E

13、lectrodialysis）2022-10-19制造工艺R热压法R涂浆法R浸渍法R流涎法R含浸法R辐照接枝法R交聚法R切削法R浇注法R直接处理法R喷涂法R离子移变凝胶法4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19异相离子交换膜4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19型号组成中有关代号意义苯乙烯系丙烯酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系骨架名称膜产品分类号产品名称0123456强酸性弱酸性强碱性弱碱性螯合型两性氧化还原型膜骨架分类号01234564.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19离子交换

14、膜的主要技术指标指标名称技术指标值指标名称含水率%交换容量膜面电阻/cm2选择透过率/%35502.0 12 92阳膜阴膜35501.8 13 904.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19磺酸型阳膜的孔隙结构示意图静电作用：优先吸附高电荷密度反离子位阻作用：优先通过小体型离子某些阳离子的选择性：222222222MgZnCoCdNiCaSrPbBaLiNHKRbCsAgTi4某些阴离子的选择性：SCNBrCrONOISO24324草酸根柠檬酸根FClSCN醋酸根甲酸根4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19反渗透电渗析盐和水水

15、水pp盐阴离子盐和水阳离子EE水 电渗析电渗析：在直流电场的作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。4.2.2 原理4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19直流电源正极负极ACAC ACfeellNaClNaNaNaNaNaNaClClClClClCl浓浓淡生成物电极反应NaOHH,2生成物电极反应HClClO,22电渗析过程原理A-阴离子交换膜；p-稀薄食盐水；C-阳离子交换膜；b-浓缩食盐水；f-原液bp4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19电渗析脱除溶液中离子的基本条件直流电场

16、的作用离子交换膜的选择透过性使溶液中的 离子向 极方向迁移正阴负阳 使溶液中的荷电离子在膜上实现反离子迁移4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 由阳离子交换膜组成的电渗析器。CCCCC进料进料盐水盐水NaNaClClClCl2Ca2Ca24SO24SO3HCO3HCO软化水含钙盐水硬水的软化4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19AAAAA柠檬汁减酸 由阴离子交换膜组成的电渗析器。柠檬汁3Citrat3Citart3Citrat盐水KOHOHOHOH

17、OHKK柠檬汁含酸废液流4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19阴极阳极COOHCRH3NHCOOCRH3NHCOOCRH2NH阳离子交换膜pIpH pIpH pIpH 阴离子交换膜氨基酸电渗析过程 合理调节电渗析过程各室的pH值，并维持在稳态条件下，则可将带有不同等电点的混合氨基酸分离。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19装置设计与系统应用灵活，操作维修方便装置使用寿命长原水回收率高工艺过程洁净能量消耗少，经济效益显著特点4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）与离子交换相比：无大量废酸、废碱液的排放问题与

18、反渗透相比：无高压泵的强烈噪声2022-10-194.2.3 电渗析的基本理论（1）Sollner双电层理论电位x x0膜距离膜-溶液界面离子分布及其相应化学电位与距离的关系 1949年，Sollner提出了用于解释离子交换膜 的双电层理论。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19电渗析的规律?异性电荷相吸。?膜中固定离子越多，吸引力越强，选择性越好。?在电场力作用下，溶液中的阳离子作定向连续迁移通过带负电的阳离子交换膜。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（2）Gibbs-Donnan膜平衡理论 起初用于膜两侧大分子渗透

19、平衡，以及离子交换树脂与电解质溶液间的平衡。后来也能很好地解释膜与电解质溶液间的离子平衡。当离子交换膜浸入氯化钠水溶液时，溶液中离子和膜内离子发生交换作用，最后达到平衡，构成膜内外离子平衡体系。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19NaNaClClOH2OH2R阳离子交换膜与水溶液中氯、钠离子的Donnan平衡 可透过离子在膜两边不是平均分布。两个假定4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19NaNaClClOH2OH2R两个 假定膜内外离子的化学位相等膜内外各种离子总浓度满足电中性4.2 电渗析电渗析（Electrodial

20、ysis）2022-10-19结论膜上膜无选择性，cR0膜上%100膜选择性，cR 膜选择性膜上被处理溶液中，ccRCl4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 AC阴膜阳膜 OHCl2OHNa2电渗析过程中发生的各种传递现象NaCl水溶液阳极阴极反离子迁移 OHNa2OHCl2同名离子迁移 OHCl2OHNa2电解质渗析OH2水的渗透 OHNaCl2压差渗漏浓水室浓水室淡水室 水的分解OHH主要过程次要过程过程非必要4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2.6 电渗析器工艺计算（1）水流线速度淡水隔室流量NWdQV36

21、00106 水流线速度水流线速度：单位时间内通过电渗析器淡水隔室单位横截面积上水的流量。15,5V4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（2）水流压降510bALVp 单位电渗析的水流压降水流压降即为水流阻力损失，主要由脱盐流道压降、内配水管和外配水管的压力损失及各部位局部阻力损失所组成。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19隔板结构经验系数厚度/cm隔网形式22.22.5鱼鳞网无网细网Ab0.25600.15970.69341.91.21.3某些类型隔板的经验系数 DSA-11/200型电渗析器，环形配水组装，单台水流压

22、降：854.00106.0Vp 4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（3）极限电流与操作电流密度 极限电流极限电流是指电渗析发生极化时的临界电流。极限电流密度极限电流密度是指通过单位面积离子交换膜的电流。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（4）电流效率INFccQdodi 电流效率：电流效率：为单位时间内实际脱盐率与理论脱盐率的百分比。表示电渗析过程中电流利用程度。molCF96500苦咸水脱盐海水脱盐95,9085,704.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（5）出口浓度极限电流

23、VcFdLiccdidolimexpnmididoVcFdLkcc11expnmiVckilim4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（6）脱盐率 脱盐率：脱盐率：电渗析器除掉的盐量与给水含盐量的百分比。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）VAeflim2022-10-19（7）脱盐能耗 脱盐能耗：脱盐能耗：单位物质的量电解质所需的脱盐能耗或单位体积产水量所需的直流电能耗计算。fNcQRIWdidsN271078.2NFcfRiWdismM71078.2310QIUWiiM4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10

24、-19（8）膜对电压一个膜对一张阳膜一张阴膜浓、淡水隔板 膜对电压：膜对电压：在电渗析器运行过程中，电流通过该膜对的压降。整流器设计选型依据VckUmP4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 膜堆电压：膜堆电压：加在膜堆两端的电压，由N对单位膜对电压构成。PsNUU 总电压：总电压：膜堆电压与极区电压之和。esUUU极区电压引出线与电极之间的接触电位电极本身的电压降电极与电极水之间的电极电位极水与极膜的电阻形成的电压降4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（9）膜对电阻caacaRp321低浓度32，DSA II-1型，碳

25、酸氢盐水溶液ccRp3.409.3221.14.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（10）水泵功率102QHN有效水轴102QHN传轴机NKN1.11.24.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2.6 电渗析器及其脱盐流程设计（1）电渗析器及其脱盐流程电渗析器立式卧式隔板网式冲格式0.51.5mm4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19300 1600400 1600400 1200400 800隔板外形尺寸(宽长)/mm代号电渗析型号ABC0.9mm无回路式0.5mm无回路式1.0mm

26、冲格式型号组成中有关代号意义代号4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19脱盐、脱酸的主要场所电渗析装置膜堆极区夹紧装置交替排列主要指电极不致产生内渗外漏阴、阳离子交换膜供给直流电通入极水引出极水排出电极产物浓、淡室隔板实现反离子迁移？阴、阳离子交换膜交替排列不溶性电极材料4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19电渗析膜对结构膜对一块浓(淡)水室隔板一张阳离子交换膜一块淡(浓)水室隔板一张阴离子交换膜一系列的膜对组装在一起，称为膜堆。用夹紧装置将膜堆、电极等部件组装成一个电渗析器，称之为台。一台电渗析器内的电极对数就是它的级数。

27、4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 一台电渗析器中浓、淡水隔板水流方向一致的膜堆称为一段。水流方向每改变一次，段数就增加一段。段与段的串联级与级的串联台与台的串联系列串联4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）一级一段并联串联 段与段间的组装一级二段或一级多段二级二段或二级多段 二级一段产水量与膜对数成正比脱盐率取决于一块隔板的流程长度直流型隔板大、中型操作电压成倍降低减少整流器输出电压脱盐率高单台，一次脱盐产水量少一次脱盐过程2022-10-19进水出水进水出水进水

28、出水进水出水一级一段二级一段一级二段二级二段4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19电渗析的脱盐流程一次连续式脱盐循环间歇式脱盐部分循环式脱盐原液稀释液浓缩液一次通过连续脱盐4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19部分循环式脱盐流程原液稀释液浓缩液4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）稀释液间歇（循环）式浓缩液原液2022-10-19（2）脱盐级数的确定多级连续式脱盐npff11pffn1lg1lg多级部分循环连续式脱盐ndodiFRPFccQQcc14.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）202

29、2-10-19工艺流程（3）实际操作电流密度的确定 单台一级多段或多级多段连续式流程一般采用一台整流器供电。调节各段组装的膜对数来改变各段中的流速，使组装膜对数和操作电流密度最佳化。多级多段连续式流程，在等流速下或等压下进行操作。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 等流速下，各级装置的极限电流密度与该脱盐淡水室中进出口对数平均浓度的比值为常数。111lnlndidodidonndidodindocccciicccc 若进出口浓度确定，则第n级电流密度LVdFccindodin原液稀释液浓缩液4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-

30、10-19 部分循环式流程nRRiCQ原液稀释液浓缩液2022-10-19 循环式流程 运行电压：按该批量循环终止时操作电流所对应的电压。VckUmPePUUUcaacaRp321UPURp欧姆定律ib,ie浓缩液原液稀释液等压操作4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19dodidodiccccclncmb,cmenmiVckilimcebebmiiiiiln4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19（4）膜对数（面积）计算 连续式流程恒定电流效率pdodiAiQFccN111pnndodinAiQFccN等流速11212ndi

31、didididodododinncccckcccc总膜对数N1niiNN原液稀释液浓缩液4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 部分循环连续式流程FQQRcc111didopccQFNi AdidonnnpccQFNi A1niiNN原液稀释液浓缩液4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 间歇循环式流程didonnccVdFiLlnbembeiiiii111didoFpccQ FNi AdidoFnnnpccQ FNi A1niiNN浓缩液原液稀释液4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19

32、4.2.7 电渗析中的浓差极化现象 电渗析极化现象电渗析极化现象：当恒定的工作电流通过离子耗竭溶液层时会引起非常大的电压降，并迫使其溶液中的水分子解离，产生H+和OH-来弥补及传递电流的现象。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19阳极阴极阴离子累积区阳离子累积区边界层边界层阴离子耗竭区阳离子耗竭区电渗析过程中的浓差极化AC|电耗上升。|水流阻力增加，影响出水水质、水量和电渗析器的正常安全运行。|膜电阻增大，缩短膜的使用寿命。危害4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19严格控制操作电流，使整个电渗析过程均控制在低于极限电流下运

33、行。对电渗析装置的极限电流，逐级逐段地进行实测或推算，并逐级相应地调整操作电压或操作电流。7090%极限电流措施4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19采取有效易行的方法强化传质过程，提高装置的极限电流密度。提高温度，增加水中离子浓度，加快流速，导入气泡进行搅拌，改善水质预处理方法，适当减薄隔板厚度，选择良好的布水槽和填充网。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）采用定期酸洗，解体清洗，加入防垢剂和倒换电级操作等措施来消除极化沉淀。2022-10-19无极水电渗析技术 无隔板电渗析器 卷式电渗析器 填充床电渗析技术 电渗析装置的改进4.2 电渗

34、析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2.8 倒极电渗析的设计原水池淡水池排放倒极电渗析工艺流程浓水池补水EDR+-EDR-+倒极电渗析倒极电渗析（Electrodialyais Reversal）：在操作运行过程中，可实现每隔一定时间倒换一次电极极性的电渗析装置。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19R电渗析内浓、淡水系统的流向改变R电渗析内浓、淡水室互换消除膜面沉淀物累积，克服膜堆沉淀28小时倒换一次电极极性运行周期增长特征 美国Ionics公司开发出的15-30min自动倒换电极极性并同时自动改变浓、淡水水流流向的电渗析的E

35、DR装置及其工艺，被称为频繁倒极电渗析，以示与我国EDR的区别。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19计算脱盐率f%100ydycccf设计步骤及参数选择程序原水水质选定浓缩倍数BB水利用率电渗析器结构形式4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19DSA-型、DSA-型电渗析器的浓缩倍数与水利用率的关系nf水利用率水利用率m/%B=1.5B=2.0B=2.5B=3.0B=3.5B=4.0B=4.5B=5.0B=6.0B=7.014567.976.381.284.586.388.589.890.192.493.526863.47

36、1.276.279.882.484.486.087.389.390.837762.269.774.778.280.183.084.786.188.289.8B较小B，mB较大B，m4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19计算循环浓水（浓水池）的质量浓度cnynBcc 计算换向影响系数T12ttT 4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19DSA-型、DSA-型电渗析器dQLScbnVandt36006020.31DSA-型18,24,158cbaDSA-型5,12,165cba 多台电渗析并联时，按外管路长度最长最长的一台计算。

37、4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19计算电渗析淡室进水总量QdTQQdcd1dcdQQ4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19根据Qd及f，按常规方法确定电渗析器规格型号及台数N。pdodiAiQFccN111pnndodinAiQFccN1niiNN4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19计算水利用率m%100111fBfm计算值与要求相差较大时，调整B11fmmfB4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19浓水池补水量QBQmQQdcB浓水排放量Qpdc

38、BdpQQQQ4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19浓水池容积Vn的用水量不小于 h111极水有关参数确定jfjQcV：4102极水水箱容积保持浓水水位及浓度的动态平衡Lmg：/20001000极水含盐量4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.2.9 离子交换树脂填充式电渗析 填充床电渗析填充床电渗析，又称为电去离子(Electrodeio-nization，简称EDI)或连续去离子(Continous deio-nization，简称CDI)净水技术，是将离子交换与电渗析膜分离技术有机地结合起来的一种新型水处理方法，它

39、利用电渗析过程中极化现象对离子交换填充床进行电化学再生。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）深度脱盐|树脂失效后需再生水解离|浓差极化脱盐不彻底2022-10-19三种水处理工艺的比较工艺工艺 产水水质产水水质电功率电功率/(kWh/m2)水利水利用率用率/%膜或膜或树脂树脂寿命寿命/年年运行运行方式方式树脂树脂再生再生酸碱酸碱排放排放电阻率电阻率/Mcm内毒素内毒素反渗透反渗透-EDI1518阴性阴性3.0553连续连续简便简便无无无无电渗析电渗析-离子交换离子交换1518阳性阳性3.0553间歇间歇麻烦麻烦较频较频繁繁较严较严重重离子交换离子交换1518阳性阳性2.4约约

40、802间歇间歇麻烦麻烦频繁频繁严重严重4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19离子交换树脂用量少，无离子交换混床及再生装置，连续深度脱盐；清洁生产；工艺过程易实现自动控制，产水水质稳定，且产水水质高；可脱除弱解离物质；装置占地空间小，操作安全性高、运行费用低。特点4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19填充式电渗析内膜与混合离子交换树脂的组合结构阳极阴极浓水室AMCMAMCM淡水室浓水室NaNaNaNaClCl阳离子交换树脂阴离子交换树脂S电渗析S离子交换S树脂再生HHHHOHOHNaHHNa过程4.2 电渗析电渗析（Elec

41、trodialysis）2022-10-19一般，EDI对进水水质有要求。若以自来水为进水，则需加反渗透预处理。美国Ionpure Technologies公司的EDI装置进水水质要求温度/钛、镁、硫化物/(mg/L)游离氯/(mg/L)TOC/(mg/L)硬度/(mg/L)pH值10350.010.10.51.0454.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19项目单位指标TEAppm25电导率scm4-30pH58硬度ppmCaCO31.0活性SiO2ppm0.5总有机碳TOCppm0.5余氯ppm0.5Fe,Mn,H2Sppm0.01SDI 15min1水温5

42、35进水压力Psi/kg/cm225-60/1.5kg/cm2-4kg/cm2EDI进水指标4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19 目前商品化的EDI系统装置可直接生产516Mcm的高纯水，耗电约0.3kWh/m2。膜堆微型小型大型 2 m3/h4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19I注意合理配置阴、阳导电材料交换容量。选用选择透过性高、浓差扩散系数低的离子交换膜。装置的密封性要好。严防浓水和淡水在膜堆中互漏。4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19四种水淡化方法的成本与料液浓度的关系四种

43、水淡化方法的成本与料液浓度的关系4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-19电厂化学水处理电子、半导体、精密机械行业超纯水制药工业工艺用水食品、饮料、饮用水的制备海水、苦咸水的淡化小型纯水站，团体饮用纯水精细化工、精尖学科用水其他行业所需的高纯水制备 应用4.2 电渗析电渗析（Electrodialysis）2022-10-194.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）双极膜双极膜是具有两种相反电荷的离子交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜。在直流电场作用下，通过双极膜可将水离解，在膜两侧分别得到H+和OH-。适合于从强酸弱碱盐生产强酸和碱盐混合液。也可用于

44、强碱盐。4.3.1 基本知识2022-10-19过程简单效率高废物排放少体积小、器械紧凑特点4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19双极膜结构示意4.3.2 双极膜的特性双极膜阳离子交换层中间界面层阴离子交换层磺化PEK，过渡金属和重金属化合物聚乙烯基吡啶、聚丙烯酸、磷酸锆、季胺类化合物2.01.0几纳米4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19 膜面电阻小于5cm2，界面电阻与界面层厚度及其水解离率相关。能耐1001000mA/cm2的电流密度。双极膜几种常见构型阳膜层(N)和阴膜层(P)4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10

45、-194.3.3 双极膜的水解离理论电位和能耗磺酸型阳离子膜双极膜铵盐型阴离子膜其水的电解离机理基于膜上荷电基团的可逆质子传递反应膜上荷电基团的可逆质子传递反应OHHNRANOHNRAN22211kkOHNRANOHHNRAN322222kkOHHSOCAOHSOCA32333kkOHSOCAOHHSOCA332344kk4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19普通水的电解离反应反应电极通电eHOOH222122V：229.1理论电位OHHeOH22222V：828.0理论电位阳极阴极OHHHOOH22213222V：057.2总电位总双极膜水解离时：OHHOH2222

46、eHH222V：0理论电位OHHeOH22222V：828.0理论电位4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19 假定：在双极膜中间的界面层存在的水解离平衡为OHOHOH322 双极膜的理论电位由水解离过程中的自由能的变化来求得。双极膜界面层（25）Lmol：HiH7100.1的活度Lmol：OHiOH7100.1的活度膜外界相应离子活度oHoOH4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19 则生成1mol的理想溶液，H+、OH-从界面迁移到外表面的自由能变化为pHRTUFKRTRTnFEGWoOHoHiOHiH3.2lnln活度系数=1，25，pH=

47、14 U=0.828V4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19 按双极膜水解离的理论电位（0.828V，25）计算；生产1t NaOH的理论能耗为560kWh。实际双极膜水电渗离解的电压在1.0V左右：生产1t NaOH的实际能耗在 10002000kWh之间。采用电解法则需2.1V；能耗为 22003000kWh。4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-194.3.4 双极膜电渗析的水解离原理双极膜电渗析系统双极膜阴离子交换膜阳离子交换膜 双极膜电渗析利用水直接离解产生H+和OH-，将水溶液中的盐转化生成相应的酸和碱，或将废酸、废碱回收利用。4.3

48、 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19OHHOH2OHNaSOHNaHSO223OHSONaNaOHNaHSO23233NaHSO电场CCBMNaNa2SO生产42SOH32SONa回收2SO双极膜电渗析脱硫机理4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-194.3.5 双极膜过程电渗析参数（1）进料的种类、浓度及变化多为碱金属和铵的无机和有机盐类0.010.1 mol/L 易引起膜污垢的金属离子和高分子量的有机物（Ca2+，Mg2+，Fe3+）210-6 mol/L进料需预处理5m孔径的微滤膜4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19

49、（2）进料流速 双极膜组件隔板的间隙、构型和压差，以及电压与电流密度等条件。510 cm/s 保证迁移过膜界面的各种离子能迅速进入本体中。4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19（3）电压、电流密度及其变化膜堆电压电流密度膜堆电压1.52.5V三隔室电流密度50500mA4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19（4）过程能耗00ERIERRIEtdsmdc10010002EIRIAEAIPdtdcd4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19（5）过程放热 由于电阻等存在，不离解的水则转化为热能。0860.0EEAIQcd4.

50、3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）（6）所需膜面积dIJFA10 所选用的膜，其材质、孔径、面积，与操作费用、总投资密切相关。2022-10-194.3.6 双极膜的组装工艺及应用（1）制备有机酸传统的Vc生产工艺离子交换树脂化法硫酸酸化沉淀法|用酸再生，设备庞大，操作复杂，消耗大|过程复杂，消耗高|大量废液4.3 双极膜水解离双极膜水解离（EDBM）2022-10-19OHH双极膜电渗析工艺VcVcNa CCAC(+)(-)VcNaNaVcHVc浓缩产品NaOHNa2040%1 mol/LVcNa制备Vc的双极膜电渗析工艺示意pH=1.702.354.3 双极膜水解离双极膜水解离（ED