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电渗析原理和性能

更新时间:2023-05-17    点击次数:529

ED的原理和性能

近些年来,ED技术逐渐在废水处理lingpaifang工艺中展现出dute的优势。

ED的原理如图1所示。

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ED系统主要由电极、离子交换膜、隔板、辅助垫片等组成,并被液压装置压紧在机架上。含盐水经过循环泵进入ED膜堆,并通过隔板将盐水分布在各个淡水室,在两极板的强电场作用下,盐水中的阴阳离子发生定向移动,阴离子穿过阴离子交换膜迁移到浓室,继续迁移时受到阳离子交换膜的阻挡而停留在浓室,阳离子亦然。随着离子的迁移,浓水室的含盐量越来越大,淡水室的含盐量越来越小,达到出水条件后在各自水箱中溢流排出[4]。

评价ED最直观的性能在于淡水回收率、电流效率、脱盐能力和使用寿命等因素。除了自然条件外,进出水流速和模式、离子含量和种类、电流密度和离子交换膜的性质等,均深深影响着ED设备的性能。

郭春禹等采用国产低含量淡化均相ED设备,考察了不同操作条件下的单程脱盐率,研究表明,膜堆的单程脱盐率随着进水含盐量、流速的增大而降低,随着电流密度的增加而升高,脱盐率随水中离子种类变化顺序为:NaCl > Na2SO4 > NaCl+Na2SO4 >NaCl+MgSO4 > NaHCO3 > MgSO4[5]。这为ED处理水质较杂的脱硫废水提供了一定的经验数据。

由于离子在离子交换膜中的传质速率远大于在水中,因此随着电流密度的不断升高,膜两侧会出现浓差极化现象,导致能耗的增加及膜破坏的可能,因此工作电流密度应在极限电流密度之下。MENG等研究表明,膜堆的最大工作电流密度应处于极限电流密度的70%~80%[6]。

离子交换膜是ED最核心的部分,几乎决定着ED系统的性能。李丽等实验对比了中外5家生产商制备的离子交换膜除盐性能,结果表明,其中AGC传质性能较好、能耗较低,应用于纯盐浓缩工艺更占优势[7]。

王天成通过计算流体动力学方法对隔网形状进行模拟研究,研究发现,采用菱形隔网可使进水分布更均匀,传质更均匀,流动死区更小,从而减缓浓差极化,降低能耗[8]。

如此多的因素影响了ED膜堆的性能,无疑增加了其理论计算,限制了其实用和推广,因此建立ED的传质模型是非常有必要的。祝海涛等综述了Maxwell-Stefan等6种ED传质模型,对比了各个模型的优缺点,并提出了ED模型未来的研究方向在于采用仿真工具并结合经验方程和系数,进一步优化ED的传质模型[9]。

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