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编译服务: 水体污染治理 编译者: wangyang 编译时间: Jul 24, 2020 浏 览 量: 7

电渗析(Electrodialysis,ED)可能是最巧妙的膜分离过程。它不仅巧妙地使用两种功能完全相反的膜,还通过无形的电场巧妙地操控水中带电离子的迁移。作为一种水处理和分离技术,它广泛应用于苦咸水淡化、海水浓缩、废水回用和工艺分离等领域。电渗析技术130年的发展历史,既经历了突破与辉煌,也充满着彷徨与期待。

现代电渗析技术已经突破了传统渗析概念的范畴。从1890年迈格罗首次将电场引入渗析过程算起,电渗析技术至今已发展了130年。这其中,迈尔和施特劳斯提出的电渗析膜堆设计,确立了电渗析技术发展的最重要的技术方向;而犹大和麦克雷发明的离子交换膜,提供了电渗析技术实用的最重要的技术基础。

犹大和麦克雷对于电渗析技术的贡献,恰如洛布(Sidney Loeb)和索里拉金(Srinivasa Sourirajan)对于反渗透技术的贡献。而犹大和麦克雷之所以能发明离子交换膜,又与当时离子交换树脂技术的发展和成熟紧密关联。如果说机会只留给有准备的人,那么犹大在发明离子交换膜的前几年,对离子交换过程的研究就是最好的准备。

同为脱盐技术,电渗析过程与反渗透过程的本质类似,都是通过输入能量使物质发生跨膜迁移以达到分离目的,只不过在电渗析中迁移的是带电离子,在反渗透中迁移的是水分子。电渗析早于反渗透十年左右取得技术突破,这为它赢得了一定的发展先机。但反渗透技术后来的快速发展,还是严重挤压了电渗析技术的发展空间。

从应用目的来看,常规电渗析技术主要用于脱盐和浓缩。用于脱盐时,更关注淡水水质;用于浓缩时,更关注浓水水质。常规电渗析技术早期的处理对象主要是海水和苦咸水,其中苦咸水包括地表水和地下水。

作为典型的脱盐应用,电渗析海水淡化过程的能耗高、膜面积要求大,只适合小规模应用,主要解决饮用水问题;电渗析苦咸水淡化过程的能耗和膜面积要求都更具经济性。因此,Ionics等主要电渗析公司最初都把市场开拓的主要精力放在苦咸水淡化上。

作为典型的浓缩应用,以制盐为目的电渗析海水浓缩工艺,在日本独特的地域和技术条件下具备了相对经济性,成为电渗析技术大规模工业应用的一个重要成果。但由于这一工艺的吨盐电耗仍在150度以上,所以并未在世界其它地区广泛推广。

最近一二十年,常规电渗析技术的处理对象逐渐转向工业废水。倒极电渗析凭借较高的水回收率、较长的膜寿命、良好的耐氯性和一定的有机物耐受性等特点,在某些工业废水的脱盐应用中优于反渗透,或者与反渗透组合应用时能获得更好的综合效果。

电渗析技术近年来在工业废水处理中兴起的另一个应用是浓缩,特别是零排放工艺中蒸发器之前的减量浓缩。这一应用与电渗析海水浓缩过程极为类似,因此国内前期几个类似项目采用的主要是日本进口膜。

展望未来,电渗析技术仍将在与反渗透等技术的竞争中不断发展进步。国产均相离子交换膜、双极膜等核心产品的性能即将比肩甚至超过进口膜的水平。包括电去离子、双极膜过程等在内的特种电渗析技术将得到进一步发展和应用。

  
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