文档介绍：第九章膜分离
概述
电渗析
反渗透
超滤
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第一节概述
膜分离法:利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称,
溶剂透过膜的过程称为渗透
溶质透过膜的过程称为渗析
常用膜分离方法:电渗析、反渗透、超离离子
磺酸性阳膜
固定基团 解离离子
季铵型阴膜
Na+
Na+
Cl-
热运动解离到溶液中去
外电场作用下
双电层
离子交换膜中活性基团越多，双电层越厚，固定基团对反离子的吸引力和对同粒子的排斥力就越大，膜的选择性越好。
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Donnan膜平衡理论
膜相和溶液相，Na+型强酸离子交换膜浸入NaCl溶液中，离子在膜和溶液中发生交换。
顿南膜平衡示意图
膜
Ⅰ
Ⅱ
初始状态
平衡状态
膜
Ⅰ
Ⅱ
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当体系处于平衡时，膜两侧的钠离子和***离子碰撞数应该相等：
根据电中性法则：
因此上式可写成
由此可见，平衡时：
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阳膜内阳离子浓度大于溶液中阳离子浓度，而阳膜中阴离子浓度小于溶液中阴离子浓度。
说明阳离子容易进入阳膜，阴离子却受到阳膜的排斥，也就是说膜对离子具有选择透过性
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三、电渗析器的构造
1主要部件
离子交换膜：组装前膜预处理，操作溶液浸泡24-48小时，停运时充满溶液
隔板：膜的支撑体，保持膜间距，水流通道，
水流方式不同：有回路隔板无回路隔板
作用不同：浓、淡室隔板、极框、和导向隔板
电极：要求耐腐蚀、导电性能好
夹紧装置：把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体
2电渗析器组装
基本术语：
膜对：由1张阳膜、1张淡水隔板， 1张阴膜、1张浓水隔板按一定顺序组成的电渗析器膜堆的最小脱盐单元
膜堆：若干模对的集合体
级：电渗析器中一对电极之间所包含的膜堆称为一级，一台电渗析器的电极对数就是这台电渗析器的级数
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段：电渗析器中淡水水流方向相同的膜堆称为一段
台：用锁紧装置将电渗析器各部件锁紧成一整体称为一台电渗析器
系列：将多台电渗析器串联起来成为一脱盐整体称为一系列
组装形式：
可以按级段组装成各种方式
增加级数可降低电渗析的总电压，增加段数可以增加脱盐流程长度，提高脱盐率
一般每段内的膜对数为150-200对，每台电渗析器的总膜对数不超过400-500对
3附属设备
整流器、水质检测、水量计量、升压升泵、预处理装置、进出水管路、酸洗设施等
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四电渗析器的操作控制
1电能消耗
单位体积成品水的电能消耗按下式计算
电阻消耗占较大部分，电流效率随水的净化程度提高而降低
2电流密度控制
（1）浓差极化：电流密度过大所致
离子在膜中的迁移数大于溶液中的迁移数，膜两侧产生浓度梯度，电流强度越大，浓度梯度越大。电流提高到相当程度，c’值趋于零，淡水侧的边界层中就会发生水分子电离，这种情况称为浓差极化，此时的电流密度称为极限电流密度。
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在阴膜浓水一侧由于OH-的富集，产生氢氧化物沉淀，造成结垢，阳膜一侧也会发生。
控制极限电流密度，定期倒换电极和酸洗
（2）极限电流密度在临界极化状态下，离子在膜中的迁移量等于离子在溶液中的电迁移量与浓差扩散迁移量之和，即：
（9-6）
极限电流密度，A/cm2;
淡水室溶液主体对数平均浓度,mmol/L;
扩散边界层厚度,cm;
离子扩散系数,cm2/s;
法拉第常数,96500C/mol
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更一般的Wilson公式：
（9-7）代入（9-6）并令：
Wilson提出扩散层厚度δ计算式：
（9-7）
m为流速指数,~。K—是一个综合经验常数
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得到结论：①水质条件不变时，淡化室流速与极限电流密度成正比;②水量不变时，浓度成减小趋势，电流密度减小;③不能靠提高电流密度或降低水流速来提高水质，否则出现极化现象。
极限电流密度是电渗析器工作电流密度的上限：
还有一个下限：克服浓度差扩散，电流密度要大于该值。
3流速与压力确定
过大设备易产生漏水和变形，过小水流不均匀，容易极化和结垢。流速5~25cm/s，
五、电渗析除盐的设计计算
1设计步骤
计算出电渗析在临界极化状态下所需要的极限流程长度Llim
选定隔板形式，确定隔板构造数值
计算水流速度、电流密度、污染物含量
各段污染物含量均按临界极化状况的去除规律来分配。
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计算水头损失△p，以校核所选取的水流速的是否可行
根据电流密度计算电流，根据水的电阻率计算电压，一选择直流电源。
2计算公式
（1）电流效率
是衡量电能利用程度的技术经济指标。
法拉第定律：在电渗析过程中，当1摩尔的盐分从淡水室迁移至浓水室时