电渗析除盐试验指导书

电渗析除盐实验指导书实验七电渗析除盐实验一、实验的目的和要求1、了解、熟悉电渗析设备的构造、组装及实验方法；2、掌握在不同进水浓度或流速下，电渗析极限电流密度的测定方法；3、求定电流效率及除盐率。二、实验原理电渗析是一种膜分离技术，已广泛地用于工业放心液回收及水处理领域（例如除盐或浓缩等）。电渗析膜由高分子合成材料制成，在外加直流电场的作用下，对溶液中的阴阳离子具有选择透过性，使溶液中的阴阳离子 在由阴膜及阳膜交借排列的隔室产生迁移作用，从而使溶质与溶 剂分离。离子选择透过是膜的主要特性，可用道南平衡理论予以解释。应用道南平衡理论于离子交换膜，可把离子交换膜与溶液的界面看成是半透膜，电渗析法用于处理含盐量不大的水时，膜的选择透过性较高。一般认为电渗析法适用于含量在3500mg/L以下的苦咸水淡化。在电渗析器中，一对阴阳膜和一对隔板交错排列，组成最基本的 脱盐单元，称为膜对。电极（包括共电极）之间由若干组膜对堆 叠在一起，称为膜堆。电渗析器由一至数组膜堆组成。电渗析器的组装方法常见“级”和“段”来表示。一对电极 之间的膜堆称为一级，一次隔板流程称为一段。一台电渗析器的 组装方式可分为一级一段、多级一段、一级多段和多级多段。一 级一段是电渗析器的基本组装方式。电渗析器运行中，经过电流的大小，与电渗析器的大小有 关。因此为便于比较，采用电流密度这一指标，而不采用电流的 绝对值。电流密度即单位除盐面积上所经过的电流，其单位为： mA/cm2.若逐渐增大电流强度（密度）i,则淡水隔室膜表面的离子浓度C必将逐渐降低。当i达到某一数值时C -0,此时的I值称 为极限电流。如果再稍稍提高I值，则由于离子来不及扩散，而在膜界面处引起水分子的大量电离，成为H+和OH-o它们分别透过阳膜和阴膜传递电流，导致淡水室中水分子的大量电离，这种 膜界面现象称为极化现象，此时的电流密度称为极限电流密度， 以ilim表示。极限电流密度与流速、浓度之间的关系如式（7-1）所示。此式也称之为威尔逊公式iiim=KCVn式（7-1）式中n流速系数（n=0.8-1.0）v一淡水隔板流水道中的水流速度，cm/s;C一浓室中水的平均浓度，me/L ,实行应用中采用对数平均浓度;K一水力特性系数其中n值的大小受格网型式的影响。极限电流密度及系数n、K值的确定，一般采用电压、电流法，该法是在原水水质、设备、流量等条件不变的情况下，给电 渗析器加上不同的电压U,得出相应的电流密度，作图求出这一流量下的极限电流密度。然后改变溶液浓度或流速，在不同的溶 液浓度或流速下，测定电渗析器的相应极限电流密度。将经过实 验所得到的若干组iim、C、V值，代入威尔逊公式中。等号两边 同时取对数，解此对数方程就可得到水力特性系数K值及流速指数n值,K值也可经过作图求出。所谓电渗析器的电流效率，系指实际打出物质的量与应析出物质的量的比值。即单位时间实际脱盐量 q （G-C2） /1000与理论 脱盐量I/F的比值，故电流效率也就是脱盐效率。如式（ 7-2）所 示。式中= q(C1 C2) 100% 1000I/F式(7-2)q个淡室（相当于一对膜）单位时间的实际脱盐量,L/SCv C2一分别表示进出水含盐量，mmol/LI电流强度，A;F法拉第常数，F=96500C/mol三、实验设备、仪器1、电渗析器：采用阳膜开始阴膜结束的组装方式，用直流电源。离子交换膜(包括阴膜及阳膜)采用异相膜，隔板材料为聚氯乙稀，电极材料为经石腊浸渍处理后的石墨(或其它)。2、进水水质：(1)要求总含盐量与离子组成稳定；(2)浊度 1-3mg/L;(3)活性氯(0.2mg/L);(4)总铁(0.3mg/L)(5)镒(0.1mg/L)(6)水温5-40C,要稳定(7)水中无气泡。3、变压器、整流器各 1台4、转子流量计：0.5m3/h , 3只5、水压表：0.5MPa, 3只6、滴定管：50ml、100ml各1只烧杯：100ml, 5只量筒：1000ml,1只7、电导仪：1只，附万用表。8、秒表：1只实验装置如图 7-2所示，采用人工配水，水泵循环，浓水淡 水均用同一水箱，以减少设备容积及用水量，对实验结果无影 响。四、实验步骤1、启动水泵，缓慢开启进水阀门1及2,逐渐使其达到最大流量，排除管道和电渗析器中的空气。注意浓水系统和淡水系统的原水进水阀门1、2应同时开关。2、在进水浓度稳定的条件下，调节流量控制阀门1、2,使浓水、淡水流速均保持在50-100mm/s的范围内（一般不应大于100mm/s）,并保持进口压力稳定，以淡水压力稍高于浓水压力为宜，一般高 0.01-0.02MPa。稳定5分钟后记录淡水、浓水、极 水的流量、压力。3、测定原水的电导率（或称电阻率）、水温、总含盐量，必要 时测PH值。4、接通电源，调节作用于电渗析膜上的操作电压至一稳定值（例如0.3V/对）读电流表指示数。然后逐次提高操作电压。在图4-2中，曲线 OAD段，每次电压以 0.1-0.2V/正确数值递增（依隔板厚薄、流速大小决定，流速小板又薄时取低值），每段取4-6个点，以便连成曲线；在 DE段，每次以电压0.2-0.3V/正确数值逐次递增，同上取 4-6个点，连成一条直线，整个 OADE 连成一条圆骨曲线。之因此取 DE段电压高于 OAD段，是因为极化沉淀，使电阻 不断增加，电流不断下降，导致测试误差增大之故。5、边测试边绘制电压一电流关系曲线图，以便及时发现问题，改变流量（流速）重复上述实验步骤；6、每台装置应测 4-6个不同流速的数值，以便于求 K和n。在进水压力不大于 0.3MPa的条件下，应包括 20、15、10及15cm/s 这几个流速；7、测定进水及出水含盐量，其步骤是先用电导仪测定电导率，然后由含盐量一电导率对应关系曲线求出含盐量，按式(7-2)求出脱盐效率。五、注意事项1、测试前检查电渗析器的组装及进、出水管路，要求组装平整、正确，支撑良好，仪表齐全，并检查整流器、变压器、电路系统，仪表组装是否正确。2、注意电渗析器开始运行时要先通水后通电，停止运行时要先断电后断水，并应保证膜的湿润；3、测定极限电流密度时应注意：(1)直接测定膜堆电压，以排除极室对极限电流测定的影响，便于计算膜对电压；(2)以平均“膜对电压”绘制电压一电流曲线，以便于比较和减少测绘过程中的误差；(3)当存在极化过渡区时，电压一电流曲线由OA直线、AD曲线、DE直线三部分组成，OA直线经过坐标原点；(4)作4-6个或更多流速的电压一电流曲线。4、实验中每次升高电压后的间隔时间，应等于水流在电渗析器内停留时间的3-5倍，以利电流及出水水质的稳定；5、注意每测定一个流速得到一条曲线后，要倒换电极极性，使