电渗析海水淡化制备饮用水的应用研究

摘要

近年来海水淡化在补充饮用水方面，发挥着举足轻重的作用。电渗析海水淡化技术相对于其他技术具有设备操作便捷、维护方便、膜的使用寿命长、耐腐蚀等优点。在微小型、分散式的海水淡化饮用水供应设备上，电渗析法有望取代反渗透法。
　　实验比较了电压、电流、初始浓度以及浓水外排分段数等不同操作条件下电渗析脱盐效果，确定出电渗析海水淡化过程最佳操作工艺条件。比较不同电渗析用离子交换膜的海水脱盐性能，进行离子交换膜的优选，建立离子交换膜选膜标准。
　　1.电渗析操作工艺条件优选
　　比较不同电流、电压以及浓、淡室初始浓度对电渗析海水脱盐过程的影响，确定出最佳操作工艺条件。(1)初始浓度增加，单位体积制水能耗增加，淡水室向浓水室水迁移量增加，当浓度差达到20000mg/L以上时，这一现象更为显著;(2)浓、淡室初始浓度增加，膜堆电阻降低;当浓、淡室初始浓度位于6000到15000mg/L之间时电流效率最高。(3)在极限操作电压以下，随着操作电压的增大，电渗析脱盐效率升高，水迁移量增加。(4)在极限电流下，随着电渗析脱盐过程操作电流的增加，脱盐速率增快，水迁移量增加，膜堆电阻降低;操作电流为1.5A时，电流效率最高，达到94％。电渗析脱盐过程浓、淡室初始浓度应控制在6000-15000mg/L之间。
　　2.电渗析海水淡化浓水分段外排
　　实验比较了五种不同的浓水外排段数对电渗析脱盐过程的影响，确定最佳浓水外排段数，通过实验得出以下结论:(1)随着浓水外排分段数的增加，脱盐速率增加，淡水室向浓水室的水渗透量大幅下降，最高可降低35.4％。浓水分段外排数增多，离子的电迁移系数λ基本保持不变，离子的浓差扩散系数μ逐渐降低，水的电渗透系数(φ)基本保持不变，水的浓差扩散系数ρ逐渐减小。(2)随着电渗析海水脱盐浓水外排分段数的增加，膜堆电阻增大趋势逐渐减缓，电流效率明显提高，四段外排时达到最高值96％，五段外排时电流效率开始下降。能耗逐渐降低，到四段脱盐能耗降为12KWh/m3，到五段脱盐能耗又有所升高。同时，四段浓水外排较一段浓水外排方式能耗降低31.6％。
　　3.电渗析离子交换膜优选
　　实验探究不同离子交换膜对电渗析脱盐过程的影响机制，建立离子交换膜的选膜依据，通过实验得出提下结论:日本德山曹达公司的离子交换膜脱盐性能最优;离子交换膜的交联度成为影响离子交换膜以及电渗析性能的最主要指标;电渗析过程的离子的电迁移系数λ、离子的浓差扩散系数μ、水的电渗透系数(φ)、水的浓差渗透系数ρ四个参数中希望增大电迁移系数λ，降低离子的浓差扩系数μ、水的电渗透系数(φ)、水的浓差渗透系数ρ，其中离子的电迁移系数λ以及水的电渗透系数(φ)占主要地位。电渗析过程的四个传质系数可以作为选择离子交换膜的主要依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 海水淡化技术概述

1．1．1 海水淡化技术研究背景

1．1．2 海水淡化的主要方法及特点

1．2 电渗析海水淡化技术概述

1．2．1 电渗析海水淡化技术国内外发展概况

1．2．2 电渗析基本原理

1．2．3 电渗析基本过程与伴随过程

1．2．4 电渗析技术特点

1．2．5 电渗析海水淡化技术在分散源供水领域优势

1．3 电渗析离子交换膜

1．3．1 离子交换膜的基本概述

1．3．2 离子交换膜的选择透过性

1．3．3 离子交换膜的选择透过性机理

1．3．4 影响膜的选择透过性的因素

2 实验材料、仪器和研究方法

2．1 实验内容

2．2 实验材料与药品

2．3 电渗析装置图

2．4 测试方法与仪器

2．4．1 测试方法

2．4．2 仪器

2．5 传质与能耗计算

2．5．1 电流效率

2．5．2 能耗

2．5．3 传质方程

3 电渗析操作工艺条件优选

3．1 浓、淡室离子初始浓度对电渗析脱盐过程的影响

3．1．1 初始浓度对脱盐速率的影响

3．1．2 初始浓度对浓、淡室pH值的影响

3．1．3 初始浓度对水迁移的影响

3．1．4 初始浓度对电阻的影响

3．1．5 初始浓度对电流效率的影响

3．1．6 初始浓度对能耗的影响

3．2 电压对电渗析脱盐过程的影响

3．2．1 电压对脱盐速率的影响

3．2．2 电压对浓、淡室pH值的影响

3．2．3 电压对水迁移的影响

3．2．4 电压对电阻的影响

3．2．5 电压对电流效率的影响

3．2．6 电压对能耗的影响

3．3 电流对电渗析脱过程的影响

3．3．1 电流对脱盐速率的影响

3．3．2 电流对水迁移的影响

3．3．3 电流对电阻的影响

3．3．4 电流对电流效率的影响

3．4 本章小结

4 电渗析海水淡化浓水分段外排

4．1 浓水分段外排段数对离子迁移规律及脱盐速率的影响

4．1．1 浓水分段外排段数对脱盐速率的影响

4．1．2 浓水分段外排段数对离子电迁移系数的影响

4．1．3 浓水分段外排段数对离子的浓差扩散系数的影响

4．2 浓水分段外排段数对水迁移规律的影响

4．2．1 浓水分段外排数对水量的影响

4．2．2 浓水分段外排数对水的电渗透系数的影响

4．2．3 浓水分段外排段数对水的浓差渗透系数的影响

4．3 浓水分段外排段数对电阻的影响

4．4 浓水分段外排段数对电流效率的影响

4．5 浓水分段外排段数对脱盐能耗的影响

4．6 本章小结

5 电渗析离子交换膜优选

5．1 离子交换膜对离子迁移规律的影响

5．1．1 离子交换膜对脱盐速率的影响

5．1．2 离子交换膜对离子的电迁移系数的影响

5．1．3 离子交换膜对离子的浓差扩散系数的影响

5．2 离子交换膜对水迁移规律的影响

5．2．1 离子交换膜对水迁移总量的影响

5．2．2 离子交换膜对水的电迁移系数的影响

5．2．3 离子交换膜对水的浓差扩散系数的影响

5．3 离子交换膜对电阻影响

5．4 离子交换膜对电流效率的影响

5．5 离子交换膜对能耗的影响

5．6 离子交换膜性能指标与电渗析性能参数的关系

5．6．1 含水率

5．6．2 离子交换容量

5．6．5 选择透过性

5．6．6 膜电阻

5．7 电渗析过程传质以及离子交换膜评判指标

5．7．1 离子电迁移系数

5．7．2 离子的浓差扩散系数

5．7．3 水的电渗透系数

5．7．4 水的浓差渗透系数

5．8 本章小结

结论

不足与展望

致谢

参考文献

攻读研究生期间成果