一、反滲透原理

當(dāng)把相同體積的稀溶液和濃液分別置于一容器的兩側(cè)，

中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過(guò)半透膜，向濃溶液側(cè)流

動(dòng)，濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個(gè)壓力差，

達(dá)到滲透平衡狀態(tài)，此種壓力差即為滲透壓。若在濃溶液側(cè)施加一個(gè)大于滲

透壓的壓力時(shí)，濃溶液中的溶劑會(huì)向稀溶液流動(dòng)，此種溶劑的流動(dòng)方向及

原來(lái)滲透的方向相反，這一過(guò)程稱為反滲透。

過(guò)程：水分自然滲透過(guò)程的反向過(guò)程

物質(zhì)：反滲透膜

起源于

最早使用于美國(guó)太空人將尿液回收為純水使用。醫(yī)學(xué)界還以反滲

透法的技術(shù)用來(lái)洗腎（血液透析）。反滲透膜可以將重金屬、農(nóng)藥、

細(xì)菌、病毒、雜質(zhì)等徹底分離。整個(gè)工作原理均采用物理法，不

添加任何殺菌劑和化學(xué)物質(zhì)，所以不會(huì)發(fā)生化學(xué)變相。并且反滲

透膜并不分離溶解氧，所以通過(guò)此法生產(chǎn)得出的純水是活水，

喝起來(lái)清甜可口。

反滲透，英文為ReverseOsmosis,它所描繪的是一個(gè)自然界中

水分自然滲透過(guò)程的反向過(guò)程。早在1950年美國(guó)科學(xué)家

DR.S.Sourirajan有一回?zé)o意中發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時(shí)從海面啜

起一大口海水，隔了幾秒后吐出一小口的海水。他由此而產(chǎn)生疑

問(wèn):陸地上由肺呼吸的動(dòng)物是絕對(duì)無(wú)法飲用高鹽份的海水，那為

什么海鷗就可以飲用海水呢？這位科學(xué)家把海鷗帶回了實(shí)驗(yàn)室，

經(jīng)過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)在海鷗嗪囊位置有一層薄膜，該薄膜構(gòu)造非常精

密。海鷗正是利用了這薄膜把海水過(guò)濾為可飲用的淡水，而含有

雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外。這就是以后逆滲透法

（ReverseOsmosis簡(jiǎn)稱R.0）的基本理論架構(gòu)。

工作原理

對(duì)透過(guò)的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過(guò)

溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜。當(dāng)把相同體積的

稀溶液（例如淡水）和濃溶液（例如鹽水）分別置于半透膜的兩側(cè)

時(shí)，稀溶液中的溶劑將自然穿過(guò)半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)

流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，濃溶液側(cè)的液面

會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個(gè)壓差，此壓差即

為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即及濃溶液的

種類、濃度和溫度有關(guān)而及半透膜的性質(zhì)無(wú)關(guān)。若在濃溶液一側(cè)

施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，溶劑的流動(dòng)方向?qū)⒓霸瓉?lái)的滲

透方向相反，開(kāi)始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動(dòng)，這一過(guò)程稱為

反滲透。反滲透是滲透的一種反向遷移運(yùn)動(dòng)，是一種在壓力驅(qū)

動(dòng)下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)及溶劑分

開(kāi)的分離方法，它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純及濃縮，其中

最普遍的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中，用反滲透技術(shù)將原水

中的無(wú)機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物及膠體等雜質(zhì)去除，以獲得

高質(zhì)量的純凈水。

技術(shù)基礎(chǔ)

滲透膜早已存在于自然界中，但直到1748年，Nollet發(fā)現(xiàn)水

能自然的擴(kuò)散到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)，人類才發(fā)現(xiàn)了滲透

現(xiàn)象。

自然的滲透過(guò)程中，溶劑通過(guò)滲透膜從低濃度向高濃度部分

擴(kuò)散;而反滲透是指在外界壓力作用下，濃溶液中的溶劑透過(guò)膜

向稀溶液中擴(kuò)散，具有這種功能的半透膜稱為反滲透膜，也稱

RO(ReverseOsmoses)膜。

世界上從反滲透過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理及模型來(lái)說(shuō)，主要有三種學(xué)

說(shuō)：

1.溶解-擴(kuò)散模型

Lonsdale等人提出解釋反滲透現(xiàn)象的溶解-擴(kuò)散模型。他將反

滲透的活性表面皮層看作為致密無(wú)孔的膜，并假設(shè)溶質(zhì)和溶劑

都能溶于均質(zhì)的非多孔膜表面層內(nèi)，各自在濃度或壓力造成的

化學(xué)勢(shì)推動(dòng)下擴(kuò)散通過(guò)膜。溶解度的差異及溶質(zhì)和溶劑在膜相中

擴(kuò)散性的差異影響著他們通過(guò)膜的能量大小。其具體過(guò)程分為：

第一步，溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；第二步，

溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，他們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下

以分子擴(kuò)散方式通過(guò)反滲透膜的活性層;第三步，溶質(zhì)和溶劑在

膜的透過(guò)液側(cè)表面解吸。

在以上溶質(zhì)和溶劑透過(guò)膜的過(guò)程中，一般假設(shè)第一步、第三

步進(jìn)行的很快，此時(shí)透過(guò)速率取決于第二步，即溶質(zhì)和溶劑在

化學(xué)位差的推動(dòng)下以分子擴(kuò)散方式通過(guò)膜°由于膜的選擇性，使

氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質(zhì)的滲透能力，不僅取

決于擴(kuò)散系數(shù)，并且決定于其在膜中的溶解度。

溶劑和溶質(zhì)在膜中的擴(kuò)散服從Fick定律，這種模型認(rèn)為溶劑

和溶質(zhì)都可能溶于膜表面，因此物質(zhì)的滲透能力不僅取決于擴(kuò)

散系數(shù)，而且取決于其在膜中的溶解度，溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)比水

分子的擴(kuò)散系數(shù)要小得多，因而透過(guò)膜的水分子數(shù)量就比通過(guò)

擴(kuò)散而透過(guò)去的溶質(zhì)數(shù)量更多。

2.優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流理論

當(dāng)液體中溶有不同種類物質(zhì)時(shí),其表面張力將發(fā)生不同的變

化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機(jī)物質(zhì)，可使其表面張力

減小，但溶入某些無(wú)機(jī)鹽類，反而使其表面張力稍有增加，這

是因?yàn)槿苜|(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度

和溶液內(nèi)部濃度不同，這就是溶液的表面吸附現(xiàn)象。當(dāng)水溶液及

高分子多孔膜接觸時(shí)，若膜的化學(xué)性質(zhì)使膜對(duì)溶質(zhì)負(fù)吸附，對(duì)

水是優(yōu)先的正吸附，則在膜及溶液界面上將形成一層被膜吸附

的一定厚度的純水層。它在外壓作用下，將通過(guò)膜表面的毛細(xì)孔,

從而可獲取純水。

3.氫鍵理論

在醋酸纖維素中，由于氫鍵和范德華力的作用，膜中存在晶相

區(qū)域和非晶和區(qū)域兩部分。大分子之間存在牢固結(jié)合并平行排列

的為晶相區(qū)域，而大分子之間完全無(wú)序的為非晶相區(qū)域，水和

溶質(zhì)不能進(jìn)入晶相區(qū)域。在接近醋酸纖維素分子的地方，水及醋

酸纖維素段基上的氧原子會(huì)形成氫鍵并構(gòu)成所謂的結(jié)合水。當(dāng)醋

酸纖維素吸附了第一層水分子后，會(huì)引起水分子嫡值的極大下

降，形成類似于冰的結(jié)構(gòu)。在非晶相區(qū)域較大的孔空間里，結(jié)合

水的占有率很低，在孔的中央存在普通結(jié)構(gòu)的水，不能及醋酸

纖維素膜形成氫鍵的離子或分子則進(jìn)入結(jié)合水，并以有序擴(kuò)散

方式遷移，通過(guò)不斷的改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置來(lái)通

過(guò)膜。

在壓力作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點(diǎn)一好基

上的氧原子形成氫鍵，而原來(lái)水分子形成的氫鍵被斷開(kāi)，水分

子解離出來(lái)并隨之移到下一個(gè)活化點(diǎn)并形成新的氫鍵，于是通

過(guò)一連串的氫鍵形成及斷開(kāi)，使水分子離開(kāi)膜表面的致密活性

層而進(jìn)入膜的多孔層。由于多孔層含有大量的毛細(xì)管水，水分子

能夠暢通流出膜外。

主要指標(biāo)

1.脫鹽率和透鹽率

脫鹽率一通過(guò)反滲透膜從系統(tǒng)進(jìn)水中去除可溶性雜質(zhì)濃度的

百分比。

透鹽率一進(jìn)水中可溶性雜質(zhì)透過(guò)膜的百分比。

脫鹽率二（1-產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量）X100%

透鹽率=100%-脫鹽率

膜元件的脫鹽率在其制造成形時(shí)就已確定，脫鹽率的高低取

決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度，脫鹽層越致密脫鹽率越

高，同時(shí)產(chǎn)水量越低。反滲透對(duì)不同物質(zhì)的脫鹽率主要由物質(zhì)的

結(jié)構(gòu)和分子量決定，對(duì)高價(jià)離子及復(fù)雜單價(jià)離子的脫鹽率可以

超過(guò)99%,對(duì)單價(jià)離子如：鈉離子、鉀離子、氯離子的脫鹽率稍

低，但也超過(guò)了98%;對(duì)分子量大于100的有機(jī)物脫除率也可過(guò)

到98%,但對(duì)分子量小于100的有機(jī)物脫除率較低。

2.產(chǎn)水量（水通量）

產(chǎn)水量（水通量）--指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)能，即單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)

膜水量，通常用噸/小時(shí)或加侖/天來(lái)表示。

滲透流率一滲透流率也是表示反滲透膜元件產(chǎn)水量的重要指

標(biāo)。指單位膜面積上透過(guò)液的流率，通常用加侖每平方英尺每天

（GFD）表示。過(guò)高的滲透流率將導(dǎo)致垂直于膜表面的水流速加快,

加劇膜污染。

3.回收率

回收率一指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過(guò)液的百分比。

膜系統(tǒng)的回收率在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定，是基于預(yù)設(shè)的進(jìn)水水質(zhì)

而定的。

回收率二（產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量）XI00%

影響因素

1.進(jìn)水壓力對(duì)反滲透膜的影響

進(jìn)水壓力本身并不會(huì)影響鹽透過(guò)量，但是進(jìn)水壓力升高使得

驅(qū)動(dòng)反滲透的凈壓力升高，使得產(chǎn)水量加大，同時(shí)鹽透過(guò)量幾

乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過(guò)膜的鹽分，降低了透鹽率，

提高脫鹽率。當(dāng)進(jìn)水壓力超過(guò)一定值時(shí)，由于過(guò)高的回收率，加

大了濃差極化，又會(huì)導(dǎo)致鹽透過(guò)量增加，抵消了增加的產(chǎn)水量，

使得脫鹽率不再增加。

2.進(jìn)水溫度對(duì)反滲透膜的影響

反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對(duì)進(jìn)水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的

增加水對(duì)通量也線性的增加，進(jìn)水水溫每升高1℃,產(chǎn)水量就提

升2.5%-3.0%;（以25℃為標(biāo)準(zhǔn)）o

3.進(jìn)水PH值對(duì)反滲透膜的影響

進(jìn)水PH值對(duì)產(chǎn)水量幾乎沒(méi)有影響，面對(duì)脫鹽率有較大影響。

PH值在7.5-8.5之間，脫鹽率達(dá)到最高。

4.進(jìn)水鹽濃度對(duì)反滲透膜的影響

滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度的函數(shù)，進(jìn)水含鹽量越高，

濃度差也越大，透鹽率上升，從而導(dǎo)致脫鹽率下降。

應(yīng)用范圍

單級(jí)反滲透適合電導(dǎo)率小于500US/cm的水質(zhì)

出水電導(dǎo)率1-10US/cm

工藝流程：

通過(guò)原水箱收集原水，采用了增壓泵進(jìn)行水壓輔助，原水通過(guò)

增壓水泵輸送到石英砂過(guò)濾器、活性碳過(guò)濾器和陽(yáng)離子軟化器進(jìn)

行初步的水處理，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的水在經(jīng)過(guò)精密過(guò)濾器（又稱保安

過(guò)濾器）后進(jìn)入反滲透主機(jī)，進(jìn)行反滲透處理，反滲透主機(jī)是主

要的純凈水處理系統(tǒng)，處理完成的水通過(guò)水汽混合器進(jìn)行輸送,

純凈水處理完成后，通過(guò)專業(yè)的灌裝設(shè)備進(jìn)行灌裝，稱為大桶

純凈水或者小瓶純凈水。

二級(jí)反滲透

一級(jí)反滲透：就是原水一原水加壓泵一多介質(zhì)過(guò)濾器一活性炭

過(guò)濾器一軟水器一精密過(guò)濾器一一級(jí)反滲透機(jī)一中間水箱一中

間水泵一EDI系統(tǒng)-＞純化水箱一純水泵紫外線殺菌器一微孔過(guò)

濾器一用水點(diǎn)。。。雙級(jí)反滲透就是第一級(jí)反滲透的透過(guò)水經(jīng)調(diào)

整PH值后，再由第二級(jí)高壓泵送進(jìn)第二級(jí)反滲透系統(tǒng)處理，從

而獲得透過(guò)水的過(guò)程。

一級(jí)反滲透的系統(tǒng)脫鹽率N99.5虬這樣就能使含鹽量在

lOOOppm以下的原水，不經(jīng)過(guò)離子交換直接處理到符合

《GB17323T998》瓶裝飲用純凈水標(biāo)準(zhǔn)中的理化指標(biāo)。說(shuō)簡(jiǎn)單

了，一級(jí)就是經(jīng)過(guò)一次膜處理，出來(lái)的是純水。雙級(jí)就是經(jīng)過(guò)兩

次膜處理，出來(lái)的是超純水

反滲透膜方法/步驟

1.用泵將干凈、無(wú)游離氯的反滲透產(chǎn)品水從清洗箱（或相應(yīng)水源）

打入壓力容器中并排放幾分鐘。

2.用干凈的產(chǎn)品水在清洗箱中配制清洗液。

3.將清洗液在壓力容器中循環(huán)1小時(shí)或預(yù)先設(shè)定的時(shí)間「

4.清洗完成以后，排凈清洗箱并進(jìn)行沖洗，然后向清洗箱中充

滿干凈的產(chǎn)品水以備下一步?jīng)_洗。

5.用泵將干凈、無(wú)游離氯的產(chǎn)品水從清洗箱（或相應(yīng)水源）打入壓

力容器中并排放幾分鐘。

6.在沖洗反滲透系統(tǒng)后，在產(chǎn)品水排放閥打開(kāi)狀態(tài)下運(yùn)行反滲

透系統(tǒng)，直到產(chǎn)品水清潔、無(wú)泡沫或無(wú)清洗劑（通常15飛0分

鐘）。

二、電滲析法（EDR）

電滲析，是一種以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選

擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。

對(duì)象：溶質(zhì)粒子

利用材質(zhì)：半透膜的選擇透過(guò)性

簡(jiǎn)介

電滲析過(guò)程是電化學(xué)過(guò)程和滲析擴(kuò)散過(guò)程的結(jié)合;在外加直

流電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性（即陽(yáng)離子可以

透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，陰離子可以透過(guò)陰離子交換膜），陰、陽(yáng)離

子分別向陽(yáng)極和陰極移動(dòng)。離子遷移過(guò)程中，若膜的固定電荷及

離子的電荷相反，則離子可以通過(guò);如杲它們的電荷相同，則離

子被排斥，從而實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。

電滲析及近年引進(jìn)的另一種膜分離技術(shù)反滲透相比，它的價(jià)格

便宜，但脫鹽率低。當(dāng)

前國(guó)產(chǎn)離子交換膜質(zhì)量亦很穩(wěn)定，運(yùn)行管理也很方便。

原理

電滲析使用的半滲透膜其實(shí)是一種離子交換膜。這種離子交換膜

按離子的電荷性質(zhì)可分為陽(yáng)離子交換膜（陽(yáng)膜）和陰離子交換膜

（陰膜）兩種。在電解質(zhì)水溶液中，陽(yáng)膜允許陽(yáng)離子透過(guò)而排斥阻

擋陰離子，陰膜允許陰離子透過(guò)而排斥阻擋陽(yáng)離子，這就是離

子交換膜的選擇透過(guò)性。在電滲析過(guò)程中，離子交換膜不像離子

交換樹(shù)脂那樣及水溶液中的某種離子發(fā)生交換，而只是對(duì)不同

電性的離子起到選擇性透過(guò)作用，即離子交換膜不需再生c電滲

析工藝的電極和膜組成的隔室稱為極室，其中發(fā)生的電化學(xué)反

應(yīng)及普通的電極反應(yīng)相同。陽(yáng)極室內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極水呈酸

性，陽(yáng)極本身容易被腐蝕。陰極室內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)，陰極水呈堿

性，陰極上容易結(jié)垢。

實(shí)際應(yīng)用

電滲析是膜分離過(guò)程中較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)，已廣泛地應(yīng)用

于苦咸水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。由于新

開(kāi)發(fā)的荷電膜具有更高的選擇性、更低的膜電阻、更好的熱穩(wěn)定

性相化學(xué)穩(wěn)定性以及更高的機(jī)械強(qiáng)度、使電滲析過(guò)程不僅限于應(yīng)

用在脫鹽方面，而且在食品、醫(yī)藥及化學(xué)工業(yè)中，電滲析過(guò)程還

有許多其他的工業(yè)應(yīng)用，如工業(yè)廢水的處理，主要包括從酸液

清洗金屬表面所形成的廢液中回收酸和金屬;從電鍍廢水中回收

重金屬離子;從合成纖維廢水中回收硫酸鹽;從紙漿廢液中回收

亞硫酸鹽等。用于食品工業(yè)中，如牛奶脫鹽制嬰兒奶粉;用于化

學(xué)工業(yè)分離離子性物質(zhì)及非離子性物質(zhì);在臨床治療中電滲析可

作為人工腎使用等。

自動(dòng)控制頻繁倒極電滲析(EDR),運(yùn)行管理更加方便。原水利

用率可達(dá)8096,一般原水回收率在45-70%之間。電滲析主要用

于水的初級(jí)脫鹽，脫鹽率在45-90%之間。它廣泛被用于海水及

苦咸水淡化;制備純水時(shí)的初級(jí)脫鹽以及鍋爐、動(dòng)力設(shè)備給水的

脫鹽軟化等。

實(shí)質(zhì)上，電滲析可以說(shuō)是一種除鹽技術(shù)，因?yàn)楦鞣N不同的水（包

括天然水、自來(lái)水、工業(yè)廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這

些鹽的陰、陽(yáng)離子在直流電場(chǎng)的作用下會(huì)分別向相反方向的電極

移動(dòng)。如果在一個(gè)電滲析器中插入陰、陽(yáng)離子交換膜各一個(gè)，由

于離子交換膜具有選擇透過(guò)性，即陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子

自由通過(guò)，陰離子交換膜只允許陰離子以通過(guò)，這樣在兩個(gè)膜

的中間隔室中，鹽的濃度就會(huì)因?yàn)殡x子的定向遷移而降低，而

靠近電極的兩個(gè)隔室則分別為陰、陽(yáng)離子的濃縮室，最后在中間

的淡化室內(nèi)達(dá)到脫鹽的目的。

實(shí)際應(yīng)用中，一臺(tái)電滲析器并非由一對(duì)陰、陽(yáng)離子交換膜所組成

（因?yàn)檫@樣做效率很低），而是采用一百對(duì)，甚至幾百對(duì)交換膜，

因而大大提高效率。

應(yīng)用范圍

目前電滲析器應(yīng)用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、海水濃縮

制鹽精制乳制品，果汁脫酸精和提純，制取化工產(chǎn)品等方面，還

可以用于食品，輕工等行業(yè)制取純水、電子、醫(yī)藥等工業(yè)制取高

純水的前處理。鍋爐給水的初級(jí)軟化脫鹽，將苦咸水淡化為飲用

水。

電滲析器適用于電子、醫(yī)藥、化工、火力發(fā)電、食品、啤酒、

飲料、印染及涂裝等行業(yè)的給水處理。也可用于物料的濃縮、提

純、分離等物理化學(xué)過(guò)程。

電滲析還可以用于廢水、廢液的處理及貴重金屬的回收，如從電

鍍廢液中回收鍥

基本性能

(1)操作壓力0.5—3.Okg/cm2左右

(2)操作電壓、電流100—250V,1—3A

(3)本體耗電量每噸淡水約0.2—2.0度

方法特點(diǎn)

①可以同時(shí)對(duì)電解質(zhì)水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用;

電滲析

②可以用于蔗糖等非電解質(zhì)的提純，以除去其中的電解質(zhì)；

③在原理上，電滲析器是一個(gè)帶有隔膜的電解池，可以利用

電極上的氧化還原效率高。

四、在電滲析過(guò)程中，也進(jìn)行以下次要過(guò)程

①同名離子的遷移，離子交換膜的選擇透過(guò)性往往不可能是

百分之百的，因此總會(huì)有少量的相反離子透過(guò)交換膜；

②離子的濃差擴(kuò)散，由于濃縮室和淡化室中的溶液中存在著

濃度差，總會(huì)有少量的離子由濃縮室向淡化室擴(kuò)散遷移，從而

降低了滲析效率；

③水的滲透，盡管交換膜是不允許溶劑分子透過(guò)的，但是由

于淡化室及濃縮室之間存在濃度差，就會(huì)使部分溶劑分子（水）

向濃縮室滲透；

④水的電滲析，由于離子的水合作用和形成雙電層，在直流

電場(chǎng)作用下，水分子也可從淡化室向濃縮室遷移；

⑤水的極化電離，有時(shí)由于工作條件不良，會(huì)強(qiáng)迫水電離

為氫離子和氫氧根離子，它們可透過(guò)交換膜進(jìn)入濃縮室；

⑥水的壓滲，由于濃縮室和淡化室之間存在流體壓力的差別,

迫使水分子由壓力大的一側(cè)向壓力小的一側(cè)滲透。顯然，這些次

要過(guò)程對(duì)電滲析是不利因素，但是它們都可以通過(guò)改變操作條

件予以避免或控制。

在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的透過(guò)性（即陽(yáng)膜

只允許陽(yáng)離子透過(guò)，陰膜只允許陰離子透過(guò)），使水中的陰、陽(yáng)

離子作定向遷移，從而達(dá)到水中的離子及水分離的一種物理化

學(xué)過(guò)程。

原理是：在陰極及陽(yáng)極之間，放置著若干交替排列的陽(yáng)膜及

陰膜，讓水通過(guò)兩膜及兩膜及兩極之間所形成的隔室，在兩端

電極接通直通電源后，水中陰、陽(yáng)離子分別向陽(yáng)極、陰極方向遷

移，由于陽(yáng)膜、陰膜的選擇透過(guò)性，就形成了交替排列的離子濃

度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。

及此同時(shí)，在兩電極上也發(fā)生著氧化還原反應(yīng)，即電極反應(yīng),

其結(jié)果是使陰極室因溶液呈堿性而結(jié)垢，陽(yáng)極室因溶液呈酸性

而腐蝕。因此，在電滲析過(guò)程中，電能的消耗主要用來(lái)克服電流

通過(guò)溶液、膜時(shí)所受到的阻力及電極反應(yīng)。

1.1電滲析器的構(gòu)造

電滲析器由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構(gòu)成。

(1)膜塊：是由相當(dāng)數(shù)量膜對(duì)組裝而成。

膜對(duì)：是由一張陽(yáng)離子交換膜，一張隔板甲(或乙)；一張

陰膜，一張隔板乙(或甲)組成。

離子交換膜：是電滲析器關(guān)鍵部件，其性能影響電滲析器的

離子遷移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。其中膜的分類：

按膜結(jié)構(gòu)分為：異相膜、均相膜和半均相膜；按膜上活性基團(tuán)不

同分為：陽(yáng)膜、陰膜和特種膜；按膜材料不同分為：有機(jī)膜和無(wú)

機(jī)膜。

隔板：分濃、淡水隔板，交替放陰陽(yáng)膜之間，使陰膜和陽(yáng)膜

之間保持一定間隔，隔板平面水流，垂直隔板平面電流。隔板厚

離0.9毫米。

(2)極區(qū)包括電極、極框和導(dǎo)水板。

電極：為連接電源所用。

極框：放置電極和膜之間，膜帖到電極上去，起支撐作用。

(3)壓緊裝置：是用來(lái)壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件

形成一個(gè)整體，不致漏水。

1.2.組裝方式

電滲析器組裝是用“級(jí)”和“段”來(lái)表示，一對(duì)電極之間膜

堆稱為“一級(jí)”O(jiān)水流同向每一個(gè)膜稱為“一段”。增加段數(shù)就

等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對(duì)數(shù)，可提

高水處理量。

電滲析器組裝方式可淡水產(chǎn)量和出水水質(zhì)不同要求而調(diào)整，

一般有以下幾種組裝形式：一級(jí)一段；一級(jí)多段；多段一段；多

級(jí)多段。

2應(yīng)用案例

2.1電滲析在反滲透濃水回用中的應(yīng)用

隨著膜技術(shù)的快速發(fā)展，反滲透得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但

是反滲透制純水生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的濃水，如果濃水得不

到妥善處理而直接排放，必然會(huì)造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。我公

司采用電滲析工藝對(duì)反滲透濃水進(jìn)行回收再利用，取得了良好

的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本系統(tǒng)工藝主要采用原反滲透濃水進(jìn)入倒極電驅(qū)動(dòng)膜分離器

系統(tǒng)+二級(jí)反滲透+EDI系統(tǒng)?；赜盟档诫妼?dǎo)率1000uS/cm后,

進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，達(dá)到電導(dǎo)率5uS/cm以內(nèi)，反滲透產(chǎn)出淡水

進(jìn)入EDI系統(tǒng)，反滲透產(chǎn)出濃水進(jìn)入倒極電滲析系統(tǒng)。電滲析產(chǎn)

出的濃水進(jìn)入濃縮水箱。EDI產(chǎn)出濃水進(jìn)入二級(jí)反滲透系統(tǒng)，EDI

產(chǎn)出淡水達(dá)到15MQ,進(jìn)入產(chǎn)水罐。采用本工藝，既為企業(yè)解決

了電廠鍋爐補(bǔ)給用水，又可使企業(yè)廢水達(dá)到零排放。

2.2電滲析技術(shù)在高鹽高COD污水中的應(yīng)用

三.在醫(yī)藥中間體及化工廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出大量含有機(jī)物的高

鹽污水，該污水由于含鹽量太高，很難進(jìn)行生化處理達(dá)到排放

或回用標(biāo)準(zhǔn)。

四、使用電滲析可以使鹽分下降至可生化標(biāo)準(zhǔn)，淡水進(jìn)入生化。

電滲析產(chǎn)出的含鹽污水經(jīng)過(guò)電滲析濃縮至1296-15%以上，進(jìn)入蒸

發(fā)或MVR系統(tǒng)，最終達(dá)到零排放的目的，既為企業(yè)解決了高鹽

廢水排放難題，又可以使水資源得到回收利用，節(jié)約了資源，

提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

五、離子交換樹(shù)脂系統(tǒng)

離子交換系統(tǒng)是通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)水中的各種陰、

陽(yáng)離子進(jìn)行置換的一種傳統(tǒng)水處理工藝，陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂單

獨(dú)或按不同比例進(jìn)行搭配可組成離子交換陽(yáng)床系統(tǒng)，離子交換

陰床系統(tǒng)及離子交換混床系統(tǒng)，而混床系統(tǒng)又通常是用在反滲

透等水處理工藝之后用來(lái)制取超純水，高純水的終端工藝，它

是用來(lái)制備超純水、高純水不可替代的手段之一。其出水電導(dǎo)率

可低于0.2口S/cm以下，出水電阻率達(dá)到5MQ.cm以上，根據(jù)不

同的水質(zhì)及使用要求，出水電阻率可控制在5?18MQ.cm之間。

被廣泛應(yīng)用在電子、離子交換樹(shù)脂系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水水等工及醫(yī)

藥用超純業(yè)超純水、高純水的制備上。

系統(tǒng)：離子交換陰床

原理：反滲透

工作原理

采用離子交換方法，可以把水中呈離子態(tài)的陽(yáng)離子、陰離子

去除，以氯化鈉(NaCl)代表水中無(wú)機(jī)鹽類，水質(zhì)除鹽的基本反

應(yīng)可以用下列方程式表達(dá)：

1,陽(yáng)離子交換樹(shù)脂:R-H+Na=R-Na+11

2.陰離子交換樹(shù)脂:R-OH+Cl=R-Cl+OH

陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂總的反應(yīng)式即可寫成：

RH+ROH+NaC1—RNa+RC1+H20

由此可看出，水中的NaCl已分別被樹(shù)脂上的H和OH所取代，而

反應(yīng)生成物只有H20,故達(dá)到了去除水中鹽的作用。

主要工藝

去離子水的工藝大致可分為四種：

第一種:采用陽(yáng)陰離子交換樹(shù)脂取得的去離子水，一般通過(guò)

之后，出水電導(dǎo)率可降到10us/cm以下，再經(jīng)過(guò)混床就可以達(dá)

到0.2us/crn以下了。但是這種方法做出來(lái)的水成本較高，而且

顆粕雜質(zhì)太多，達(dá)不到理想的要求°

第二種:預(yù)處理（即砂碳過(guò)濾器+精密過(guò)濾器）+反滲透+混床工

藝這種方法是目前采用最多的，因?yàn)榉礉B透投資成本也不算高,

可以去除90%以上的水中離子，剩下的離子再通過(guò)混床交換除去,

這樣可使出水電導(dǎo)率:0.2左右。這樣是目前最流行的方法。

第三種:采用兩級(jí)反滲透方式

其流程如下：

自來(lái)水f多介質(zhì)過(guò)濾器一活性炭過(guò)濾器f軟化水器f中間水

箱一低壓泵一精密過(guò)濾器一一級(jí)反滲透一PH調(diào)節(jié)一混合器一二

級(jí)反滲透（反滲透膜表面帶正電荷）一純水箱一純水泵一微孔過(guò)

濾器f用水點(diǎn)

第四種:前處理及第二種方法一樣使用反滲透，只是后面使

用的混床采用EDI連續(xù)除鹽膜塊代替，這樣就不用酸堿再生樹(shù)

脂，而是用電再生。這就徹底使整個(gè)過(guò)程無(wú)污染了，經(jīng)過(guò)處理后

的水質(zhì)可達(dá)到：15M以上。但這這種方法的前期投資比較多，運(yùn)

行成本低。根據(jù)各公司的情況做適當(dāng)?shù)耐顿Y。最好不過(guò)了。其

流程如下

原水一多介質(zhì)過(guò)濾器~活性炭過(guò)濾器一軟化水器一中間水箱

一低壓泵一PH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)一高效混合器一精密過(guò)濾器一高效反

滲透f中間水箱一EDI水泵一EDI系統(tǒng)微孔過(guò)濾器一用水點(diǎn)

系統(tǒng)的預(yù)處理

先用清水對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行沖洗，然后用4?5%的HC1和NaOH在交換柱

中依次交替浸泡2、4小時(shí)，在酸堿之間用大量清水淋洗至出水

接近中性，如此重復(fù)2?3次，每次酸堿用量為樹(shù)脂體積的2倍。

最后一次處理應(yīng)用4、5%的IIC1溶液進(jìn)行，放盡酸液，用清水淋

洗至中性即可待用。

應(yīng)用領(lǐng)域

離子交換設(shè)備是傳統(tǒng)的去離子水設(shè)備，它的產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，

造價(jià)相對(duì)較低。在以往的電廠鍋爐補(bǔ)給水都是采用陽(yáng)床+陰床+

混床處理工藝。

2019來(lái)，隨著反滲透、EDI等工藝的發(fā)展，離子交換設(shè)備操

作復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，浪費(fèi)酸堿，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)更

加突出，更多的應(yīng)用于反滲透的深度處理。

小型的離子交換設(shè)備常采用有機(jī)玻璃交換柱，有利于觀察樹(shù)脂

運(yùn)行情況。如混合離子交換器再生分層是否充分，陽(yáng)離子是否〃

中毒〃等，樹(shù)脂損耗情況等。

大型的離子交換設(shè)備則采用碳鋼內(nèi)襯環(huán)氧樹(shù)脂或襯膠，中間預(yù)

留可視裝置，以便于離子再生時(shí)在線觀測(cè)再生液水位狀況。

特點(diǎn)

1,工業(yè)超純水處理工藝，是目前工業(yè)用超純水的制備上應(yīng)用

最多的一種工藝之一。

2.食品工業(yè)離子交換樹(shù)脂可用于制糖、味精、酒的精制、生

物制品等工業(yè)裝置上。

3.制藥工業(yè)離子交換樹(shù)脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗

菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開(kāi)發(fā)成功即是突出的例

子。

4.合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化

劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)°

5、電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質(zhì)

等。

6.濕法冶金及其他離子交換樹(shù)脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提

純鈾及提取稀土元素和貴金屬

介紹

離子交換樹(shù)脂常用于原水處理的有鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離

子交換樹(shù)脂，全名稱由分類名稱、骨架（或基因）名稱、基本名稱

構(gòu)成C根據(jù)樹(shù)脂的酸堿性分，屬酸性的在名稱前加〃陽(yáng)〃，強(qiáng)酸性

陽(yáng)離子樹(shù)脂及NaCl作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹(shù)脂使用，就叫做〃鈉型

陽(yáng)離子交換樹(shù)脂〃。屬堿性的在名稱前加〃陰〃。

基本類型

1.強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

這類樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基-S03H,容易在

溶液中離解出H+,故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電

基團(tuán)，如S03-,能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。這兩個(gè)反應(yīng)

使樹(shù)脂中的H+及溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng)酸性樹(shù)脂的離解

能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和產(chǎn)生離子交換作用。

樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥品使

離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù)原來(lái)狀

態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn)行再生處理,

此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再及H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。

2.弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂

這類樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如竣基-COOII,能在水中離解出【什

而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO-（R為碳?xì)浠?/p>

團(tuán)），能及溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換

作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在低pH下難以離解和進(jìn)

行離子交換，只能在堿性、中性或微酸性溶液中（如pH5?14）起

作用。這類樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再生仕匕強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生）。

3.強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂

這類樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱四級(jí)胺

基）-NR30H（R為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出0H-而呈強(qiáng)堿性。這

種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pH下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如

NaOH）進(jìn)行再生。

4.弱堿性陰離子樹(shù)脂

這類樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱一級(jí)胺基）-NH2、仲胺

基（二級(jí)胺基）-NHR、或叔胺基（三級(jí)胺基）-NR2,它們?cè)谒心茈x

解出0H-而呈弱堿性。這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)

其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性條件（如pHl'9）下工作。

它可用Na2c03、NH40H進(jìn)行再生。

注:不論強(qiáng)堿性還是弱堿性樹(shù)脂的正電基團(tuán)能及溶液中的陰離子

吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作用。

離子交換容量

離子交換樹(shù)脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)的性能，表現(xiàn)在它的〃離子

交換容量〃，即每克干樹(shù)脂或每毫升濕樹(shù)脂所能交換的離子的毫

克當(dāng)量數(shù)，meq/g（干）或meq/mL（濕）；當(dāng)離子為一價(jià)時(shí)，毫克當(dāng)

量數(shù)即是毫克分子數(shù)（對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子，前者為后者乘離子價(jià)

數(shù)）。它又有〃總交換容量〃、〃工作交換容量〃和〃再生交換容量〃

等三種表示方式。

1.總交換容量，表示每單位數(shù)量（重量或體積）樹(shù)脂能進(jìn)行離

子交換反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)的總量。

2.工作交換容量，