膜技术处理工业给水

在电场作用下，阳离子向阴极运动，阴离子向阳极运动，如
果一个隔室阳极的一侧为阳膜，阴极的一侧为阴膜，则阴阳离子 受离子交换膜同电性基团的排斥，不能穿过交换膜。这样，电渗
析器的一半隔室变成脱盐水，另一半隔室则变成浓缩水，从而达
到脱盐目的。
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当原水进入这些小室时，在直 流电场的作用下，溶液中的离子作 定向迁移。阳离子向阴极迁移，阴 离子向阳极迁移。但由于离子交换 膜具有选择透过性，结果使一些小 室离子浓度降低而成为淡水室，与 淡水室相邻的小室则因富集了大量 离子而成为浓水室。从淡水室和浓 水室分别得到淡水和浓水。原水中 的离子得到了分离和浓缩，水便得 到了净化。 在电渗析过程中，除了上述离 子电迁移和电极反应两个主要过程 以外，同时还发生一些列次要过程。
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阳离子交换膜带有负电荷（如SO3- ），空隙中构成负电场，
可以允许带正电荷的离子（如Na+ ）进入和穿过。由于同性相斥 的原理，则带有负电荷的离子（如Cl－ ）不能通过。
阴离子交换膜带有正电荷（如CH2N＋ ），在孔隙中构成正
电场，排斥带有正电荷的离子（如Na+ ），而允许带负电荷的离 子（如Cl－ ）透过。
这是因为如果膜的膨胀性太大，就容易发生膜的弯 曲和收缩，影响膜的使用和装臵拆除后的重新组装。
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（3）膜的厚度
膜不能太薄，要求具有一定的厚度及弹性，以利于 电渗析、渗析器的组装，保证不发生内、外漏现象。
（4）膜的平整度
指膜表面要平整、光滑，不能有皱纹或波浪起伏，
否则会直接影响到电渗析设备、渗析设备的组装及密
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5.1 几种膜分离技术简介 膜分离法：是指在某种推动力作用下,利用特定膜的透过 性能,达到分离水中离子或分子以及某些微粒的方法的统称。 溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。
1.电渗析（ED）：在外加电场的作用下，利用阴、阳离子
交换膜对阴、阳的选择透性，把电解质从水溶液中分离出来 的膜分离技术。
（1）离子交换膜从化学组成来说，与离子交换树脂几乎
相同，都属于高分子电解质。 （2）两者都可用于去除水中的各种离子，达到除盐或软 化水的目的
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离子选择性膜与离子交换树脂有很大差别 粒状离子交换树脂的作用机理是树脂和溶液中的离子之间进 行交换，即离子交换是它的主要机理； 离子交换膜的行为是对溶液中的离子具有选择透过的特性，
t－离子在膜中的迁移数，通电时某种离子（如阳离子）在膜中 所迁移的电量与所有离子在膜中迁移的电量的比值。 t－离子在溶液中的迁移数，通电时某种离子（如阳离子）在 溶液中所迁移的电量与所有离子在膜中迁移的电量的比值。 式中是ti离子在理想膜中的迁移数，ti=1。ti取膜两侧溶液平均 浓度下的迁移数。
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（4）应具有较好的物理机械性能 要求膜具有一定的强度和柔曲性能，不怕折叠，尺寸要稳定， 不随外界溶液的变化而过分的膨胀、收缩，要经得住使用条件的 变化而保持较高的尺寸稳定性。如果膜强度过低，不仅会给设备 添加种种限制，而且会在装配或使用过程引起膜的破损。膜尺寸 稳定性差，便会导致膜变形和随之而来的液流堵塞等障碍。 （5）膜的均匀性要好
即离子选择透过是它的主要机理。
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离子交换膜与离子交换树脂比较
类 别
外形特点 净化水方式
离子交换树脂 使水中同电荷离子 进入本体 离子交换反应
水溶液中
离子交换膜 水中平衡离子通 过本体 离子选择透过 水溶液中且有外加 直流电场
膜有良好的选择透过性能
小球粒状（ 1~2mm ） 膜片状
反应机理 外界条件
2. 渗析（D）：是由于膜两侧有浓度差，使水中的溶质透
过膜分离的技术。
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3. 渗透：由于膜两侧有浓度差，使溶剂（如水）透 过膜分离的技术。(溶质不发生迁移) 4. 反渗透（RO）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一 侧施加一定的压力，使溶剂（如水）透过膜而纯化 或浓缩的膜分离技术。 5. 微滤（MF）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一侧 施加一定压力，截留水中的细菌、粘土等微粒的技 术。 6. 超滤（UF）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一侧 施加一定压力，截留水中的大分子以及细菌、病毒、 胶体等微粒的技术。 分离粒径范围：微滤>超滤>纳滤>反渗透
封性能，并由此引起设备的内漏、外漏现象。
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三、适于工业用离子交换膜所必须具备的条件： （1）应具有高度的离子选择透过性
膜的选择透过性本身大体上就代表了电流效率的高低。选
择透性愈高，装臵效率就愈高。 （2）应具有良好的导电性
膜电阻是决定电渗析设备耗电量的重要因素。膜导性差时，
电渗析过程中由于膜电位降将带来不必要的电耗。 （3）水的迁移量要小 在电渗析过程中，由于水的迁移（包括电渗透和渗透的量） 往往对浓缩液的浓度和淡化时淡水产量等有较大的影响。
按膜的应用则可分有：
电渗析浓缩用膜、电渗析脱盐用膜、电解隔膜、特定离 子选择透过膜、扩散渗析用膜和反渗透用膜等。
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阳离子交换膜（阳膜）阳膜与阳离子交换树脂一样，带有阳离子交换
基团，它能选择性透过阳离子而不让阴离子透过。按交换基团离解度的强
弱，分为强酸性和弱酸性阳膜。酸性活性基团主要有：磺酸基(－SO3H)、
（1） 膜的选择透过率 膜的选择透过率是指膜对不同离子的选择透过能力， 一般用离子在膜中的迁移数来表示。膜的选择透过性能 不可能达到100％。膜的选择透过性用膜的选择透过率P 表示。
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膜的选择透过度Pi定义为:i离子在膜中迁移数的增加值与该离子
在理想膜中的迁移数的增加值之比。
Pi=(t-t)/(1-t)*100%
特种膜：这类膜包括两极膜、两性膜、表面涂层膜等具有特种性能的
离子交换膜。 目前所采用的阳膜有聚苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，阴膜有聚苯乙烯季 胺型阴离子交换膜。离子交换膜又被称作离子选择透过性膜。
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二、离子交换膜的物理化学性能 1. 膜的电化学性能
膜的电化学性能是衡量膜好坏的最为重要的一项指标， 关系到膜使用的技术经济效果。
膜的化学性能一般指膜的耐酸碱、耐溶剂、
耐辐射、耐高温、耐有机污染等性能, 用膜的化 学稳定性表示。 一般要求使用一至数年。因而要求膜在各方 面的化学稳定性都好。
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3. 膜的物理机械性能 1）膜的机械强度 一般要求1kg/cm2 以上的爆破强度，以承受工作时所 受的压力差。 也要求膜具有相当的柔曲性能，以防组装时被损坏。 膜的机械强度取决于膜本体的化学结构、增强材料性 能以及粘合度。 2）膜的膨胀性能 一般通过膜的交联结构和增强工艺以控制膜的膨胀 性能，使膜具有良好的尺寸稳定性。
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２.离子的淌度 在电场作用下，溶液中的阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动， 其运动速度除与离子的本性和溶剂性质（粘度等）有关以外，还与电位 梯度V有关。 电位梯度为1伏特/厘米时的离子运动速度为离子的淌度或离子的绝 对速度。 阳离子 H＋ K＋ Na＋ 常见离子的淌度 u＋ （厘米/秒） 36.2×10－4 7.61×10－4 5.19×10－4 阴离子 OH－ SO42－ Cl－ NO3－ HCO3－ u－ （厘米/秒） 20.5×10－4 8.27×10－4 7.91×10－4 7.40×10－4 4.61×10－4
离子常以水合状态存在，当其在离子交换膜内迁移时， 同时发生水的移动（叫做水的电渗透）。 水的电渗透现象受膜的电阻率支配。电阻率小的膜，水 的电渗透有增大倾向。由于外液浓度的上升相反地水的电渗
透还有减少的倾向，所以，当要由电渗析浓缩获得高浓度电
解质时，电渗透的水量具有重要的影响。
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2. 膜的化学性能
（6）应该具有耐有机污染的能力
（7）价格低廉 （8）具有某些特殊性能
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（9）应具有较高的化学稳定性 离子交换膜除在中性溶液中使用外，还经常在酸性、碱性或氧 化还原介质中使用，有时还要较高温度下使用。因此，离子交换膜 要经受酸碱、氧化破坏作用、高温破坏作用，有时是这些因素综合 作用的影响。所以，要求膜的化学稳定性高，在实用中有较长的奉 命。 综上所述，对膜的要求很多。但一张膜要同时兼有这些性能在 实际上是不可能的；而且有些性能是互相矛盾和互相制约的。只能 根据不同的用途，作出相应的选择，以保证对膜的主要性能的要求， 同时适当兼顾膜的其他各项性能。
磷酸基(－PO3H2)、膦酸基(－OPO3H)、羧酸基(－COOH) 等。
阴离子交换膜膜（阴膜）膜体中含有带正电荷的碱性活性基团，它
能选择性透过阴离子而不让阳离子透过。按其交换基团离解度的强弱，分
为强碱性和弱碱性阴膜。碱性活性基团主要有：季胺基[－N(CH3)2OH]、 伯胺基(－NH2)、仲胺基(－NHR)、叔胺基(－NR2)等。
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一、电渗析脱盐的基本原理 电渗析器的脱盐，主要 基于含盐水在阴阳离子交换 膜和隔板组成的电渗析槽中 流过时，在直流电场的作用 下，发生离子迁移，阴阳离 子分别通过阴阳离子交换膜， 从而达到除盐的目的。
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空隙作用
静电作用和扩散作用
磺酸型阳膜的空隙结构作用
离子交换膜的选择透过性
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表 几种主要膜分离法的特点
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膜分离技术的共同特点 ①膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。 例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最 低。 ②膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏 性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。 ③装臵简单，操作容易，易控制、维修，且分离效 率高。 作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法 相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等 特点。