当前课程知识点：水处理工程-物化技术 > 第7章 膜分离 > 第4节 电渗析工艺计算 > 第4节 电渗析工艺计算
同学们好！在上一讲我们介绍了电渗析的构造与组装
在这一讲我们将介绍电渗析的工艺计算，确定一些重要的工艺参数
第一个重要的参数是极限电流密度
在此之前，我们先了解一个概念-浓差极化
它是在电渗析过程中普遍存在的现象
那么，什么是浓差极化现象呢？
下面，我们以NaCl溶液在电渗析中的迁移过程为例进行说明
这个图左边是阴膜，右边是阳膜，中间是淡水室
在淡水室中，如果我们注入NaCl溶液
在电场的作用下，淡水室中的Na离子和Cl离子就会发生迁移
Na离子透过阳膜向阴极移动，而Cl离子透过阴膜向阳极移动
在移动过程中，各自传递一定的电荷
在淡水室溶液中，电荷的传递靠Na离子和Cl离子共同承担
因此Na离子和Cl离子的迁移数，也就是说各自传递的电荷在总电量中所占的比例
可以近似认为是0.5
但在膜中的迁移数就会发生变化
这里，我们以阴膜为例来进行分析
在阴膜中，根据离子交换膜的选择性，只允许Cl离子通过
因此Cl离子在阴膜中的迁移数要大于其在溶液中的迁移数
为了维持正常的电流传导，必然要动用阴膜边界层的Cl离子，以补充这个差值
这就使得在边界层和主流层之间出现一个浓度差，即C-C'
如果我们增加电流密度，这个浓度差就会增加
而当电流密度增大到C'趋近于0时，为了维持电流传导
此时，水分子就会开始电解成H离子和OH离子
而OH离子将参与迁移，以弥补Cl离子浓度的不足
这种现象称为浓差极化现象
而使边界层中的Cl离子浓度趋于0时的电流密度称为极限电流密度
在电渗析中，如果出现浓差极化现象
就会使部分电能消耗在水的电解过程中，降低电流效率
同时淡室中电解出的OH离子会通过阴膜进入浓室
使浓水pH值增大，产生CaCO3，甚至Mg(OH)2的沉淀
使阴膜浓室侧发生结垢，而导致膜电阻的增加，增加耗电量
所以，我们不希望电渗析在极限电流密度条件下工作
那么，这个极限电流密度该如何确定呢？
极限电流密度，这里用i_lim来表示
它与流速、离子的平均浓度等都有关系，可以用下式来进行计算
这里v代表了淡水隔板流道的水流速度
n表示隔板对水流紊动的影响程度，在0.3-0.9之间
n值越接近1，说明隔板造成的水流紊动效果越好
C为淡室中水的对数平均离子浓度，K_p为水力特征系数
我们可以看到，隔板的设计，对于极限电流密度的影响是十分重要的
极限电流密度通常可以采用电压-电流法来进行测定
首先，在进水浓度稳定的条件下，固定浓、淡水和极室水的流量和进口压力
然后逐渐提高电压，待工作稳定后，测定与其相应的电流值
以膜对电压为纵坐标，电流密度为横坐标，做膜对电压-电流密度图
我们可以看到，当电压值比较小时，电流密度会随电压的增加呈线性增加
但当电压增加到一定值后，电流密度的增加幅度会逐渐降低
从曲线两端分别做切线，交为P点，过P点做垂线，交为C点
这一点所对应的电流密度即为极限电流密度
如果我们改变淡水隔板流道的水流速度v，在每一个流速下
就可以得出相应的极限电流密度i_lim和淡室中水的对数平均离子浓度C值
然后再用图解法，就可以计算出极限电流计算公式中的Kp和n值
如果我们知道了极限电流密度，那么，在电渗析运行过程中
我们就可以把操作电流密度控制在极限电流密度之下
以避免极化现象的发生
第二，我们介绍电流效率和电能效率
电流效率的定义是，在电渗析中，实际去除的盐量与理论去除盐量的比值
它反映了电渗析中电流的利用效率的高低
对于实际去除的盐量，我们可以通过这个式子进行计算
其中，q为一个淡室的出水量
C_F、C_P分别为淡室的进、出水的含盐量
计算时均以当量粒子作为基本单元
t为通电时间；M_B为物质的摩尔质量
而理论上去除的盐量，可以根据法拉第定律进行计算
其中I为电流强度；F为法拉第常数
根据实际去除盐量和理论去除盐量的比值，我们即可以得到电流效率
此外，我们还可以用电能效率来衡量电渗析中电能的利用程度
这个电能效率可以定义成整台电渗析器脱盐的理论耗电量与实际耗电量之比
可以用这个式子进行计算
第三，我们介绍电渗析的工作电压
工作电压是指施加在两个电极之间的操作电压
是电渗析中重要的操作工艺参数
工作电压等于每对电极的极区电压和膜对电压之和
极区电压一般在15到20V，而膜对电压之和与膜对数及每一膜对电压有关
每个膜对电压包括隔板水层电压和膜电压，一般在2-4V
其值的大小与膜性能和原水含盐量有关
如果膜对数很多，工作电压可能就会很大
此时，可以增加串联的电渗析器的级数，来降低电极之间的总电压
以减少对电渗析的供电设备的要求
第四，介绍总流程长度
电渗析总流程长度，是指在给定条件下需要的脱盐流程长度
对于一级一段或多级一段组装的电渗析器
脱盐总流程长度也就是隔板的流道总长度
假设隔板厚度为d、流道宽度为b、流道长度为l、膜的有效面积为bl
我们就可以按下式计算平均电流密度
一个淡室的流量可以用下式进行计算
将上述两个式子带入电流效率计算式中
经变换，就得到脱盐流程长度的计算式如下
第五，介绍电渗析器并联膜对数
并联膜对数可以用下式进行计算
有关电渗析的相关内容就介绍到这儿
下一讲，我们将为大家介绍另外一种膜分离技术-反渗透
-0-1 课程定位
--讨论题
-0-2 给水处理工艺
--讨论题
-0-3 废水处理工艺
--讨论题
-第0章 绪论 测试题
-1-1 概述
--1-1 概述
--讨论题
-1-2 胶体的主要性质
-- 1-2 胶体的主要性质
--讨论题
-1-3 水的混凝机理与过程
--讨论题
-1-4 混凝剂与絮凝剂
-- 1-4 混凝剂与絮凝剂
--讨论题
-1-5 混凝动力学
--讨论题
-1-6 混凝效果的主要影响因素
--讨论题
-1-7 混凝设备
--1-7 混凝设备
--讨论题
-第1章 混凝 测试题
-2-1 概述
--2-1 概述
--讨论题
-2-2 自由沉淀
--2-2 自由沉淀
--讨论题
-2-3 絮凝沉淀
--2-3 絮凝沉淀
--讨论题
-2-4 拥挤沉淀
--2-4 拥挤沉淀
--讨论题
-2-5 平流沉淀池
--讨论题
-2-6 平流沉淀池工艺计算
--讨论题
-2-7 竖流式与幅流式沉淀池
--讨论题
-2-8 斜板沉淀池
--讨论题
-2-9 澄清池
--2-9 澄清池
--讨论题
-三维交互式演示区
--竖流沉淀池
--浏览器设置方法
--机械搅拌澄清池
--辐流沉淀池
-第2章 沉淀 测试题
-第2章 沉淀 测试题2
-3-1 概述
--3-1 概述
--讨论题
-3-2 气浮理论基础
--讨论题
-3-3 加压溶气气浮
--讨论题
-第3章 气浮 测试题
-4-1 概述
--4-1 概述
--讨论题
-4-2 普通快滤池构成与工作过程
--讨论题
-4-3 滤池的水头损失
--讨论题
-4-4 滤池的过滤方式
--讨论题
-4-5 滤料
--4-5 滤料
--讨论题
-4-6 配水系统
--4-6 配水系统
--讨论题
-4-7 滤池冲洗
--4-7 滤池冲洗
--讨论题
-4-8 虹吸滤池
--4-8 虹吸滤池
--讨论题
-4-9 重力无阀滤池
--讨论题
-4-10 移动罩滤池
--讨论题
-三维交互式演示区
--普通快滤池
--浏览器设置说明
--虹吸滤池
--浏览器设置说明
-第4章 过滤 测试题
-5-1 概述
--5-1 概述
--讨论题
-5-2 消毒的影响因素
--讨论题
-5-3 氯消毒
--5-3 氯消毒
--勘误
--讨论题
-5-4 二氧化氯消毒
--讨论题
-5-5 紫外线消毒
--讨论题
-第5章 消毒 测试题
-6-1 离子交换树脂
--讨论题
-6-2 离子交换反应特性
--讨论题
-6-3 阳离子交换树脂特性
--讨论题
-6-4 阴离子交换树脂特性
--讨论题
-6-5 离子交换软化系统
--讨论题
-6-6 离子交换除盐系统
--讨论题
-6-7 离子交换设备
--讨论题
-6-8 离子交换法处理工业废水
--讨论题
-第6章 离子交换 测试题
-第1节 概述
--第1节 概述
--讨论题
-第2节 电渗析原理与过程
--讨论题
-第3节 电渗析器构造与组装
--讨论题
-第4节 电渗析工艺计算
--讨论题
-第5节 反渗透工艺原理与工作特征
--讨论题
-第6节 反渗透工艺计算
--讨论题
-第7节 超滤和微滤分离原理与过程
--讨论题
-第8节 超滤和微滤工艺计算
--讨论题
-第7章 膜分离 测试题
-8-1 氧化还原基础与分类
--讨论题
-8-2 臭氧氧化
--8-2 臭氧氧化
--讨论题
-8-3 光催化氧化
--讨论题
-8-4 超临界水氧化
--讨论题
-8-5 电解
--8-5 电解
--讨论题
-第8章 氧化还原 测试题
-9-1 概述
--9-1 概述
--讨论题
-9-2 吸附平衡与吸附等温线
--讨论题
-9-3 吸附穿透曲线
--讨论题
-第9章 吸附 测试题
