電滲析實驗中不同電壓對出水離子濃度的影響

吳 敏

(湖州市環境監測中心站，浙江 湖州 313000)

膜分離技術是去除水中溶解物質的重要方法之一。膜分離法具有一般溫度下可操作﹑沒有相的變化﹑設備可工廠化生產﹑容易操作等優點。電滲析是其中的一種。它是在直流電場的作用下，利用陰﹑陽離子交換膜對溶液中陰﹑陽離子的選擇透過性(陽膜只允許陽離子通過而把陰離子截留下來;陰膜只允許陰離子通過而把陽離子截留下來)，而使溶液中溶質與水分離的一種物理化學過程。

電滲析主要用于水的淡化﹑除鹽。海水和苦咸水(鹽度小于10g/)的淡化是電滲析最主要的用途。它也可作為離子交換法制取純水的預處理，使離子交換柱的生產能力提高，延長交換周期，節省再生劑的用量，操作簡便。電滲析也用于廢水中離子雜質的分離和回收。

電滲析過程是膜體上活性基團所吸附的離子在直流電場作用下通過相互接觸的活性基團或它們之間的溶液不停地定向傳遞遷移，直到透過膜體進入濃室為止。因為電極間的電阻一定，當電極兩端所加的電壓越大，通過溶液的電流就越大，在單位時間內就有更多的陰陽離子通過離子交換膜。淡室的出水中離子含量就越少，濃室的出水中離子含量就越多。可通過對自來水脫鹽處理，用電導率儀或鹽度計測定進水﹑出水(極室水﹑濃室水﹑淡室水)離子濃度變化來研究。

1 方法與材料

1.1 材料。自來水。

1.2 儀器。電滲析器，鹽度計，電導率儀。本電滲析實驗裝置由電源整流器﹑進水調節部分和交換膜組件部分構成。電源整流器將220V 交流電轉換成直流電，輸出電壓根據要求在0 ～50V 范圍內調整。水量調節器由壓力表和流量計構成，壓力表主要指示電滲析器進水壓力，一般不要超過2kg/cm2，否則將影響電滲析器的正常工作。交換膜組件部分采用鈦電極作為正﹑負電極，用40 對交換膜(一張陽膜和一張陰膜為一對)分多段串聯，以提高脫鹽效率。出水管有三根，一根為極水管(始終不變)，一根為濃水管，一根為淡水管，這三根出水管的出水性質隨直流電源的極性改變而改變。

1.3 方法。通電前先取30ml 左右自來水測電導率和鹽度。打開進水閥門，進水穩定后，打開整流開關和A 相極性開關，電源指示燈亮，調節輸出電壓為40V。調節進水閥門至壓力為2.8kg/cm2，流量為0.5L/h，穩定一段時間后，分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測定鹽度和電導率。再將輸出電壓分別調節至30V ﹑20V，穩定一段時間后，同樣分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測定鹽度和電導率。當以上實驗完成后，將輸出電壓調至0，打開B 極性開關，此時直流電源控制器的輸出極性與剛才相反，電滲析反應器中的離子遷移方向也隨之相反;原來的淡室出水變為濃室出水，濃室出水變為淡室出水。調節輸出電壓分別為20V ﹑30V﹑40V，穩定一段時間后，分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測定鹽度和電導率。

2 結果與分析

2.1 不同電壓對各室出水鹽度的影響

實驗結果表明(圖1 和圖2):在不同的電壓下，極室出水的鹽度在A 相和B 相時都和原水的鹽度差不多;濃室出水的鹽度在A 相和B 相幾乎都比原水的鹽度大很多，但沒有呈現出與電壓的正或負相關性。淡室出水的鹽度在A 相和B 相幾乎都比原水的鹽度小很多，但也沒有呈現出與電壓的正或負相關性。

2.2 不同電壓對各室出水電導變化率的影響

實驗結果表明(圖3 和圖4):除了在B 相﹑電壓為20V 時，極室出水的電導率和原水的電導率相差很多外，在其它情況下，在不同的電壓下，極室出水的電導率在A 相和B 相時都和原水的電導率差不多;在不同的電壓下，濃室出水的電導率在A 相和B 相時都比原水的電導率大很多，但沒有呈現出與電壓的正或負相關性;在不同的電壓下，淡室出水的電導率在A 相和B相時都比原水的電導率小很多，淡室出水的電導變化率在A 相時呈現出與電壓正相關，在B 相時呈現出與電壓負相關。

3 結論與討論

按理電極間的電阻一定，當電極兩端所加的電壓越大，通過溶液的電流就越大，在單位時間內就有更多的陰陽離子通過離子交換膜;淡室的出水中離子含量就越少，離子濃度與電壓呈負相關;濃室的出水中離子含量就越多，離子濃度與電壓呈正相關。結果只有在B 相時的淡水出水的電導變化率符合上述推理。可能是每次電壓改變后，開始取樣時間的差異以及取樣過程中取樣時間的長短導致了有時陰﹑陽離子通過離子交換膜的速率還沒有達到該電壓下應有的速率。至于在A相時，電導變化率(見圖3)出現:40V 電壓下的濃室出水電導變化率下降，淡室出水電導變化率上升，可能是因為電滲析儀剛打開(起始時電壓先調為40V，然后30V ﹑20V)，穩定時間還不夠長。

［1］蔣展鵬主編. 環境工程學［M］. 北京:高等教育出版社，2005，6，154 -158.