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海水淡化成为目前解决淡水资源稀缺的重要技术,而随之产生的浓海水的处理成为海水淡化技术研究及产业发展的关键难题。电渗析(ED,electrodialysis)是一种分离和纯化技术,它不受溶液渗透压限制,可达到200 g/L以上的浓缩效果。ED过程设备简单,易于操作,且占地面积小;与反渗透(RO,reverse osmosis)过程相比,不需要高压操作且仅通过消耗电能就可以实现低能耗浓缩;因此在处理浓盐水方面占优势。 然而,浓海水含有较多的Ca2+,Mg2+和SO42-,若采用常规ED工艺进行浓缩将导致严重的结垢问题。将一价阳离子交换膜(CMS)和一价阴离子交换膜(AMS)交替排列组成的离子选择性电渗析系统,对海水淡化中排放的浓海水进行浓缩处理,可以一定程度上克服ED膜堆结垢的问题。 首先,针对模拟浓海水处理进行了膜堆构型的探索。研究表明最佳的膜堆构型是靠近极室采用CMS膜,且阴极室增加极室保护室,这样才能保证ED过程的正常运行。 采用充足的原料液对优化的膜堆构型在不同的电流密度、隔室流量和浓缩室初始循环体积之下进行初步探究。结果表明在电流密度为30~40 mA/cm2时,ED过程能够顺利进行;对进水流量的准确控制可以避免ED内部出现显著水解离和漏水现象;此外,减小浓缩室的初始循环体积,有利于缩短反应时间,减少ED过程能耗。最终能够实现浓缩液TDS为200 g/L的目标。 为了既能实现浓缩又同时最大限度的减少剩余料液浓度,需要确定最佳浓淡体积比。实验结果表明,控制原料室离子浓度不低于20 g/L,可以保证ED过程在较低能耗下进行且原料室不发生水解离。 在选定初始原料液为20 L,初始浓缩液为0.5 L;电流密度为40 mA/cm2;隔室流量为15 L/h的条件下进行浓缩。结果表明,最终TDS达到200 g/L的水平,能耗在2.5 kW·h/kg NaCl之下;实验结束后,剩余原料液浓度为25 g/L,这既实现了浓缩室的高浓度浓缩,又实现原料室低浓度的排放。