由图 2可知，双极膜与阴阳离子交换膜交替排列，双极膜与阴离子交换膜之间形成酸室，双极膜与阳离子交换膜之间形成碱室，阳离子交换膜与阴离子交换膜之间的隔间为脱盐室。三隔室双极膜电渗析最大的优势在于同时完成产酸产碱和脱盐过程。
然而，用三隔室处理含弱酸根废水时存在一些问题。以图 2为例，酸室中产生的硼酸为弱电解质，导电率低、膜堆电阻大、能耗大、经济性差。
因此有学者通过在酸室填充强酸型阳离子交换树脂提高膜堆导电能力生产酒石酸，当电流密度为70 mA/cm2，添加树脂后酒石酸生产能耗由传统三隔室膜堆23 kW·h/kg降至16 kW·h/kg，此外扩散损耗以及双极性膜的非理想渗透选择性也将显著增加能耗。
在实验室规模内，双极膜电渗析已被应用于多个领域，其中以同时产酸产碱、清洁生产碱性物质、于复杂体系中原位回收有机酸、控制系统pH制备pH敏感型物质、分离提取多种蛋白、分离回收氨等领域为主。
除上述传统技术外，双极膜电渗析还可用于温室气体回收，现阶段我国提倡可持续发展，实现废弃物零排放是目前技术要求的主要目标之一，以二氧化碳为例，双极膜电渗析技术通过电势差驱动跨膜离子传输，可从气流中回收二氧化碳。只要有成本更低的可再生能源和更便宜先进的膜材料，此类空气捕集法将非常具有应用前景。
在实际生产中，双极膜电渗析起步较晚，在整个膜市场中所占比重较小，但因其应用领域专一而且具有难以替代性，在资源零排放和回收领域优势极大。
目前，在实际应用中，双极膜电渗析的应用范围分为以烟气脱硫、硝酸盐回收等为主的污染控制资源回收和以生产有机酸碱、蛋白生产果汁果酸为主的化工和食品生产，各领域应用特点见表 2。
由表 2可知，工业上双极膜电渗析应用的主要限制是昂贵的膜维护和更换以及电能成本。
2.2 选择性电渗析
传统电渗析对阴阳离子分离效率高达97%，但对相同电荷不同价态的离子分离效率不高。将具有单价和多价离子分离性能的离子交换膜引入电渗析装置将大大提高不同价态同种电荷离子的分离效率，此类电渗析装置被称为选择性电渗析（Selectrodia-lysis，SED）。
M. Reig等利用选择性电渗析技术分离废水中氯化钠和硫酸钠，再利用双极膜分离回收酸和碱，其中选择性电渗析装置原理见图 3。
由图 3可知，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间放置单价离子选择性交换膜。装置通电后，SO42-向阳极迁移，途中被阴离子选择性交换膜阻挡，富集于阴离子选择性膜和阴离子交换膜间的隔室中，Cl-则富集于阳离子交换膜和阴离子选择性膜间的隔室中，阴阳离子交换膜间的隔室中离子浓度降低成为淡水室，不同价态阴离子成功分离。除分离离子外，选择性电渗析工艺还可用于元素的回收富集。
选择性电渗析技术的核心竞争力在于选择性离子交换膜的性质。在前人的研究中，研究者们已将如聚苯胺、聚季铵盐等基团引入离子交换膜增强其对单价阳离子的选择性，但由于其具有高表面电阻，这类膜阳离子通量通常较低。
有研究表明可以利用离子密度大疏水相的导电基团提高阳离子通量，研究者通过在膜骨架中引入由芳族骨架和离子侧链组成的离子通道增强阳离子通量，将两性结构的聚（2，6-二甲基苯乙烯氧化物）季铵盐引入膜结构中，聚合物主链上的各种烷基链和以氮为中心的官能团诱导了膜的疏水性，同时提高膜的选择性和单价阳离子通量并减少了膜溶胀。
另一类由季铵化氧化石墨烯修饰的聚乙烯醇（PVA）-QPEI（季铵化聚乙烯亚胺）阴离子交换膜可通过PVA-OH基团选择地加速氢氧根的传输，此外膜中的季铵化氧化石墨烯纳米片可抑制具有较大水合离子半径离子的传输，使膜具有高选择性。
在现有研究中，选择性电渗析技术常被用于单价/多价离子分离，最常见的为分离各类金属离子如锂、镁、砷或氯离子等阴离子，也有研究将选择性交换膜与普通离子交换膜联合使用用于分离不同产物。
虽然选择性膜在广泛操作条件下均显示出稳定的离子选择性，还可利用脉冲电场控制膜界面浓度极化现象，但这些特殊的离子交换膜成本较高，脱盐效率也将随流量的增加而降低，同时由于静电排斥，二价阳离子的传输速率也将逐渐降低，这些特点都限制了选择性电渗析的实际应用。
2.3 复分解电渗析
复分解电渗析（Electrodialysis Metathesis，EDM）具有*和浓缩离子的独特性能，通过离子*可发生类似复分解反应。
基于四隔室结构特点，其可以将少量的溶解度低（或不溶解度）的盐类转化为高溶解度的盐。复分解电渗析通过将2种原料AX、BY和另2种产品液BX、AY分别投入4个隔室，在电场力的作用下离子定向迁移过膜而后被同性离子交换膜阻挡后停留于不同隔室，完成AX BY→AY BX复分解反应，复分解电渗析原理见图 4。
由图 4可知，在复分解电渗析系统中，交替的离子交换膜（阳-阴-阳-阴-阳）形成4个隔室（浓缩室、淡水室、浓缩室、淡水室），利用离子的定向移动和离子交换膜的选择透过性以氯化钾和硝酸盐为原料制备无氯钾肥（KNO3）并回收氯化钠。
相比于双极膜电渗析和选择性电渗析，针对复分解电渗析的研究较少，且大多数研究为浓缩高纯度无氯钾肥。
常规无氯钾肥复分解生产法具转化率低、能耗高、产品纯度低等缺点，与传统的复分解反应相比，复分解电渗析无需萃取、无需复盐沉淀、电流效率高、产物纯度高。
但与其他电渗析工艺一样，复分解电渗析的效率是由操作参数（电流密度、进料浓度和成分等）和离子交换膜的性能决定的。复分解电渗析技术同样对膜有一定要求，高选择性、高导电性等性质是在低能耗下提供浓缩产物的重要膜性能。该新型技术虽具有一定优势，但因其装置复杂、对进水要求高未能投入生产。
2.4 逆电渗析
逆电渗析（Reverse Electrodialysis，RED）的原理为：通过在不同浓度盐溶液间放置离子交换膜，利用离子浓度差导致的离子迁移将化学能转化为电能，其具体原理见图 5。
