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北极星水处理网讯:工业化发展带来的污染促使人们寻求解决水资源短缺的方法，其中水体脱盐是开发利用非常规水资源中最有前途的方法之一，海水是水体脱盐的主要目标物，海水淡化行业的发展也促进了诸如污水处理厂三级废水、地表含盐水、高硝酸盐工业、罐头加工和垃圾填埋场渗滤液处理等高盐废水脱盐技术的发展。
自20世纪50年代以来，脱盐技术在实现较高有机负荷率、减少结垢、提高通量和选择性以及降低成本上取得了巨大的进步。
脱盐过程分为膜（非相变）脱盐过程和热（相变）脱盐过程，膜脱盐工艺利用膜作为物理屏障从废水中分离污染物，热脱盐工艺则利用能量蒸发出废水中的水分子将污染物转化为固体。
近年来反渗透、电渗析、多效膜蒸馏等技术被广泛应用于脱盐领域，其中多级闪蒸脱盐、多效蒸发/蒸馏、膜蒸馏技术等属于热脱盐，反渗透、电渗析等属于膜脱盐, 不同脱盐技术能耗对比见表 1。
由表 1可知，与热脱盐相比，膜脱盐的能耗更低，自2000年后，约70%的脱盐工厂采用膜工艺。
大多热脱盐工艺具有压力较高、抗污染抗氧化性较差、回收率低、能耗大等问题，开发安全、便捷、低成本、高容量、可回收的脱盐技术一直是技术创新的核心所在。传统电渗析过程中不发生相变和化学反应，无需引入化学药剂，能耗低，对环境污染小。
通过考察近十年来与电渗析相关的SCI论文发表数量发现（数据来自Web of Science关键词“Ele-ctrodialysis”），论文发表数量逐年增加，由2010年的191篇增加到2019年的505篇。
脱盐技术除了被应用于生产淡水外，有效去除污水中重金属等有害离子实现污水净化也是脱盐技术的技术目标。
本研究介绍了传统电渗析技术的基本原理及技术限制，以及几种典型新型电渗析工艺的基本技术原理、装置运行模式和应用范围，以期推动电渗析技术的发展和研究。
01 传统电渗析技术
电渗析（electrodialysis，ED）装置由直流电场和多对离子交换膜组成，在阴极和阳极之间交错放置了数对阴离子交换膜（AEM）和阳离子交换膜（CEM），其内部利用隔离垫片来分离，在靠近电极处电解质溶液循环通过电极室形成电极冲洗室。
电渗析技术基本原理为：利用离子交换膜的选择透过性，在外加直流电场的作用下使阴阳离子定向迁移选择性过膜，在由离子交换膜形成的隔室内交替形成浓水室和淡水室实现脱盐目的，具体原理见图 1。
电渗析装置通常由离子交换膜、电源、辅助材料（垫片、电极、密封垫片）组成。装置中电极通常由钛、氧化铝、石墨等碳材料制成。
装置中离子交换膜由活性离子交换基团、固定官能团和疏水底物组成，具有选择透过性，根据膜结构中的固定电荷属性分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。
电渗析传质过程复杂涉及参数多，难以从实验角度对其进行全面深入的研究，因此近年来相关科研人员尝试通过模拟电渗析中的物质分离过程及物质传递过程优化电渗析工艺，电渗析的传质过程包括浓差极化现象、离子交换膜间对流传递、离子定向或过膜的电迁移传递和扩散传递、电解质-膜平衡等过程。
用于描述电渗析传质过程的最常见模型为Nernst-Planck模型和Maxwell-Stefan模型，分别适用于单和多电解质体系。
02 新型电渗析技术发展
近年来，人们相继开发了可同时产酸碱的双极膜电渗析技术、利用膜特性进行离子选择性分离的选择性电渗析、具有*和浓缩离子能力的复分解电渗析、将化学差势能转化为电势差发电的逆电渗析等新型电渗析技术。
2.1 双极膜电渗析
除普通电渗析外，双极膜电渗析是在实际生产中最常用的电驱动膜分离工艺。双极膜电渗析在传统电渗析的基础上引入了双极膜。
双极膜（BM）由3个主要部分组成：阴离子交换层、阳离子交换层和阴离子与阳离子交换层接合处的亲水界面。装置通电后，在直流电作用下双极膜亲水界面中水分子解离为氢离子和氢氧根，阳离子通过阳离子交换膜（CM）向阴极迁移，阴离子通过阴离子交换膜（AM）向阳极迁移。
典型的三隔室双极膜电渗析结构见图 2。
