《淡水化介绍.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《淡水化介绍.doc（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、我国正在进行南水北调工程，所需资金将达5000亿人民币。而利用我国北方临海的优势，用海臣发明的电极化海水淡化装置对海水进行淡化，不但可以获得淡水，而且还可以提高北方盐场的产盐率，同时能够调解火力发电厂、核电厂的发电峰谷，并产生大量的氢气和氧气及氯气等产品，其综合效益会使海水淡化实现零成本，乃至负成本。为迎接氢能源时代的到来奠定坚实的基础。 淡水资源紧张是全世界面临的严重问题之一，海水淡化是解决这一问题的根本途径。虽然海水淡化的方法很多，但目前世界上投入商业运营的海水淡化装置,根据其工作原理分类，主要有三大方法，分别是：蒸馏法、反渗透法、电渗析法。但都不是太理想，蒸馏法成本高，工艺设备复杂，出水
2、率低；电渗析法、反渗透法需要有离子或介质的透过，要求能量大，因而能耗高，并且对水的预处理要求条件苛刻，离子交换膜或反渗透膜易污染、维护量大。 本装置是一种区别于现有方式的新型的海水淡化方法，理论上其能耗低、出水量大、淡水品质好，预处理简单，出淡水比例高，而且在阳极上将可以产生氧气和氯气，在阴极上产生氢气。也可以使其在阳极上只产生氧气，在阴极上产生氢气，而氢气是燃料电池的最佳能源。氧气、氯气都是宝贵的资源，而且可以得到大量的囟水，提高盐田的产盐效率。而整个海水淡化装置的运行，可以在用电低谷时段，如配做核电站的电负荷调峰使用，其性能和效果远比蓄能式电站成本低，效果好。而这样生产淡水，只是进行电能转
3、化的副产品，因此，此装置的效益不言而喻，使之成为最完美的海水淡化装置。 此装置是在我查阅了大量关于脱盐方面的技术，了解各种技术之后方提出以离子极化原理进行海水淡化的一种方式，这种方式是溶液通电后产生的一种自然现象，因此，具有很高的效率。从理论上分析此方法接近海水淡化所需的理论能耗，因此我认为是一种非常有前景的海水淡化方式，很可能成为人类解决海水淡化的最佳装置。在海水淡化方法方面，具有明显的创造性、新颖性、实用性。 以下是几种常规海水淡化方法的简介 一、水的蒸馏法脱盐又称蒸发法，是最早采用的脱盐技术，它的原理就是水被加热沸腾变成水蒸汽，水蒸汽冷凝得到蒸馏水。而根据蒸馏法原理建造的生产设备又有多效
4、蒸发、多次闪蒸、竖管多效、多级闪蒸等多种方式设备，但不管有几种方式，它最终都归为蒸馏法脱盐。 二、反渗透除盐法： 渗透是一种物理现象，当两种含有不同浓度盐类的水，如用一张有渗透性的薄膜分开就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边含盐浓度融合到均等为止，然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，试加一个压力，其结果也可以使上述渗透停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再加大，可以使水向相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中（如原水），施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反
5、方向进行，把原水中的水分子压到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到除去水中盐分的目的，这就是反渗透除盐原理。 反渗透的主要形式有涡卷式和中空纤维式两种： （1）涡卷式：是成对的膜环绕着一个中心管绕起来，中心管是收集渗透液的。被处理的水通过膜的两个渗透水面之间（用塑料网隔开）形成的间隙平等于中心管流动，渗透液（淡水）流至中心管。 （2）中空纤维式：一般是由内径4250微米，外径8490微米的芳香聚酰胺膜组成U型管束。需处理的水进分配管，通过纤维束而成辐射方向流出。淡水通过纤维管壁而被收集在总管中，浓水则从围绕纤维束管的外缘处收集。 以上两种方式都是反渗透法除盐。 三、电渗析法： 渗析是属于一种自然
6、发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此，扩散速度始终是比较慢的。如果要加快这个速度，就可以在膜的两边施加一直流电场。电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移过程，这就称为电渗析。渗析膜是用高分子材料制成的一种薄膜，上面有离子交换活性基团。膜内含有酸性活性基团的称为阳膜；如有碱性活性基团的称阴膜。从膜的结构上分，又可分为异相膜、均相膜、半均相膜
7、三种。 电渗析的除盐原理：在用电渗析进行除盐处理时，先将电渗析器两端的电极接上直流电，水溶液就发生导电现象，水中的盐类离子在电场的作用下，各自向一定方向移动。阳离子向负极，阴离子向正极运动。在电渗析器内设置多组交替排列的阴、阳离子交换膜，此膜在电场作用下显示电性，阳膜显示负电场，排斥水中阴离子而吸附阳离子，在外电场的作用下，阳离子穿过阳膜向负极方向运动；阴膜显示正电性，排斥水中的阳离子，而吸附了阴离子，在外电场的作用下，阴离子穿过阴膜而向正极方向运动。这样，就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这一过程为电渗析除盐原理。 本装置提供了一种更好的海水淡化方法
8、及装置，该方法成本低，能耗低，对水的预处理要求低，淡化效率高，淡化水质好，工艺设备简单合理，易于施行。 本装置所给予的原理，是我们对电化学有所了解的共知原理。当连接有直流电源并串接电流表的正负电极插到电解质溶液中，通入直流电，电流表显示，电流迅速衰减，产生这一现象的原因是由于在正负电极的周围产生了极化现象，使地阳极周围产生显酸性；在阴极周围产生显碱性。阳极周围在聚集氢离子的同时，也聚集了大量的金属离子，使地在阳极周围的离子浓度提高，随电压的高低而浓度表现出来大小，同理在阴极的周围聚积有大量显碱性的氢氧根阴离子，也聚集了大量的酸根阴离子，它表现出来是阴极显碱性的溶液特性。之所以产生这种现象，是因
9、为两电极的离子浓度梯度大于两电极之间的离子浓度梯度，也就是说两电极的周围聚集了比两电极之间更多的离子，因此，在两电极表现出酸、碱特性。而在两电极之间的溶液基本上显中性。极化现象使得串接于两电极之间的电流表电流显示变小。这便是离子极化现象所引发的溶液浓度梯度的变化。当直流电压高于一定值时，便在电极的周围发生电解反应，当发生电解反应时，电流又将增加，因为电极反应的产生是由于电极周围产生阳化还原反应所引发的，阳化还原反应的激烈程度决定于两电极之间所加的电压和溶液通过的电流。 在淡化过程中，电极上有电极反应： 在阳极：H2O=H+OH- 4OH-4e=2H2O+O2 2Cl-2e=Cl2 OH-减少，
10、相对有过多的H+，因此阳极室呈酸性。 在阴极，H2O=H+OH- 2H+2e=H2 H+ 减少，相对有过多的OH- ，因此阴极室呈碱性。 这一原理被广泛应用于电解、电镀、阴极保护，以及分析仪表方面。但目前还没有将这一原理应用于水的脱盐，我将这一原理应用于脱盐技术无疑是创新的，具有革命特性的一项装置，他所应用的原理就是水溶液通直流电后，在两电极上产生的极化现象，极化现象带来的效应便是溶液浓度梯度的变化。阳极富有阳离子，阴极富有阴离子。这一原理的应用便产生了一种新的海水淡化方法：离子极化海水淡化法。 基于这一原理的海水淡化装置便是一项具有创新意义的新设备，它有完善的理论基础和相应的理论数据。它的核
11、心原理便是离子极化和串联电路电压叠加原理，即沿电场方向电场强度依次递减，阳离子向阴极运动，阴离子向阳极运动。 电渗析的处理过程是： （1）反离子迁移过程 阳膜上的固定基团带负电荷，阴膜上的固定基团带正电荷。与固定基团所带电荷相反的离子穿过膜的现象称为反离子迁移。如在电渗析器中，淡室中的阳离子穿过阴膜进入浓室就是反离子迁移过程，这也是电渗析的除盐过程。 （2）同性离子迁移过程 与膜上固定基团带相同电荷的离子，穿过膜的现象称为同性离子迁移。由于交换膜的选择透过性不可能达到100%。因此，也存在着浓水室中的有离子会少量穿过阳膜，或阳离子穿过阴膜而进入淡水室，数量虽少，但降低了除盐效率。 （3）电解质
12、的浓差扩散过程 这是由于浓水室与淡水室的浓度差而此起的。其结果是由浓水室的离子向淡水室扩散。从而使淡水室的含盐量增加，降低了除盐效率。 （4）在压差渗透过程 由于浓、淡水室压力不同，由压力高的向压力低侧进行离子渗透，因此，如果浓室的压力过高，也会降低除盐效率。 （5）水的渗透过程 由于淡水室中水的压力比浓水室要大，因此，会向浓水室渗水，使产水量降低。 （6）水的电渗透过程 由于水中离子是以水合离子的形式存在，因此伴随着离子的迁移，故有水的电渗透发生，使淡水产量降低。 （7）在运行时，由于操作不良而造成极化现象，使淡水室大量的水电离，在直流电场的作用下，水电离产生的H+穿过阳膜，OH-穿过阴膜进
13、入浓水室，在那里与Ca2+、Mg2+生成沉淀，也称为极化沉淀。故此，不仅电耗增加，而且还会造成沉淀等后果。 一对电极通一直流电对水进行除盐效率将是非常低的，因为电压过高，将发生电解反应，而离子的迁移是遵循库仑定律的，即海水的淡化量与离子的迁移及电流的大小成正比，而电流的大小又与施加的电压和溶液的电阻成正比。解决这一问题的根本方法便是本装置，应有大的电流、大的离子迁移量，这就延伸出我们的装置。因此，方法和装置是不可分割的，有了这种方法的原理才设计出这种装置，本装置所应用的利用原理是电压即电场强度叠加原理（电阻串联的电压定律），即每个水室相当于一个电阻，电阻串联分解电压，每一个电阻的分压无须很高，
14、但串联起来，叠加电压就可非常高，而每个串联电阻的极性是一次排列的，即这个电阻的上游电阻的负极恰是下游电阻的正极，以次类推，每个电阻的分压相等，都有相等的电流流过。每个水室离子迁移量是相等的，所有水室的离子迁移量之和便是海水淡化装置的除盐量。因此，海水淡化量与水室的多少成正比。 二、离子极化海水淡化法处理的过程是： 离子极化海水淡化法仅靠离子极化而将两电极之间的低浓度水取出是很难的，因为两电极之间如果距离太大，离子运动路径延长，电阻大，能耗高，而且在两电极上会发生电解反应，因此单纯用两电极之间隔出的水室想制取淡水是不可行的，因为在两电极上产生电解反应，而电极的产物酸碱相对来讲难以取出，除盐效率极
15、低。为了解决这一问题在两电极之间插了许多导电金属隔板，彼此之间用绝缘材料隔开。金属隔板与金属隔板之间就隔成海水淡化所需的工作室，防腐蚀导电隔板垂直于电场方向，平行于等电位线等距离排列布置构成彼此隔离的狭长水室，海水从狭长的长方形水室一端进入，海水中的阳阴离子在向水室的另一端缓慢流动的同时，将受到电场力的作用，并按各自的淌度向电场方向偏转，阴离子向高电位方向偏转，阳离子向低电位方向偏转，从而使水中的阴阳离子产生浓度梯度，在高电位导电隔板侧，阴离子浓度高，在低电位导电隔板侧阳离子浓度高，而在中间的水的离子浓度就很低，导电隔板是一个等电位体。在导电隔板两侧分别含有高浓度的阴阳离子，水在流动中带着它们流向导电隔板的尽头，同时，离子运动完成导电的作用。阴阳离子在导电隔板尽头排水口处混合被随水排出，这便是浓水，而从水室中间排出的离子浓度低的水便是淡水。 本装置有多层绝缘导水分水夹框及夹在夹框之间的防腐蚀导电隔板隔成许多狭长水室，因其有许多彼此的单元且又平等对称是矩阵方式布置。 通过电渗析脱盐方法和离子极化脱盐方法的比较，可以得出，我们的电能的作用全是应用于离子迁移的，不存在电渗析法的诸多弊端，因此它有极高的效率。