極化水裝置作用

❶ 磁化效應的應用

磁化技術在水處理中的應用
水經過一定強度的磁場，就成為「磁化水」。目前研究表明水磁化後會產生物理化學性質的變化，其中的機理尚不能肯定。一些學者認為磁場會破壞水原來的結構，使原來較大的締合水分子集團變成較小的締合水分子集團，甚至是單個分子。而且分子中的氫鍵也會有部分因為洛侖茲力的作用下正負離子反方向旋轉而斷裂（1）。所以磁化後的水會表現出一些性質的變化，如：pH值、密度、揮發性、溶解性、表面張力、電導率、沸點、冰點都有不同的改變，這種改變和所加的磁場大小有密切的關系（2）。磁化水因為其特殊的性質已經被廣泛的應用到工程。
早在十三世紀，人們已經注意到磁化水的醫療作用。1945年比利時韋梅朗應用磁化水減少鍋垢獲得成功並申請了專利。該技術由於裝置簡單，不需要任何化學試劑而被美國、日本和前蘇聯廣泛應用並得到發展。我國的磁化水研究開始於六十年代初，以前由於化學法水質穩定劑技術的迅速發展，使得磁水器應用推廣較慢。現在這一技術又重新獲得重視。應用對象已經涉及到建材、化工、冶金、農業、醫學等各個領域。在工業鍋爐的除垢防垢、油田的防蠟降粘等方面、醫學上的磁療等領域中的應用取得了一定的成果。近年來，如何將磁化效應與環境污染治理技術結合起來，提高污水的處理效果已逐漸引起人們的興趣。
磁化對水性質的影響機理的幾個假設和推論
磁化只是單純的物理過程，不是軟化過程。一般認為水系統進行磁處理主要是加快了溶液內部的結晶作用，從而使鹽類在受熱面上的直接結晶和堅硬沉積大大減少,起到防垢的作用。研究表明,磁場的阻垢效果同磁場強度、溶液過飽和度、流速及溶液中各種離子等均有密切的關系（4）。另外，還有一種說法認為磁處理改變了水本身的結構，從而改變了一些性狀。從這兩方面同時考慮，主要有以下的幾個假設和推斷（5）。
（1）洛侖茲力作用
水與磁流的相互移動，能夠產生感應電流，在洛侖茲力的作用下，弱極性的水分子和其他雜質的帶電離子作反向運動。該過程中，正負離子或顆粒相互碰撞形成一定數量的「離子締合體」，這種締合體具有足夠的穩定性，在水中形成了大量的結晶核心，以這些晶體為核心的懸浮顆粒可以穩定的存在於水中。
（2）極化作用
磁場的極化作用使使鹽類的結晶成分發生了變化。微粒子極性增強，凝聚力減弱，使水中原有的較長的締合分子鏈被截斷為較短的締合分子鏈和帶電離子的變形，破壞了離子間的靜電吸引力，改變了結晶條件。形成分散的穩定小晶體。
（3）磁滯效應
磁場引起水中鹽類分子或離子的磁性力偶的磁滯效應，因而改變了鹽類在水中的溶解性，同時使鹽類分子相互間的親和性（結晶性）消失，防止大晶體的結晶。
（4）磁力矩重新取向
在一定基團反應中，磁場影響在基團中成對的磁力矩重新取向，通過這樣的中間機理而影響其他化學反應。反應動力學發生了變化，反應結果中新得到的產品間的比例關系也發生了變化。
磁化水的裝置結構和特點
能制備磁化水的裝置稱為磁水器。按磁場形式的方式可將磁水器分為永磁式和電磁式兩種；按磁場位置又可將磁水器分為內磁式和外磁式兩種。永磁式和電磁式磁水器在間隙磁場強度相同的情況下效果相同，但各有特點。永磁式磁水器的最大優點是不需能源，同時結構簡單，操作維護方便，但其磁場強度受到磁性材料和充磁技術的限制，且存在隨時間的延長或水溫的提高而退磁的現象。電磁式磁水器的優點是磁場強度容易調節，而且可以達到很高的磁場強度，同時磁場強度不受時間和溫度影響，穩定性好，但其需要外界提供激磁電源。與內磁式磁水器相比，外磁式磁水器可能具有更大的優越性，其主要優點是檢修時不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路現象。
目前國內已有四項關於磁水器的專利，這些專利通過選用不同的磁性材料和水流的通路形式來達到使水磁化的目的（3）。如圖1所示的磁化水裝置外型為管狀，採用不銹鋼管製作，兩端帶法蘭盤可與管道直接相連。磁化水裝置內部採用兩組N,S極相對的特殊合金永磁材料製成的磁棒，按照N-S，N-S排列，磁場能量很高，可高達6000高斯，使用期限為25年，磁場強度衰減率為3%，由於磁化裝置使用的是永久磁性材料，無須外加電源，不耗電能。結構簡單，不需要做任何調整，也不需要特殊的保養與維護，而且裝置安裝十分方便，並且不佔地。
（5）氫鍵變形
磁場對水的偶極分子發生定向極化作用後，電子雲會發生改變，造成氫鍵的彎曲和局部短裂，使單個水分子的數量增多。這些水分子占據了溶液的各個空隙，能抑制晶體形成。並使水的整體性能發生變化。
（6）活化能改變
磁場的的影響與系統的轉化有聯系。雖然水在磁化時獲得的能量很少，但在系統中開始和終結之間存在一個「能障」為克服這種能障必須向系統輸送相應的能量以觸發活化能。磁場短時間的作用起著「催化」水系活化能改變的作用，最終導致整個系統性質的變化。
磁化處理對水體生物效應的影響
3.1 磁化處理對藻類初級生產能力的影響及機理。
實驗表明（6），經過磁化的水體中藻類的生產能力明顯高於沒有處理的水體中的藻類。
藻類屬於光合自養型微生物，磁化處理引起其光合作用的生物效應，可以從以下幾個方面進行解釋。第一，光合自養微生物在無機環境中吸收無機鹽，利用光能同化CO2和H2O合成自身物質。而水體磁化可以使BOD,COD降低，使部分有機物礦化，礦化程度高，有利於藻類的生長。第二，磁化處理導致水體的光學性質發生變化，經過磁化處理的水比未處理的水對光的吸收率高30%，水體透光性的改善，保證了光合自養生物的能源。這是磁化處理引起藻類迅速生長的原因之一。第三，磁化水的硬度、pH值、電導率都明顯的高於非磁化水，無機鹽在磁化水中可以較好的溶解，這有利於藻類對營養鹽類的吸收。第四，磁化處理後的污水,能引起生物膜滲透性的增加,從而改善了藻類對營養物質的吸收,促進藻類的生長和生產能力的增加。
3.2 磁化處理對水中異養細菌總數的影響
異養型細菌是以有機物作為能源和碳源的一大類微生物，它的總數隨水中有機物濃度的升高而升高，所以水中異養菌總數可間接反映水中有機物的污染的程度及水的凈化程度。污水經過不同強度磁場的處理後，水中的細菌總數均明顯下降。其原因機理還沒有完全清楚，初步認為：第一，在磁場的直接作用下，引起水體BOD,COD的降低，使異養生物的能源和C素營養物質減少，導致水體異養菌的死亡速度大於增殖速度，於是出現負增長現象。第二，磁場力直接作用於細菌細胞內的水和酶，使酶鈍化或失活。
所以污水磁化處理以後，不僅直接改善其耗養特性的作用，而且磁化後的水體具有新的生物特性。
磁化用於有機廢水的處理
有機廢水處理是當前污染治理的一個普遍問題，傳統方法有活性污泥法、生物膜法、厭氧反應器法、氧化塘法等。前兩種方法是目前二級處理廠應用最廣泛的方法，其優點是技術比較成熟,運行穩定，出水可達允許排放標准，但缺點也很突出，基建投資大、運行費用高昂，尤其運行費之高，使許多單位望而生畏，無力負擔如此之高的運行費用，因此，常常對污水不加處理而直接排入江河湖海。淮河流域1994年發生的流域性污染災害，就是傳統污水處理模式費用太高所帶來的直接後果。為實現可持續性發展戰略，我國的國情要求我們必須開發一種投資少、效率高、運行費用低的污水處理技術。針對這一實際,我們在90年代初，根據磁化水能改變水的一些物理特性，改善生物機能、促進生物生長、提高農業、水產產量和治療保健等經驗，開展磁化—人工生態系統方法處理和利用有機廢水的研究（7），近10年的大量實驗研究和初步應用證明，這一方法是行之有效的，實際應用是成功的，有必要廣泛推廣，並在實用中進一步完善，以保持社會經濟可持續發展的良性循環。
（1） 去除COD的效應與分析
在水中有氧的情況下，通過改變磁感應強度、水溫、磁化流速等對各種污水進行了一系列實驗，結果表明：水溫對污水瞬間通過磁化器直接去除COD沒有影響。磁化流速2.5m/s時最好,這時對形成核磁共振比較有利，磁化去除COD的能力較強。常溫下磁化流速2.5m/s左右,磁感應強度0.262～0.315T下，上述各類污水的COD直接去除率平均醫院污水為25.4%，印染廢水為21.2%，城鎮污水為16.4% (磁化流速為2.5m/s時為20.0% )、橡膠業廢水為11.3%，造紙廢水為8.1%，葡萄糖水為17.8%，澱粉水為11.1%，氨水為 8.1%。另外，為查明瞬間磁化直接使COD減少的原因，還對去離子水、自來水和城鎮污水磁化前後的溶解氧進行測試。常溫下磁化流速2.0m/s，最佳磁感應強度0.315T，4組去離子水磁化前後的溶解氧濃度不變，磁處理對溶解氧無影響;5組自來水磁化後溶解氧略有降低，平均減少4.1%；12組城鎮污水，磁化後溶解氧平均減少24.7%。這種瞬間磁化使污水有機物降解和溶解氧減少的現象，稱磁處理污水的直接效應。這一作用並非水中微生物酶引起的有機物分解，也非磁化使水中有機物分子的化學鍵斷裂,而是磁處理引起核磁共振激活了水中的溶解氧，促使部分有機物氧化分解。這可從三個方面來分析：一是上述實驗中，葡萄糖、水、澱粉水、氨水均為蒸餾水配製，其中沒有微生物，顯然瞬間磁化使污水COD降低並非微生物酶的作用；二是水和有機物分子的化學鍵斷裂，需要消耗相當大的能量，如水分子的氫鍵斷裂需4～6千卡 /克分子的能量，如此之低的磁感應強度所提供的能量很小，無法使化學鍵斷裂；最後,B?帕特羅夫的實驗一定程度上證實了上述論斷，他使有溶解氧的水連續從感應磁場中通過，水中則產生5×10-5%的h2O2 ，這是一種很強的氧化劑，可使水中的有機物直接氧化分解。另外，我們還做了對污水多次連續反復磁化的實驗，可見隨著磁化次數的增加，每次去除COD的比率急劇變小，並趨於水平。因此，將磁處理技術應用於實際時，應使磁處理器間水流有一段時間的恢復過程。經驗表明，水力滯留時間約2～3d以上為佳。
厭氧條件下磁化對提高水中有機物分解也有很好的效果，且更為顯著。我們取4組城鎮生活污水做實驗，溫度保持在0℃，最佳磁感應強度仍為0.315～0.368T，厭氧培養10d測試COD，表明磁化使COD的去除率提高21%～28%，平均為24.5%。其效果即使肉眼也能清楚看出，但機理尚需進一步研究。
（2）水磁處理生態效應及間接凈化影響
外加磁場對生物影響稱生物磁效應，可分為生物分子效應、細胞效應、組織器官效應及整體效應，例如病毒為單純的大分子微生物、細菌、真菌基本上為單細胞微生物、原生動物、高等生物為不同功能器官所構成，其組織器官又為細胞組成。污水中生物種類繁多，構造與功能各異，它們通過某一強度的磁場時，受到的影響也很不相同。從整體上說，有些被抑制，甚至死亡；有些被激活，加快新陳代謝和生長，間接上提高了凈化污水的作用。對此，做了以下幾個方面的系列實驗和分析（8）：
(a).污水磁化具有很強的滅菌作用。磁感應強度0.315～0.420T下，磁化流速2.0～2.5m/s，3組水樣的情況基本一致,滅菌率為74%～81%。但連續反復磁化，滅菌率則提高不大，說明有些種類的菌群能夠抵禦磁場的作用，甚至激活其代謝能力，會更快地生長和降解有機物。磁化處理滅菌原因，可歸納為（7）：一是在磁場的直接作用下，引起BOD、COD降低,使異養微生物的能源和C素營養物質減少，導致水體異養菌死亡速度大於增殖速度，於是出現負增長現象，二是磁場力直接作用於細菌細胞內的水和酶，使酶鈍化或失活。而BOD數值的降低是細菌總數減少的反映，一方面在外加磁場直接作用下，BOD隨COD指標的降低而降低，另一方面，在外加磁場作用下，水體中功能微生物(以細菌為主 )受到影響，一部分細菌適應能力強，生命代謝活動不受到干擾,或者雖受到干擾但經過一定時間後可以恢復到正常狀態，這部分細菌以更強的適應能力生存下去，大部分細菌受到外界磁場作用下，由於體內外水的理化性質的變化(如電導率、表面張力等 )以及酶的鈍化、失活,不能適應而發生死亡現象，功能細菌數目的急劇減少，造成了BOD指標的降低，因此認為磁處理後BOD降低是水中細菌總數減少的反映。綜上所述，可以得出這樣一種認識，外界磁場作用於微生物，對微生物的影響存在有害的一面，也存在有利的一面。磁處理具有殺菌效果，當磁場強度加大到2100GS(4A)以上，可以使70%以上的細菌死亡。施加磁場可以看作微生物生存環境的突發改變，能夠經得起周圍環境及體內離子、電子傳遞速度變化的細菌繼續生存下來並且維持正常的生命代謝活動，這部分細菌具有更強的適應能力，或者說具有更強的生物活性。
(b).活性污泥磁化會明顯提高其活性，從而增強污水的處理效率。我們取7組活性污泥，在37℃恆溫下觀測不同磁強處理後的甲基蘭脫色時間，表明0.367T下脫色時間由無磁化的29h減少至24h，污泥活性增強17%，原因就在於磁化後生存下來的微生物有更大的增殖和代謝能力。為證明這一論斷，又取3組造紙中段廢水稀釋水樣，分別在不磁化和磁化處理後標准溫度下培養，測得它們的BOD5，後者均比前者高,平均高13%，可見磁處理既有滅菌作用，也有激活某些功能微生物的作用，並加速有機物的降解。
(c).磁化使藻類光合作用大大增強,顯著地提高了水中的溶解氧。常溫下取2組同樣的污水實驗，3天後磁化水中綠藻生長旺盛，非磁化水幾乎看不到藻類。另外，又取3組生活污水用明暗瓶對比實驗磁處理對藻類產氧能力的影響，都表明磁感應強度0.367T時污水的藻類產氧能力最高，比非磁化的平均高出1.1倍，按藻類固炭生產力與產氧能力的關系推算，藻類的生產力也將提高1.1倍，這與農業上磁化水使作物顯著增產和大大提高種子的發芽率的結論一致。其原因主要是：①磁化污水使有機物分解加快，為藻類生長提供了充足的C,N,p等營養物；②磁化使生物膜滲透性增加，給藻類吸收營養元素創造了有利條件；③磁化使水的透光性增強，為藻類光合作用提供了更好的光能。水中溶解氧的增加，又促進了水中微生物的生長和有機物分解，二者相互促進,導致有機廢水加速分解。
(d).污水磁化可促進高等水生生物生長，有利於污染物的去除。我們以泥鰍做實驗，在 3個水桶(10L)中，1個未磁化，2個被磁化，磁強分別為0.03T和0.25T，分別放養1.5kg的泥鰍，其他條件相同，3個月後所有磁化的水中泥鰍產量均高於未磁化的，平均產量提高15%～20%。另外，還對泥鰍的耐污能力和同化COD進行實驗，表明未磁化水桶中放養的50條泥鰍到第5天時全部死去，磁化的水桶中的50條在第7天時還有23條存活下來。由於高等水生動物通過食物鏈使有機物分解轉化，間接上提高了污水的凈化能力3組水樣測定7天後的COD，表明被磁化且養有泥鰍的2、3號水桶的COD去除率比無磁化、無泥鰍的提高20%)，並使之以更高的速度轉化為對人類有用的產物，變廢為寶，防止了二次污染。
磁化-人工生態系統方法凈化污水應用實例
如圖2，1980年在原污水站基礎上，建成了一個磁化—人工生態處理系統工程，主要由二級磁化和3個生態池組成。該處理系統有效佔地面積770m2，平均日處理醫院生活污水和病房污水700t。污水直接排入預沉調節生態池，水力滯留時間約4.0h，經水泵提升和一級磁化，進入放養大量魚類的生態轉化池，水力滯留2.0～2.5d，再次磁化並自流到設有許多垂直生態濾管的金魚池，滯留時間2.5～3.0d，通過生態濾管集中後排出，出水達三級地面水標准，供醫院綠化和清洗之用。該站運用多年來，僅1994年在預沉池排過一次池污，且數量不多，足見污染物降解轉化率之高。該系統中：①預沉調節生態池面積180m2，平均水深 1.1～ 2.5m，為兼氧池，池面風眼蓮覆蓋,吸收污水分解的N,p等營養鹽 ；②生態轉化池，直徑25m，由中心園池、環形復氧溝、環形外池組成,接納來自預沉池並進行一級磁化的污水，池中放養數萬尾羅非魚，吞食大量生長的菌、藻及原生動物,使水體快速凈化，並流入中心園池；③生態濾池100m2，平均水深2.3m，其中放養約6萬條金魚和布設許多生態濾管，接納中心園池流來並經二級磁化的水流，繼續生態轉化後經生態濾管過濾後排放，完成整個凈化過程。該系統對BOD(Biological Oxygendemand)，COD，N，p去除率全年平均分別為 89.9%，87.6%，69.6%和73.6%。該系統工程基建總投資27萬元，摺合日處理污水1t/d的基建投資單價為386元；年運行費用7500元，摺合處理污水1t/d的年運行單價10.7元，遠低於表 1所列的常規二級處理的投資單價和運行單價。不僅如此，由於污水處理過程中的牛蛙、金魚、羅非魚、中葯材、葡萄等收入，每年還可收益1.8萬元，比年運行費還多出1.0萬元，形成污水處理過程的負投入。該法由於生態處理中的磁化效應，大大加速和提高了污染物轉化速度和效率，且變廢為寶，使之成為投資少、佔地小、效率高、運行費用低、無二次污染，並有一定產出收益的污水處理新途徑。

❷ 什麼是EDI水處理裝置

EDI水處理裝置是指的EDI模塊：

EDI，又稱連續電除鹽技術，它是將傳統電滲析技術和離子交換回技術相結合答，在電場力的作用下，通過陽、陰離子膜對陽、陰離子的選擇透過性作用以及離子交換樹脂對水中離子的交換作用，使水中離子作定向遷移，從而實現水的深度凈化除鹽。水電解產生的氫離子和氫氧根離子對樹脂進行連續再生，因此EDI模塊制水過程不需要酸鹼化學再生即可連續製取高品質超純水。

EDI模塊

EDI模塊有哪些特點？

1、產水穩定安全，可以進行隨時監測保證水質是一直合格的。

2、系統自動化程度高，操作控制簡單方便，可以無人化生產，減少了勞動力。

3、連續穩定產水，再生時不需要對設備停機，更加方便快捷。

4、無污染，在生時不需要對其投加化學試劑，因此減少了對環境的污染。

5、成本低。設備經過合理的設計，運行穩定並有效節約了成本。

6、裝置結構緊湊減少了佔地面積，節省了空間，間接的減少了運行成本。

7、原水利用率高，幾乎沒有廢水的排放。

❸ 原電池與電解池的極化作用各有什麼特點

第一節 分解電壓
使電能轉變成化學能的裝置稱為電解池.當直流電通過電解質溶液,正離子向陰極遷移,負離子向陽極遷移,並分別在電極上起還原和氧化反應,從而獲得還原產物和氧化產物.若外加一電壓在一個電池上,逐漸增加電壓直至使電池中的化學反應發生逆轉,這就是電解.實驗表明,對任一電解槽進行電解時,隨著外加電壓的改變,通過該電解槽的電流亦隨之變化.例如,使用兩個鉑電極電解HCl 溶液時,使用圖9.1 的線路裝置,改變可變電阻,記錄電壓表和電流表的讀數,則可測量電解槽兩端電位差與電流強度的關系曲線.開始時,當外加電壓很小時,幾乎沒有電流通過電解槽;電壓增加,電流略有增加;當電流增加到某一點後,電流隨電壓增大而急劇上升,同時電極上有連續的氣泡逸出.
在兩電極上的反應可表示如下:
陰極 2H+(aH+)+2e →H2(g, p)
陽極 2Cl (aCl
-)→Cl2(g, p)+2e
當電極上有氣泡逸出時,H2 和Cl2 的壓力等於大氣壓力.
電解過程分析:當開始加外電壓時,還沒有H2 和Cl2 生成,它們的壓力幾乎為零,
稍稍增大外壓,電極表面上產生了少量的H2 和Cl2,壓力雖小,但卻構成了一個原電池(自發地進行如下反應)
(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-
(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
此時,電極上進行反應的方向正好與電解所進行的反應的方向相反.它產生了一個與外加電壓方向相反的反電動勢Eb.由於電極上的產物擴散到溶液中了,需要通過極微小的電流使電極產物得到補充.繼續增大外加電壓,電極上就有H2 和Cl2 繼續產生並向溶液中擴散,因而電流也有少許增加,相當於圖9.2 中I-E 曲線上的1-2 段.此時由於pH2 和pCl2 不斷增加,對應於外加電壓的反電動勢也不斷增加,直至氣體壓力增至等於外界大氣壓力時,電極上就開始有氣泡逸出,此時反電動勢Eb 達到最大值Eb, max 將不再繼續增加.若繼續增加外加電壓只增加
溶液中的電位降(E 外-Eb, max)=IR,從而使電流劇增,即相當於I-E 曲線中2-3 段的直線部分.將直線部分外延到I=0處所得的電壓就是Eb, max,這是使某電解液能連續不斷發生電解時所必須的最外加電壓,稱為電解液的分解電壓.從理論上講Eb, max 應等於原電池的E(可逆),但實際上Eb, max 卻大於E(可逆).是由兩方面的原因引起的.一是由於電解液,導線和接觸點都有一定的電阻,欲使電流通
過必須用一部分電壓來克服IR 電位降,這相當於把I2R 的電觸轉化為熱.二是由於實際電解時在兩個電極上進行的不可逆電極過程所引起,即要使正離子在陰極析出,外加的陰極電勢一定要比可逆電極電勢更負一些,使負離子在陽極析出,外加的陽極電勢一定要比可逆電勢更正一些.我們把由於電流通過電極時,電極電勢偏離可逆電極電勢的現象稱為極化現象.實際上I-E 曲線上分解電壓的位置不能確定的很精確,且I-E 曲線並沒有十分確切的理論意義,所得到的分解電壓也常不能重復,但它卻很有實用價值.電解質的分解電壓與電極反應有關.例如一些酸,鹼在光滑鉑電極上的分解電壓都在1.7 V 左右.它們的分解電壓基本上和電解質的種類無關,這是因為這些酸,鹼的電解產物均是H2(陰極)和O2(陽極).它們的理論分解電壓都是1.23 V,由此可見,即使在鉑電極上,H2 和O2 都有相當大的極化作用發生.氫鹵酸的電壓都較1.7 V 小,而且其數值各不相同,這是因為在兩電極上出現的產物是氫鹵酸的分解物.電極反應和電解產物不一樣,自然,分解電壓也就有差異了.小結:我們把使某種電解質開始電解反應時所必須施加的最小電壓,稱為該電解質的分解電壓.理論分解電壓也稱為可逆分解電壓,等於可逆電池電動勢.但實際工作中電解以一定速率進行,過程已不可逆.這時的分解電壓E(實)>E(理),原因是:當電流通過時,電極有極化作用,電路有電阻.實驗表明:電解不同的電解質,如果電極反應相同,分解電壓基本相同.
第二節 極化作用
一,極化現象
我們已經知道,無論是對水的電解,或是其它物質的電解,它們的分解電壓總是大於計算得到的可逆電動勢.這是因為當電流通過電極時,每個電極的平衡都受到破壞,使得電極電位偏離平衡電位值.這種在電流通過電極時,電極電位偏離平衡值的現象,稱為電極的極化.極化現象的出現,以及溶液中存在著一定的歐姆電位降,這些都是分解電壓大於可逆電動勢的原因.實際分解電壓可表示為E(分解)=E(可逆)+ E(不可逆)+IR式中,E(可逆)是指相應的原電池的電動勢,即理論分解電壓;IR 由於電池內溶液,導線和接觸點等電阻所引起的電勢降; E(不可逆)則是由於電極極化所致, E(不可逆)= η(陰)+ η(陽), η(陰)和η(陽)分別表示陰,陽極上的超電勢.當電極上無電流通過時,電極處於平衡狀態,此時的電勢為φ(平)(平衡電勢),隨著電極上電流密度(I/S)的增加,電極的不可逆程度愈來愈大,其電勢值為φ(平)的偏差也越大,通常可用極化曲線(即描述電流密度與電極電勢間關系的曲線)來描述這種偏離程度.
為了明確地表示出電極極化的狀況,常把某一電流密度下的φ(不可逆)與φ(平)之間的差值稱為超電勢.由於超電勢的存在,在實際電解時要使正離子在陰極上析出,外加於陰極的電勢須更負於可逆電極;要使負離子在陽極析出,外加於陽極電勢比可逆電極電勢更正一些.
下面我們將討論引起電極極化的原因.
當電流通過電極時,為什麼會發生陽極電勢升高,陰極電勢降低的電極極化現象呢 這是因為當有電流I 過電極時,發生一系列的過程,並以一定的速率進行,而每一步都或多或少地存在著阻力.要克服這些阻力,相應地各需要一定的推動力,表現在電極電勢上就出現這樣那樣的偏離.按照極化產生的不同原因,通常可簡單地把極化分為兩類:電化學極化和濃差極化.將與之相應的超電勢稱為電化學超電勢(或活化超電勢)和濃差超電勢.一般說來,可將產生超電勢的原因歸納為以下三點:
(1)濃差超電勢:在電解過程中,由於電極表面附近的離子在電極上發生反應而析出,結果使表面濃度與溶液體相濃度的不同所造成的反電動勢叫做濃差超電勢.
(2)電化學超電勢(或活化超電勢):由於參加電極反應的某些粒子缺少足夠的能量來完成電子的轉移,因此需要提高電極電勢,這部分提高的電勢叫做活化超電勢.它與電極反應中某一個最緩慢步驟的反應活化能有關,故有此名.
(3)電阻超電勢:當電流通過電極時,在電極表面或電極與溶液的界面上往往形成一薄層的高電阻氧化膜或其它物質膜,從而產生表面電阻電位降,這個電位降稱為電阻超電勢.這種情況不具有普遍意義,因此我們只討論濃差極化和電化學極化.
二,濃差極化
當有電流通過電極時,若在電極—溶液界面處化學反應的速率較快,而離子在溶液中的擴散速率較慢,則在電極表面附近有關離子的濃度將會與遠離電極的本體溶液中有所不同.
現以Ag|Ag+為例進行討論.
將兩個銀電極插到濃度為c 的AgNO3 溶液中進行電解,陰極附近的Ag+沉積到電極
上去(Ag++e-→Ag),使得該處溶液中的Ag+濃度不斷地降低.若本體溶液中的Ag+擴散到該處進行補充的速度趕不上沉積的速度,則在陰極附近Ag+的濃度ce 將低於本體溶液濃度c(電極附近是指電極與溶液之間的界面區域,在通常攪拌的情況下其厚度不大於10 3～10 2 cm).在一定的電流密度下,達穩定狀態後,溶液有一定的濃度梯度,此時ce 具有一定的穩定值,就好象是電極浸入一個濃度較小的溶液中一樣.此濃差極化數值與濃差大小有關,即與攪拌情況,電流密度等有關.
三,電化學極化(或活化極化)
假定溶液已攪拌得非常均勻或者已設法使濃差極化降低至可以忽略不計,同時又假定溶液的內阻以及各部分的接觸電阻很小,均不予考慮,則從理論上講要使電解質溶液進行電解,外加的電壓只需略微大於因電解而產生的原電池的電動勢就行了.但是實際上有些電解池並不如此.要使這些電解池的電解順利進行,所加的電壓還必須比該電池的反電動勢大才行,特別是當電極上發生氣體的時候.我們把這部分能使電解順利進行的額外電壓稱為電化學超電勢(或稱為活化超電勢).顯然,活化超電勢是由於電極反應是分若干步進行的,這些步驟中可能有某一步反應速率比較緩慢,需要比較高的活化能導致的.活化超電勢的大小是電極活化極化的量度.析出電勢和超電勢是對個別電極而言的,
φ(陽, 析出)=φ(陽, 可逆)+ η(陽)
φ(陰, 析出)=φ(陰, 可逆)- η(陰)
分解電壓是對整個電解池而言
E(分解)=φ(陽, 析出)-φ(陰, 析出)=E(可逆)+ η(陽)+ η(陰)
四,氫超電勢
研究電化學極化是從研究氫超電勢開始的.研究氫超電勢不僅對電極過程研究的理論發展起了重要的作用,而且對實際生產也有著十分重要的作用.許多電化學工業都和氫在陰極上的析出有聯系,由於氫超電勢的存在,直接對工業生產發生了利害關系.
例如在電解水制氫和氧時,由於超電勢的存在,增加了電能的消耗.但事物都是分為二的.極譜分析法就是利用氫在汞陰極上有很高的超電勢,才實現了對溶液中金屬離子的分析測定.又如利用氫在鉛上有較高的超電勢,才能實現鉛蓄電池的充電.因此,我們著重討論有關氫超電勢的一些問題.
1,影響氫超電勢的因素
根據對很多有關實驗數據的分析,發現氫超電勢與電流密度,電極材料,電極表面狀態,溶液組成,溫度等有密切關系.早在1905 年,Tafel 提出了一個經驗式,表示氫超電勢與電流密度的定量關系,稱為Tafel 公式η=a+b ㏑ j
式中j 是電流密度,a,b 是常數.其中,a 是j 等於1 A cm-2(10000 A m-2時的超電勢值,它與電極材料,電極表面狀態,溶液組成以及實驗溫度等有關.
b 的數值對於大多數的金屬來說相差不多,在常溫下接近於0.050 V.如用以10 為底的對數,b≈0.116 V.意味著,j 增加10 倍,η 約增加0.116V.氫超電勢的大小基本上決定於a 的數值,因此a 的數值愈大,氫超電勢也愈大,其不可逆程度也愈大.如用η 為縱坐標,㏑ j 為橫坐標作圖,Tafel 關系是一條直線.
若j 很小時,若按Tafel 關系,η→∞,這當然不對.因為當j→0 時,電極的情況接近於可逆電極η=0.j 較低時,η 與j 的關系可表示為η= ωj, ω值與金屬電極的性質有關,可表示在指定條件下氫電極的不可逆程度.
2,氫超電勢產生的機理
關於氫在陰極電解時的機理的研究,從本世紀三十年代開始有了很大的發展,提出了不同的理論,例如遲緩放電理論和復合理論等.在不同的理論中也有一些共同點,如:都提出H+的放電可分為幾個步驟進行.有
(1) H3O+從本體溶液中擴散到電極附近.
(2) H3O+從電極附近的溶液中移到電極上.
(3) H3O+在電極上放電.
(4) 吸附在電極上的H 原子化合為H2.
(5) H2 從電極上擴散到溶液內形成氣泡逸出.
其中(1),(5)兩步已證明不能影響反應速率,至於(2),(3),(4)三步中,哪一步最慢,意見不一致,遲緩放電理論認為第三步最慢,而復合理論認為第四步最慢,也有人認為在電極上各反應步驟的速率相近,屬聯合控制.在不同的金屬上,氫超電勢的大小不同,可設想採用不同的機理來解釋.一般說來,對氫超電勢較高的金屬如Hg、Zn、Pb、Cd 等,遲緩放電理論基本上能概括全部的實驗事實.對氫超電勢低的金屬如Pt、Pd(鈀)等則復合理論能解釋實驗事實.而對於氫超電勢居中的金屬如Fe、Co、Cu 等,則情況要復雜得多.但無論採用何種機理或理論,最後都應能得到經驗的Tafel 關系式.
五,超電勢的測定
測定超電勢實際上就是測定在有電流通過電極時的極化電極電勢數值.超電勢數值的大小和通過電極的電流密度大小密切相關.因此通常是由實驗測得不同電流密度下的電極電勢,作出極化曲線,即可求得某電極在指定電流密
度下的超電勢.測量電極的超電勢,一般採用如圖9.3 的裝置.
電極1:研究電極(或待測電極)
電極2:輔助電極(一般用Pt 片)
甘汞電極:參比電極(通常將電極的支管的尖端拉成直徑約1 mm 左右的毛細管,靠近研究電極表面,以減少溶液中的歐姆降IR 值).(參比電極應根據研究溶液的性質而定,常用飽和甘汞電極.電解池中面積已知的待測電極1 和輔助電極2,經一可變電阻與直流電源聯成迴路,為極化迴路,內有電流計A 以測量迴路中的電流.改變電阻可調節迴路中電流的大小,從而調節通過待測電極的電流密度j.將待測電極與電勢較穩定的甘汞電極組成一個原電池,接到電位差計上,組成一測量迴路,採用對消法測量該電池電動勢. (甘汞)已知,測E 可算出φ1.這種控制電流密度j,使其分別恆定在不同的數值,然後測定相應的電極電勢φ 的方法稱為恆電流法.把測得的一系列不同電流密度下的電勢畫成曲線,即得極化曲線.對於電解池,因陽極是正極,陰極是負極,所以陽極電勢高於陰極電勢,外加電壓,即分解電壓與電流密度的關系如圖9.4(a)
E(分解)=E(可逆)+△E(不可逆)=E(可逆)+ η(陽)+ η(陰
由圖可知,電解池工作時,所通過的電流密度越大,即不可逆程度越高,超電勢越大,則外加壓也要增大,所消耗的電功也越多.對於原電池,控制其放電電流,同樣可以在其放電過程中,分別測定兩個電極的極化曲線.因陰極是正極,陽極是負極,所以陰極電勢高於陽極電勢,隨電流密度增大,由於極化作用,負極(陽極)的電極電勢比可逆電勢值愈來愈大,正極(陰極)的電極電勢比可逆電勢值愈來愈小,兩條曲線有相互靠近的趨勢,原電池的電動勢逐漸減少,所做電
功則逐漸減小.E(不可逆)=E(可逆)- η(陽)- η(陰)
討論:從能量消耗的角度看,無論原電池還是電解池,極化作用的存在都是不利的.為了使電極的極化減小,必須供給電極以適當的反應物質,由於這種物質比較容易在電極上反應,可以使電極上的極化減少或限制在一定程度內,這種作用稱為去極作用.這種外加的物質則叫做去極化劑.
第三節 電解時電極上的反應
當電解池上的外加電壓由小到大逐漸變化時,其陽極電勢隨之逐漸升高,同時陰極電勢逐漸降低.從整個電解池來說,只要外加電壓加大到分解電壓的數值電解反應即
(a) 電解池中兩電極的極化曲線
(b) 原電池中兩電池的極化曲線
開始進行;從各個電極來說,只要電極電勢達到對應離子的"析出電勢",則電解的電極反應即開始進行.電解時陰極發生還原反應,陽極發生氧化反應.因此,凡是能在陰極上得到電子在陽極上放出電子的反應,都有可能電解.所以不僅利用電解法可以制備和精煉許多金屬,而且還可以制備某些無機和有機化合物.不僅能控制電位以獲得較為純凈的產品,而且還能使原來分步完成的反應在某一中間步驟停止,而得到所需要的產品.
一,金屬的析出與氫的超電勢
當電解金屬鹽類的水溶液時,在陰極可能析出氫氣或金屬.究竟發生什麼反應,則不僅要考慮它們的平衡電極電勢(熱力學性質),還要考慮在一定電流密度下的超電勢(動力學性質),即看其離子析出電勢的大小而定.
φ(陰,析)=φ(平)-φ(陰)
φ(陽,析)=φ(平)+φ(陰)
在實際生產中氫超電勢現象十分重要.通常它起著兩種不同的作用,一是有利於生產的順利進行,另一是使生產過程消耗過多的電能.例如食鹽電解工業中用汞陰極進行電解,就是利用氫在汞上的超電勢較高,因此在陰極上才有可能形成汞齊而不析出H2.在此電解法中,Na+ 在汞陰極上的放電電勢是-1.83 V,氫在汞上的超電勢為1.35 V,因此H+放電要比Na+困難得多.Na+放電後形成的鈉汞齊是金屬Na 溶液在汞中所成的液態合金,2Na(Hg)+2H2O → 2NaOH+H2+2Hg
反應產生和汞又回到電解糟中去重新使用.此法所得燒鹼純度高,適用於人造纖維工業.在金屬沉積中也常遇到H2 的超電勢問題.利用氫在不同金屬上的超電勢,可以在陰極鍍上Zn,Cd,Ni 等而不會有H2 析出.
在化學電源中超電勢現象也同樣重要.例如,鉛蓄電池充電時的
陰極反應PbSO4+2e-→Pb+SO42-
陽極反應PbSO4+2H2O→PbO2+4H+ +SO42-+2e-
這兩個電極反應的電流效率都很高,也是因為H2 和O2 分別在這兩個電極上有較大的超電勢,若沒有這種超電勢現象,則充電過程將完全變成電解水的作用了.
一般說來,在電解過程中,一方面應注意因電解池中溶液濃度的改變所引起的反電動勢的改變,同時還要注意控制外加電壓不宜過大,以防止H2 也在陰極同時析出.
二,金屬離子的分離
如果溶液中含有各種不同的金屬離子,它們分別具有不同的析出電勢,則析出電勢越高的離子,越易獲得電子而優先還原成金屬.所以,在陰極電勢逐漸由高變低的過程中,各種離子是按其對應的電極電勢由高到底的次序先後析出的.各種金屬析出的過電勢一般都很小(電流密度較小時),可近似用φR 代替析出電勢.
例如電解液中含有濃度各為1 mol kg 1的Ag+,Cu2+和Cd2+離子,則因
φ (Ag)>φ (Cu)>φ (Cd),而首先析出Ag,其次析出Cu,最後析出Cd.依據這一道理控制陰極電勢,能夠將幾種金屬依次分離.但是,若要分離得完全,相鄰兩種離子的析出電勢必須相差足夠的數值,一般至少要差0.2 V 以上,否則分離不完全.在上述溶液中,當陰極電勢達到+0.799V 時,Ag 首先開始析出.隨著Ag 的析出,陰極電勢逐漸下降.當陰極電勢降低到第二種金屬Cu 開始析出的0.337 V 時,由能斯特方程可以算出,此時Ag+濃度已降至1.5×10-8 mol kg-1,相應E(分解)增大.而當陰極電勢降至第三種金屬Cd 開始析出的-0.403 V 時,Cu2+的濃度已降至10 25 mol kg-1,可以認為已經分離得非常完全了.不難推斷,當兩種金屬析出電勢相同時,調整離子濃度或提高超電勢,都可使兩種金屬在陰極上同時析出.電解法製造合金就是依據這一原理.
φ
三,電解還原與氧化的應用
電解時陰極上的反應當然並不限於金屬離子的析出,任何能從陰極上獲得電子的還原反應都可能在陰極上進行;同樣,在陽極上也並不限於陰離子的析出或陽極的溶解,任何放出電子的氧化反應都能在陽極上進行.若溶液中含有某些離子,具有比H+較正的還原電勢,則H2 就不再逸出,而發生該種物質的還原.通常稱這種物質為陰極去極化劑.同理,若要減弱因陽極上析出O2 或C12 等所引起的極化作用,則可加入還原電勢較負的某種物質,使基比OH-先在陽極氧化,這種物質稱為陽極去極化劑.
例如,用某種電極電解1mol kg-1 的HC1;若在陽極區加入一些FeC13,則由於Fe3+的φ(還原)高於H+的φ(還原),所以Fe3+在陰極區還原為Fe2+,而避免了析出H2 的極化作用;若在陽極區加一些FeC12,則Fe2+在陽極氧化為Fe3+,而避免了生成C12 的極化作用.Fe3+是直接從陰極上取得電子而還原.最簡單的去極化劑是具有高低不同價態的離子例如鐵和錫的離子.去極化劑的作用相當於一個氧化還原電極,它有較恆定的電極電勢,其數值取決於高價和低價離子活度的比值.
另一類去極化作用雖有H+參加,但沒有H2 析出,這些反應常是不可逆的,且實際
的電極過程也並不十分清楚.例如陰極上硝酸鹽及硝基苯還原的反應.去極化劑在電化學工業中應用得很廣泛.例如電鍍工藝中為了使金屬沉積的表面既光滑又均勻,常加入一定的去極化劑,以防止因H2 放出而使表面有孔隙或疏鬆現象.
電解氧化和還原的應用是十分廣泛的,如電解制備,塑料電鍍,鋁及其合金的電化學氧化和表面著色等.
1,電解制備
例如電解食鹽水制備C12 和NaOH 的氯鹼工業,用電解法提純金屬如電解銅,生產合金如黃銅,電解水以制備純凈的H2 和O2,電解法制雙氧水等.有機物的電解制備在近年來也研究得很多.電解制備的主要優點為:
(1)產物比較純凈,易於提純,用電解法進行氧化和還原時不需另外加入氧化劑或還原劑,可以減少污染.(2)適當地選擇電極材料,電流密度和溶液的組成,可以擴大電解還原法的適用范圍,通過控制反應條件還可以使原來在化學方法中是一步完成的反應,控制在電解的某一中間步驟上停止,有時又可以把多步驟的化學反應在電解槽內一次完成,從而得到所要的產物.
2,塑料電鍍
為了節約金屬,減輕產品重量和降低成本,目前在建築業,汽車製造業及人們日常生活中越來越多地採用塑料來代替金屬.電鍍步驟大致為,先使各種塑料(如ABS,尼龍,聚四氟乙烯等)表面去油,粗化及進行各種表面活性處理,然後用化學沉積法使其表面形成很薄的導電層,再把塑料鍍件置於電鍍槽的陰極,鍍上各種所需的金屬,電鍍後的塑料製品能夠導電,導磁,有金屬光澤和提高了焊接性能,而且機械性能,熱穩定性和防老化能力等都有所提高.
3,鋁及其合金的電化學氧化和表面著色
金屬鋁及其合金由於質輕,導電,導熱及延展性能好,故在電子工業,機械製造和輕工業等方面有廣泛的應用.但是由於鋁質軟不耐磨,表面氧化膜約4 m,抗蝕性能差,色澤單調,所以它的應用受到極大的限制.鋁及其合金的電化學氧化也稱陽極氧化,可以改變鋁製品的性能.方法為,把鋁或其合金置於相應的電解液(硫酸,鉻酸,草酸等)中作為陽極,在特定的工作條件和外加電流的作用下,在陽極表面形成一層厚度為5～20 m 的氧化膜,硬質陽極氧化膜厚度可達60～200 m.經陽極氧化處理後的鋁及其合金有較高的硬度和耐磨性,有良好的耐熱性,絕緣性,抗蝕性和絕熱性,使得它在航天,航空,電氣,電子工業上有廣泛的用途.有關化學電源:
電能是現代生活的必需品,電能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油製品作為一次能源用於發電.(注:一次能源——指在自然界現成存在,可以直接取得且不必改變其基本形態的能源,如煤炭,天然氣,地熱,水能等.由一次能源經過加工或轉換成另一形態的能源產品,如電力,焦炭,汽油,柴油,煤氣等屬於二次能源.)煤或油在燃燒過程中釋放能量,加熱蒸汽推動電機發電,它的實質是化學能→機械能→電能的過程,這種過程通常是要靠火力發電廠的汽輪機和發電機來完成.另外一種把化學能直接轉化為電能的裝置,統稱化學電池或化學電源.如收音機,手電筒,照相機上用的干電池,汽車發動機用的蓄電池,鍾表上用的鈕扣電池等都是小巧玲瓏攜帶方便的日常用品.常見的電池類型:
鋅一錳干電池:日常用的收音機,手電筒里使用的都是干電池,其電壓一般為1.5 V(它為一次性電池,當電壓降至0.8 V,就不能再用了)電音量隨體積大小而異(分1號,2 號,3 號,4 號,5 號等).鉛蓄電池:蓄電池放電到一定程度,可以利用外電源進行充電再用,這樣充電放電可以反復n 百次.鉛蓄電池每個單元電壓為2.0 V 左右,汽車用的電瓶一般由3 個單元組成,即工作電壓在6.0 V 左右.若電音量為幾十至100 A,放電時,單元電壓降到1.8V,
就不能繼續使用,必須進行充電.只要按規定及時充電,使用得當,一個電池可以充放電300 多次,否則使用壽命會大大降低.這種蓄電池具有電動勢高,電壓穩定,使用溫度范圍寬原料豐富,價格便宜等優點.主要缺點是笨重,防震性差,易溢出酸霧,維護不便,攜帶不便等.鹼性蓄電池:日常生活中的充電電池就屬此類.它的體積,電壓都和干電池差不多,攜帶方便,使用壽命比鉛蓄電池長得多,使用恰當可反復充放電上千次,但價格較貴,商品電池中有鎘-鎳(Ni-Cd)和(Ni-Fe)兩類,由於電池的充,放電反應是在鹼性條件下進行的,所以叫鹼性電池.銀-鋅電池:電子手錶,液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級的它們所用的電池體積很小,有"鈕扣"電池之稱.它們的電極材料是Ag2O2和Zn,所以叫銀-鋅電池.它具有質量輕,體積小等優點.這類電池已用於宇航,火箭,潛艇等方面.燃料電池:H2,CH4(甲烷氣),C2HSOH 等物質在O2 中燃燒時,能將化學能直接轉化為電能,這種裝置叫燃料電池
此外,鋰-錳_____________(Li-Mn)電池,鋰-碘電池,鈉-硫電池,太陽能電池等多種高效,安全,價廉的電池都在研究之中.化學電源的研究和開發是化學科學的重要研究領域之一,也是能源工作者研究領域之一.
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❹ 離子交換的水處理中的應用

EDI(Electro-de-ionization)是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術(電滲析技術)相結合的純水製造技術。該技術利用離子交換能深度脫鹽來克服電滲析極化而脫鹽不徹底,又利用電滲析極化而發生水電離產生H和OH離子實現樹脂自再生來克服樹脂失效後通過化學葯劑再生的缺陷,是20世紀80年代以來逐漸興起的新技術。經過十幾年的發展,EDI技術已經在北美及歐洲占據了相當部分的超純水市場。
EDI裝置包括陰/陽離子交換膜、離子交換樹脂、直流電源等設備。其中陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽離子通過,而陽離子交換膜只允許陽離子透過,不允許陰離子通過。離子交換樹脂充夾在陰陽離子交換膜之間形成單個處理單元,並構成淡水室。單元與單元之間用網狀物隔開,形成濃水室。在單元組兩端的直流電源陰陽電極形成電場。來水水流流經淡水室,水中的陰陽離子在電場作用下通過陰陽離子交換膜被清除,進入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清除的速度。同時,水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子,這些離子對離子交換樹脂進行連續再生,以使離子交換樹脂保持最佳狀態。EDI裝置將給水分成三股獨立的水流:純水、濃水、和極水。純水(90%-95%)為最終得到水,濃水(5%-10%)可以再循環處理,極水(1%)排放掉。圖2表示了EDI的凈水基本過程。
EDI裝置屬於精處理水系統,一般多與反滲透(RO)配合使用,組成預處理、反滲透、EDI裝置的超純水處理系統,取代了傳統水處理工藝的混合離子交換設備。EDI裝置進水要求為電阻率為0.025-0.5MΩ·cm,反滲透裝置完全可以滿足要求。EDI裝置可生產電阻率高達15MΩ·cm以上的超純水。 EDI裝置不需要化學再生,可連續運行,進而不需要傳統水處理工藝的混合離子交換設備再生所需的酸鹼液,以及再生所排放的廢水。其主要特點如下:
EDI的凈水基本過程
·連續運行,產品水水質穩定
·容易實現全自動控制
·無須用酸鹼再生
·不會因再生而停機
·節省了再生用水及再生污水處理設施
·產水率高(可達95%)
·無須酸鹼儲備和酸鹼稀釋運送設施
·佔地面積小
·使用安全可靠,避免工人接觸酸鹼
·降低運行及維護成本
·設備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設施
·安裝簡單、費用低廉
·設備初投資大 EDI裝置與混床離子交換設備屬於水處理系統中的精處理設備,下面將兩種設備在產水水質、投資量及運行成本方面進行比較,來說明EDI裝置在水處理中應用的優越性。
(1)產品水水質比較
EDI裝置是一個連續凈水過程,因此其產品水水質穩定,電阻率一般為15MΩ·cm,最高可達18MΩ·cm,達到超純水的指標。混床離子交換設施的凈水過程是間斷式的,在剛剛被再生後,其產品水水質較高,而在下次再生之前,其產品水水質較差。
(2)投資量比較
與混床離子交換設施相比EDI裝置投資量要高約20%左右,但從混床需要酸鹼儲存、酸鹼添加和廢水處理設施及後期維護、樹脂更換來看,兩者費用相差在10%左右。隨著技術的提高與批量生產,EDI裝置所需的投資量會大大的降低。另外,EDI裝置設備小巧,所需廠房遠遠小於混床。
(3)運行成本比較
EDI裝置運行費用包括電耗、水耗、葯劑費及設備折舊等費用,省去了酸鹼消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費用。
在電耗方面,EDI裝置約0.5kWh/t水,混床工藝約0.35kWh/t水,電耗的成本在電廠來說是比較經濟的,可以用廠用電的價格核算。
在水耗方面,EDI裝置產水率高,不用再生用水,因此在此方面運行費用低於混床。
至於葯劑費和設備折舊費兩者相差不大。
總的來說,在運行費用中,EDI裝置噸水運行成本在2.4元左右,常規混床噸水運行成本在2.7元左右,高於EDI裝置。因此,EDI裝置多投資的費用在幾年內完全可以回收。 EDI裝置屬於水精處理設備, 具有連續產水、水質高、易控制、佔地少、不需酸鹼、利於環保等優點, 具有廣泛的應用前景。隨著設備改進與技術完善以及針對不同行業進行優化, 初投資費用會大大降低。可以相信在不久的將來會完全取代傳統的水處理工藝中的混合 。
控制氮含量的方法（4種）：生物硝化-反硝化（無機氮延時曝氣氧化成硝酸鹽，再厭氧反硝化轉化成氮氣）；折點氯化（二級出水投加氯，到殘余的全部溶解性氯達到最低點，水中氨氮全部氧化）；選擇性離子交換；氨的氣提（二級出水pH提高到11以上，使銨離子轉化為氨，對出水激烈曝氣，以氣體方式將氨從水中去除，再調節pH到合適值）。每種方法氮的去除率均可超過90%。