摘 要：本文介绍了电渗析的原理及影响因素，总结了电渗析技术在处理高盐废水、氨氮废水、重金属废水、放射性废水、有机废水等方面的应用，并对电渗析技术在废水处理应用与发展趋势进行了展望.
关键词：电渗析;废水处理;离子交换膜
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2019）12-0036-06
地球上的淡水资源占水资源的2.5%-3.5%，其中人类能使用的更少，仅占0.3%-0.8%[1].我国人均水资源占有量仅为世界人均水资源占有量的1/4，且我国的城市67%以上存在缺水问题[2].我国水资源有限，废水的回收再利用在一定程度上能缓解我国水资源的短缺.废水中含有盐、重金属、放射性物质、有机物质、病毒、微生物等，不经处理的废水排放，不仅浪费资源，还会污染周围环境，会对动物和人产生危害.
传统的废水处理方式以氧化还原法、生化处理法、蒸发浓缩技术等为主[3]，但这些方法存在高投资、操作繁琐、处理条件不易满足、能耗高等缺点.与传统的废水处理方法相比，电渗析技术反应条件温和、易操作，装置简单易于自动化，不需要再外加试剂，是一种非常高效的废水处理技术[4，5].电渗析技术是在外加电场的作用下，使不同的电荷的离子透过离子交换膜达到不同物质分离的技术[6-8].
电渗析技术可应用在湿法冶金、化工分离、化学反应、轻工与食品加工、海水脱盐、工业废水处理等方面[9，10].按废水的性质分类，电渗析技术可处理高盐废水、氨氮废水、重金属废水、放射性废水、有机废水等[11-15].电渗析技术能量消耗低，易操作，试剂消耗少，是一种环境友好的分离技术.
1 电渗析技术的原理及影响因素
电渗析处理的过程中，带有电荷的离子选择性通过离子交换膜，阴阳离子的定向迁移，从而达到盐分脱离或某些产物的纯化[16，17].溶液中带正电荷的组分在电流作用下向负电荷移动，带负电荷的则相反，溶液中不带电荷的组分不受电位差的推动的影响[18].电渗析反应器内有多组交替安置的阴阳离子交换膜组件，在外加电场作用下将淡盐室带电荷组分迁移到浓盐室.电渗析过程示意图，如图1所示.
电渗析技术的传质推动力是电能，电压、电流的大小是电渗析技术的关键[19].若电流过小，则达不到预期效果，若电流过大极有可能造成极化现象，被处理溶液的带电离子不能迅速补充到离子交换膜与溶液之间，离子浓度趋于零，则停滞层大量水会被电离产生H+和OH-.范爱勇[20]等用双极膜电渗析从琥珀酸钠中分离琥珀酸，实验探索了不同的操作电流对琥珀酸浓度、电流效率以及能耗等的影响，结果表明在2.0A的电流下操作最佳，对1L浓度为0.5mol/L的琥珀酸钠进行处理后产生的琥珀酸质量浓度约52.55g/L，平均能耗为3.24kW·h/kg，电流效率可达88%.
在电渗析过程中流量过小处理效率较低，也会造成膜堆沉淀，流量过大会对膜堆造成很大的冲击，缩短膜的寿命.通常增大流量，处理效率会增大，处理时间会缩短.随着流量的增大，流速变大，使脱酸浓缩两室的溶液搅拌更加激烈，膜与溶液间的界面层的停滞层厚度变薄，易发生极化.刘颖[21]等对电渗析过程运行参数和工艺进行综合优化，探讨结果表明当淡水流量为150L/h，浓水流量为120L/h，采用一级两段膜堆构型，两段膜对数比为27/23时，电渗析系统的脱盐率可达90%，有望实现低能耗海水淡化.电渗析装置运行中操作电压、电流、流量、溶液初始浓度等均会对电渗析的工作效率产生影响，选择合适的条件不仅会提高电渗析工作效率、增加膜的使用寿命还可降低能耗.
2 电渗析技术的应用
2.1 高盐废水资源化利用
高盐废水通常指总溶解固体物（TDS）质量分数大于1%的废水，废水中含大量的Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+等离子[22].高盐废水多产生于金属冶炼、煤转化、化工、制药等产业生产过程中.高盐废水含有多种盐类，若不经过处理直接排放，会造成土壤盐碱化[23-25].
较成熟的处理高盐废水的方法有蒸发浓缩法、热浓缩法、生化法、膜分离法等[26-30].蒸发浓缩设备简单，容易操作，该工艺技术适用于高盐废水中COD相对较低、盐分易结晶的废水，其工艺流程较长、能耗高、处理效率低.热浓缩法操作简单，淡水水质好，但有些设备初期投入成本大，热能利用率低.当含盐量高于2%时，不宜选用生化法[31]，高盐废水含有较高的化学需氧量，较少的生化需氧量，并且有些废水含有较多的有毒物质，宜先除去较多的盐分，再选择合适的生化处理方法.膜分离法由于其不需要外加化学物质，是一种新兴高效的废水处理方法，处理高盐废水的膜分离方法有电渗析、反渗透技术等.与其他膜分离法相同，电渗析同样有膜易污染、进水水质有要求的技术难题.但同时电渗析技术由于其操作简单、能耗低、污染小等优点，进年来成为处理废水的一种高效的工艺.
吸附剂是工业生产过程中常用到的一类物质，一些吸附剂再生过程会产生高浓度含废水.离子交换树脂吸附水中的离子，降低水中的硬度、碱度和阴阳离子，离子交换树脂再生废水中含有高盐和高氯离子，对污水处理有较大的冲击性，应选用合适的处理方法对废水进行处理.王慧等[32]采用频繁倒极电渗析法处理离子交换树脂再生废水，其工艺对再生废水的脱盐率、氯离子、总硬度的去除率分别为85.46%、91.13%、59.38%，对盐分有脱除效率的同时氯离子能达到回用水标准.
在稀土厂生产过程中每天排放的废水中硫酸铵平均浓度为50000mg/L，氯化铵平均浓度为 60000mg/L左右，若不對这类废水进行处理不仅浪费铵资源和水资源，更会对环境造成污染.薛德明[33]等尝试用离子交换膜电渗析法对硫酸铵废水进行浓缩回收，研究表明这类铵盐呈现良好的电渗析脱除性能和浓缩性能，在一定条件下铵盐浓度可达到5mg/L以下，高盐浓缩液可作为液体铵肥直接利用，淡化水可达标排放或经过深度处理作为回用水.