［关键词］ 浓海水；反电渗析；膜间距离；流道类型；功率密度

                 盐差能是指 2 种含盐浓度不同的溶液之间的化学电位差能，广泛存在于海水与河水间，是一种重要的海洋蓝色能源。当今膜市场的快速发展以及对可再生能源日益增长的需求，推动着盐差能转换技术的发展，有效地利用盐差能可以在产电的同时降低浓海水的盐度。随着海水淡化技术的日渐成熟，海水淡化产业的规模不断扩大，副产物浓海水的产量也在不断增大。淡化后副产的浓海水浓度高于海水浓度，约为正常海水浓度的 2 倍，从环保方面考虑，若将其直接排放会对现有的海洋生态环境造成威胁。因此，需要寻求合适的方法对其进行处理。

                  浓海水和河水之间的浓度差为反电渗析（Reverse Electrodialysis，RED）产电提供了可能。通过反电渗析处理不仅可以从中提取能量，而且可以有效降低浓海水的盐度，在产电的同时可以为浓海水的低盐排放贡献一份力量。RED 技术是一种新型绿色发电技术，其基于离子交换膜的选择透过性，利用浓海水和河水的浓度差进行产电。RED 更适用于低盐度差的江河入海口处发电，因其具有能量密度高、可操作范围广、膜污染小、环境友好等优势，成为一种极具潜力的处理技术。自 20 世纪 50 年代开始，相关学者即开始了有关 RED 的研究，随后各国有关 RED 的研究逐渐展开，离子交换膜的快速发展也带动了 RED 技术的进一步发展。自 2010 年以来，有关 RED 研究的文章逐年递增，关于反电渗析技术的应用与研究也逐渐从 传 统 的 产 电 向 环 境 保 护 和 新 能 源 开 发 方 面 转变。在过去的几十年中，针对 RED 的研究主要集中在离子交换膜、盐类型、溶液浓度、进料流速和电极系统等方面。而隔板作为 RED 膜堆的重要组成部分对 RED 的性能也具有重要影响。 D. A. VERMAAS 等在对膜间距离分别为 60、100、200、485 μm 的 RED 实验研究中发现，在膜间距为60 μm 的膜堆中，泵送功率较大，泵的损耗较大，不能达到较高的功率密度。较小的膜间距离会增大水力学损失，而较大的膜间距离会增加欧姆电阻，因此存在一个合适的膜间距离使 RED 的性能较优。由此可见，研究隔板厚度和流道类型对 RED 性能的影响对于进一步完善 RED 的产电过程具有重要意义。

                   基于前期研究中探讨了重复单元数、膜面流速和溶液浓度对反电渗析产电过程的影响，本研究以海水淡化后副产的浓海水和河水作为浓、淡室进料溶液，通过在亚德世膜下采用不同的隔板初步研究膜间距离和流道类型对反电渗析产电过程的影响，并换用富士膜进行实验对比，以期为反电渗析法处理海水淡化副产浓海水提供技术参考。

                     1 实验部分

                     1.1 实验试剂与材料

                     以海水淡化副产物浓海水的盐度和河水盐度为实验背景，折合 NaCl 质量浓度分别为 66.70 g/L 和 0.66 g/L 作为浓、淡室进料液浓度，极室溶液为 0.05mol/L 的铁氰化钾、亚铁氰化钾和 1 mol/L 的氯化钠溶液。实验过程中的浓、淡室溶液采用自来水配制，极室溶液采用去离子水配制。主要试剂：氯化钠（NaCl），注射级，山东肥城精制盐厂有限公司；铁氰化 钾（K3［Fe（CN）6］）、亚 铁 氰 化 钾（K4［Fe（CN）6］·3H2O），分析纯，天津福晨化学品有限公司；硝酸银（AgNO3），分析纯，天津江天化工技术股份有限公司；氯化钠（NaCl），分析纯，天津科密欧化学试剂科技有限公司；铬酸钾（K2CrO4），分析纯，天津市天大化学试剂厂。实验 过 程 中 采 用 的 直 流 道 隔 板 厚 度 分 别 为0.75、0.85、1.10 mm，斜 流 道 隔 板 厚 度 分 别 为 0.85、 0.95、1.10 mm，直 流 道 与 斜 流 道 隔 板 示 意 如 图 1所示。

                        实验过程中采用了 2 种离子交换膜，分别为国产 亚 德 世（Yadeshi，YDS）膜 和 进 口 富 士（Fuji，FJ） 膜，均包括均相阳离子交换膜（CEM）和阴离子交换膜（AEM）。除电化学工作站测得的膜面电阻外，其余参数均由厂家提供。富士膜的价格高于亚德世膜（前者为 900~1 400 元/m2，后者为 400~550 元/m2）。2种离子交换膜的参数如表 1 所示。

                      1.2 实验装置

                      膜堆是 RED 实验中的重要组成部分，图 2 为膜堆内部结构示意。

                       膜堆主要由阳离子交换膜、阴离子交换膜、隔 板、隔网、极板和垫片组成。阴阳离子交换膜和隔板隔网交替排列，构成 RED 中的浓室和淡室。溶液在各自室内流动，互不干扰。隔网的存在，有利于溶液在膜内的分布与均匀流动，减小浓差极化现象。电极板由钛钌网构成，有效面积（13.5×7）cm2。离子交换膜面积为（27×11）cm2，有效面积为（17×7）cm2；膜对数为 8 对。

                     极液通过蠕动泵打入极室，在阴阳极板中循环流动；浓、淡室的进料流量通过蠕动泵控制，膜面流速为 0.71 cm/s。实验过程中在膜堆外部连接一个可调节电阻箱，电压表接至膜堆两侧，电流表串联到该电路中，通过在 60~1 Ω 范围内改变电阻值来记录相应的电压、电流数值。因电压与电流成线性关系，故截距即为开路电压值，而斜率为膜堆内阻值，进而可计算 RED 过程中的功率密度。取实验前后淡室进出口溶液，采用 AgNO3滴定法测量离子浓度变化，可得出离子迁移量，进而分析离子由浓室向淡室迁移的情况。 

                        1.3 分析与计算方法

                        RED 过程为稳态过程，其中 RED 内阻不变，可将膜堆视作有稳定输出的电源。通过调节外阻并记录外电压及电流，由欧姆定律得到电动势及内阻，其公式表达为：

                      根据 能 斯 特 方 程 理 论 计 算 膜 堆 的 开 路 电 压公式：

                       U、Istack通过外接电压表与电流表测得，由此可以计算得到膜堆内阻。

                      当Ri=Ru时，功率密度最大。

                      原标题：反电渗析处理海水淡化副产浓海水的研究

                      原作者：崔玮哲，纪志永，TUMBA Kaniki，汪 婧，张忠德，袁俊生