2.1 直流道中不同膜间距离的影响

                  不同的隔板厚度形成的隔室厚度和膜间距离不同，在 RED 中产生的内阻不同。更具体地说，低盐浓度的河水隔室对 RED 的内阻贡献更大。更薄的隔室即更小的膜间距离，将减少系统阻力，从而获得更大的功率密度。因此，可以通过调整和改进 RED的隔板厚度来改善功率密度。图 3 为采用 YDS 膜下直流道中不同膜间距离对 RED 性能的影响。

 

                       由图 3（a）可知，当膜间距离从 0.75 mm 增加到1.10 mm 时，反电渗析的产电性能总体呈下降趋势。随着膜间距离的增加，膜堆的内阻增加。根据文献报道可知，当膜间距>100 μm 时，膜堆中欧姆电阻的贡献最大，欧姆电阻主要受低浓度河水隔室的电阻控制，与膜间距离成正比〔16-17〕。在相同的膜面流速下，膜间距离越大，进料流量越大，溶液欧姆电阻越大，导致总电阻增大。随着膜间距离的增加，溶液在沿浓度梯度流动的过程中浓、淡室之间的离子迁移量减小。由图 3（b）可以看出，当膜间距离从 0.75 mm增加到 1.10 mm 时，离子迁移量由 500.78 mg/L 减小到 377.29 mg/L。根据公式（2）可知，开路电压与浓度差成正比，离子迁移量的减小使浓、淡室之间一直保 持 着 较 高 的 浓 度 差 ，因 而 形 成 的 开 路 电 压 较高〔18〕；同时，在进料流量较小时，膜和溶液界面会出现较严重的浓差极化现象〔13〕，实际的输运浓度梯度比溶液本身预期的浓度梯度低，也会导致在膜间距离较小时开路电压的降低。综上，随膜间距离的增加，开路电压和内阻增加，功率密度和离子迁移量减小。为了获得较高的开路电压和功率密度，同时使浓海水的浓度有一定程度下降，取隔板厚度为 0.85 mm 较适宜。

                     2.2 斜流道中不同膜间距离的影响

                    在斜流道中溶液在膜内的流动会受到一定影响，不可避免地发生浓差极化现象，影响膜间离子传质，进而影响反电渗析的产电性能。图 4 为采用 YDS 膜下斜流道中不同膜间距离对 RED性能的影响。

                     由图 4（a）可知，开路电压和膜堆内阻都随膜间距离的增大而增大。虽然膜间距离较大时，较高的进料流量在一定程度上可以减缓浓差极化现象，但淡室溶液的电阻依然起主要作用，因而膜堆内阻较大。膜堆内阻增大带来的负影响大于开路电压上升带来的正影响，因而最大功率密度呈下降趋势，当膜间距离从0.85 mm 增加到 1.10 mm 时，最大功率密度由 0.312 5W/m2 减小到 0.274 9 W/m2，降低了 12.03%。由图 4 （b）可知，离子迁移量随膜间距离的增大而减小。综 上，与直流道相似，在斜流道情况下膜间距离的增大会对产电功率密度和离子迁移量带来不利影响。

                      2.3 直流道与斜流道的 RED 性能对比

                     固定膜间距离为 0.85 mm 和 1.10 mm，采用 YDS膜对直流道与斜流道的 RED 性能进行比较，结果如图 5 所示。

                    由图 5（a）可知，直流道与斜流道下的最大功率密度均随着膜间距离的增大而减小。当膜间距离为0.85 mm 时，斜流道的最大功率密度较直流道降低了 13.96%；当膜间距离为 1.10 mm 时，斜流道的最大功率密度较直流道降低了 12.90%。斜流道下功率密度较低的主要原因是流体流动分布不均，水力学损失较大，产生的膜堆内阻较高，进而影响了产电功率密度。由图 5（b）可知，斜流道下的离子迁移量低于直流道，原因在于斜流道中存在流体流动分布不均匀的现象，扰乱了离子湍动规律，不利于离子由浓室向淡室迁移。综上，对于功率密度和离子迁移量而言，直流道的 RED 性能更优。

                     2.4 基于富士膜的影响

                       结果为了进一步确定 RED 中膜间距离和流道类型对产电性能的影响，更换进口富士膜进行对照实验，结果如表 2 和表 3 所示。

                       实验结果表明，无论是直流道还是斜流道，开路电压均随膜间距离的增大而增大，但采用富士膜的开路电压较采用亚德世膜低，这与膜的选择性和浓度变化有关；内阻均随膜间距离的增大而增大，当隔板厚度较大时，经过膜堆的料液增加，淡室的电阻会有明显提升，使整体电阻增大；随着膜间距离的增加，最大功率密度均呈现下降趋势，采用富士膜的最大功率密度相较亚德世膜更高。膜间距离越大，离子迁移量越小，直流道下的产电性能和离子迁移量均优于斜流道。综上，采用富士膜的膜间距离和流道类型对 RED 性能的影响规律与采用亚德世膜一致。由于国产化的亚德世膜成本远低于进口富士膜，采用国产亚德世膜更具经济意义。

                      3 结论

                       通过实验分析了反电渗析过程中采用国产化亚德世膜情况下隔板厚度和流道类型对 RED 产电性能的影响，并用进口富士膜进行了实验对比。具体结果如下：

                    （1）在直流道下，随着膜堆中膜间距离的增大，开路电压增大，且与之成正比，同时膜堆内阻也呈现增大的趋势。膜间距离较大时，较高的进料流量会阻碍膜内离子的迁移，有利于开路电压的升高，但膜堆内部存在较多的低浓度溶液会使膜堆内阻升高。膜堆内阻升高带来的负影响大于开路电压升高带来的正影响，导致功率密度下降。综合考虑开路电压、功率密度和离子迁移量，选用 0.85 mm 的隔板，此时功率密度为 0.363 2 W/m2。

                       （2）斜流道下 RED 产电性能趋势与直流道情况类似。随着膜间距离的增大，膜堆开路电压和内阻呈增大趋势，功率密度和离子迁移性能呈下降趋势。

                      （3）在相同膜间距离下，斜流道下的开路电压和膜堆内阻高于直流道，功率密度和离子迁移量则低于直流道，斜流道下 RED 的整体性能不如直流道。 

                        （4）与国产亚德世膜相比，采用富士膜的 RED性能略优，但考虑成本问题，采用国产亚德世膜更具经济意义。

                       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