由图 3可知，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间放置单价离子选择性交换膜。装置通电后，SO42-向阳极迁移，途中被阴离子选择性交换膜阻挡，富集于阴离子选择性膜和阴离子交换膜间的隔室中，Cl-则富集于阳离子交换膜和阴离子选择性膜间的隔室中，阴阳离子交换膜间的隔室中离子浓度降低成为淡水室，不同价态阴离子成功分离。除分离离子外，选择性电渗析工艺还可用于元素的回收富集。
选择性电渗析技术的核心竞争力在于选择性离子交换膜的性质。在前人的研究中，研究者们已将如聚苯胺、聚季铵盐等基团引入离子交换膜增强其对单价阳离子的选择性，但由于其具有高表面电阻，这类膜阳离子通量通常较低。
有研究表明可以利用离子密度大疏水相的导电基团提高阳离子通量，研究者通过在膜骨架中引入由芳族骨架和离子侧链组成的离子通道增强阳离子通量，将两性结构的聚（2，6-二甲基苯乙烯氧化物）季铵盐引入膜结构中，聚合物主链上的各种烷基链和以氮为中心的官能团诱导了膜的疏水性，同时提高膜的选择性和单价阳离子通量并减少了膜溶胀。
另一类由季铵化氧化石墨烯修饰的聚乙烯醇（PVA）-QPEI（季铵化聚乙烯亚胺）阴离子交换膜可通过PVA-OH基团选择地加速氢氧根的传输，此外膜中的季铵化氧化石墨烯纳米片可抑制具有较大水合离子半径离子的传输，使膜具有高选择性。
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在现有研究中，选择性电渗析技术常被用于单价/多价离子分离，最常见的为分离各类金属离子如锂、镁、砷或氯离子等阴离子，也有研究将选择性交换膜与普通离子交换膜联合使用用于分离不同产物。
虽然选择性膜在广泛操作条件下均显示出稳定的离子选择性，还可利用脉冲电场控制膜界面浓度极化现象，但这些特殊的离子交换膜成本较高，脱盐效率也将随流量的增加而降低，同时由于静电排斥，二价阳离子的传输速率也将逐渐降低，这些特点都限制了选择性电渗析的实际应用。
2.3 复分解电渗析
复分解电渗析（Electrodialysis Metathesis，EDM）具有重组和浓缩离子的独特性能，通过离子重组可发生类似复分解反应。
基于四隔室结构特点，其可以将少量的溶解度低（或不溶解度）的盐类转化为高溶解度的盐。复分解电渗析通过将2种原料AX、BY和另2种产品液BX、AY分别投入4个隔室，在电场力的作用下离子定向迁移过膜而后被同性离子交换膜阻挡后停留于不同隔室，完成AX+BY→AY+BX复分解反应，复分解电渗析原理见图 4。
由图 4可知，在复分解电渗析系统中，交替的离子交换膜（阳-阴-阳-阴-阳）形成4个隔室（浓缩室、淡水室、浓缩室、淡水室），利用离子的定向移动
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和离子交换膜的选择透过性以氯化钾和硝酸盐为原料制备无氯钾肥（KNO3）并回收氯化钠。
相比于双极膜电渗析和选择性电渗析，针对复分解电渗析的研究较少，且大多数研究为浓缩高纯度无氯钾肥。
常规无氯钾肥复分解生产法具转化率低、能耗高、产品纯度低等缺点，与传统的复分解反应相比，复分解电渗析无需萃取、无需复盐沉淀、电流效率高、产物纯度高。
但与其他电渗析工艺一样，复分解电渗析的效率是由操作参数（电流密度、进料浓度和成分等）和离子交换膜的性能决定的。复分解电渗析技术同样对膜有一定要求，高选择性、高导电性等性质是在低能耗下提供浓缩产物的重要膜性能。该新型技术虽具有一定优势，但因其装置复杂、对进水要求高未能投入生产。
2.4 逆电渗析
逆电渗析（Reverse Electrodialysis，RED）的原理为：通过在不同浓度盐溶液间放置离子交换膜，利用离子浓度差导致的离子迁移将化学能转化为电能，其具体原理见图 5。
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由图 5可知，阴阳离子交换膜交替间隔形成浓水室（HS）和淡水室（LS），在浓度差作用下，浓水室中阴阳离子分别透过阴阳离子交换膜进入淡水室，离子的定向迁移形成内电流，再通过阴阳极的电化学反应将离子迁移内电流转化为电子迁移外电路电流，将化学势转化为电能。
根据逆电渗析原理可推断出，逆电渗析装置可从2个不同盐度梯度的溶液中提取能量，且不产生二次污染。
目前全球的盐差势能资源巨大，利用电渗析装置将化学势差转为电势差进而产生电能的技术是一种新型的可持续发展技术，前景良好。
有研究表明可以将RED与传统ED结合开发无电源电渗析（PFED）实现零能耗脱盐，具有很高的经济效益和可持续发展性。但在实际条件下，由于欧姆内阻和压降引起的泵浦损耗，装置中只有一部分能量可以转化为电能，除能量损耗外，装置中还存在垫片堵塞和无机物沉淀造成的结垢。
综上所述，以上4种新型电渗析工艺原理及优缺点见表 3。
3 电渗析工艺能耗比较
电渗析工艺的成本包含固定成本和运营成本。固定成本主要取决于离子交换膜面积，膜面积由进水和出水浓度决定；运营成本包括劳动成本、维护成本和能源成本，劳动成本和维护成本与工厂的规模成正比，能源成本由两部分组成，分别是使离子过膜的电能和将溶液泵入电渗析装置所需的能量，工艺参数不同时二者所占比重不同，总体上与进水出水浓度差以及膜间阻力成正比。
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自1970年以来，电渗析装置脱盐的能耗由20 kW·h/kg左右降低到了0.4~8.7 kW·h/kg，成本也已降低至不足0.75美元。
现工业规模电渗析装置可处理含盐质量浓度为2 500~3 000 mg/L的废水，处理成本和能耗与待处理液浓度成正比；在浓缩富集方面，以常见浓缩元素氨氮和磷为例，利用电渗析装置回收废水中的氨氮可浓缩至（7 100±300）mg/L，平均功耗为（4.9±1.5）kW·h/kg，利用具有聚砜基阴离子交换膜的电渗析法纯化磷酸能耗为2.73 kW·h/kg；在选择性分离方面，利用电渗析进行单价和二价阳离子选择性分离，能耗为0.502 kW·h/kg；在双极膜系统研究方面，利用双极膜电渗析法生产α-酮戊二酸能耗为3.72 kW·h/kg；在中等规模电渗析实际应用领域，J. Y. Nam等考察了1 000膜对逆电渗析装置利用城市废水和海水发电情况，当装置以1.5 cm/s速度运行时产电功率为0.76 W，实验室规模逆电渗析功率为6.7~12 W/m2。
脱盐工业每年消耗8.5亿t石油处理9千余万t含盐废水并产生6 700万t二氧化碳，因此寻找可再生清洁能源具有重大的意义。
在过去的10 a中，光伏能源转换已成为一种新兴技术，其需求量迅速增长，是一种极具潜力的能源替代技术。太阳能作为绿色可再生能源已被用于电渗析系统供能，但要有效地将太阳能转化为可用于电渗析的电能需要消耗大量资金，M. Herrero-Gonzalez等利用双极膜电渗析结合太阳能从海水中分离生产HCl和NaOH，能耗为4.4 kW·h/kgHCl，除能耗成本外还有较高的设备维护和太阳能利用成本。
在传统电渗析脱盐方面，对于含盐质量浓度为2 500~5 000 mg/L的微咸水系统，光伏电渗析（PV-ED）能耗为0.49~0.91 kW·h/m3低于传统电渗析，但传统电渗析成本为0.45~0.78欧元/m3低于PV-ED成本6.34~11.93欧元/m3，可见使用可再生能源的电渗析装置虽能耗较低却具有较高的总成本。
经预测到2025年，PV-ED系统成本将与传统电渗析成本持平，在此之后，由于化石燃料短缺，传统电渗析的成本将继续增加而PV-ED的成本将继续降低，这一发展趋势有利于光电池相关技术的发展。除成本外，阻碍PV-ED系统的大规模商业化的技术限制主要在于如何平衡太阳能系统能量输出和电渗析系统能量需求。
4 结语
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我国对电渗析的研究起步于20世纪60年代，20世纪后半期因其分离效率不及纳滤等技术只用作预处理，但随着技术的发展，双极膜的引入使电渗析技术重新进入应用市场并得到了发展和突破。
电渗析技术是一种经济高效的脱盐工艺，可显著降低废水中离子浓度。与反渗透相比，电渗析的主要优势在于几乎不需要进料预处理，同时由于没有渗透压限制，电渗析中的浓缩盐水浓度也比反渗透高得多；与蒸馏过程相比，电渗析具有能耗低的优点；与常规的离子交换方法相比，电渗析具有不需引入化学药剂、不产生洗涤废水等优点。
传统电渗析虽具有效率高、能耗低等优点，却也存在一些技术限制，例如处理高盐废水带来的高能耗、不能选择性去除离子、产品单一等问题。
因此针对电渗析相关技术的研究得以蓬勃发展，具有特殊膜组成和装置结构的新型电渗析技术拓宽了传统电渗析的应用领域。电渗析已被广泛应用于水处理领域。
在实验室规模内，在海水淡化领域电渗析技术已具有高淡水回收率，电渗析也可被用于反渗透回水制备粗盐、零液体排放、高盐度油砂水脱盐、果汁脱酸等众多领域。在实际应用中，随着国内制膜技术的进步和应用技术不断开发，各类引入特殊作用膜的电渗析技术应用正在逐步扩大，电渗析将广泛应用于能源、食品、生物、化工、和饮用水等领域。
前人针对新型电渗析相关技术的研究虽解决了部分传统电渗析技术限制却也带来了一系列新问题，例如特殊离子交换膜成本问题、装置复杂不便于实际使用以及能量转化效率不高等问题，同时电渗析不可连续脱盐、膜污染等传统问题尚未得到解决。
此外，从不同公司的离子交换膜和电渗析设备来看，在电渗析行业内有很多东西没有形成行业统一化发展，在一定程度上阻碍了电渗析技术的发展。随着2015年国务院《水污染防治行动计划》“水十条”的颁布，我国提倡可持续发展，实现废弃物零排放是目前技术要求的主要目标之一，电渗析技术需要顺应国家要求将可持续发展作为技术目标继续发展。
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电渗析工艺技术发展与应用 - 图文
