基于离子交换膜的浓差渗析技术,不需要外加电场或压力的条件下,利用膜两侧溶液的浓度梯度为推动力,来实现离子的迁移。该膜技术具备操作简单、能耗低、无污染等优点,广泛应用于资源回收、清洁生产、环境保护和能量转化等领域,并引起越来越多的关注。基于离子交换膜的浓差渗析技术主要包括扩散渗析和反向电渗析技术。卷式扩散渗析(SWDD)克服了传统板框式扩散渗析固有的缺陷,其设备结构紧凑、体积小而便于安装和运输,螺旋结构可以充分传质,且易于与其它反应和分离技术集成,拓展了其工业应用。但是,卷式扩散渗析在自身优化和应用研究等方面还很不足。利用卷式扩散渗析膜组件研究无机酸的传质以及组件连接方式,对扩大其在各个工业领域中的应用具有重要意义。反向电渗析(RED)是另外一种基于离子交换膜自发的浓度差渗析过程,与传统的膜分离过程不同,它是提取两种溶液混合产生能量的过程,是一种可持续发展的清洁能源技术。但由于反向电渗析膜、相关过程机理和实际给水条件等方面的限制,使得其能量转化效率很低,还没有得到规模化应用。因此,优化反向电渗析技术和拓展应用领域对其发展和社会需求具有重要的积极意义。本课题以环境保护和能量回收的可持续发展为理念,结合离子交换膜和自发渗析的优势,分别从卷式扩散渗析和反向电渗析的自身优化和集成应用上展开研究工作。主要的研究结论包括：1)采用SWDD膜组件回收常用的二元酸(硫酸),并建立相关数学模型,全面考察相关实验参数对SWDD膜组件扩散性能的影响。结果表明,双SWDD膜组件的连接方式在很大程度上决定了扩散性能男；从酸回收率和回收酸浓度考察,使用D-d的连接方式(料液侧和水侧均为串联方式)是最佳选择。酸回收率随膜组件数目增加而增大,并随流速增大而减小,但与初始进料浓度无明显关系。另外,在获得相同的酸回收率的前提下,处理能力(流量)很大程度上取决于SWDD膜组件的集成数目,多个膜组件的处理能力不是单个膜组件处理容量的简单加和,如D-d和T体系的处理能力分别为S体系处理能力的近3倍和8倍。2)根据上述工作的结论,采用D-d连接方式的SWDD膜组件同氧化铁黄颜料的生产工艺相结合,直接提取了空气氧化法反应过程中产生的大量硫酸,建立了副产物硫酸生产量与时间的线性回归方程,成功进行了SWDD处理相应的模拟产酸实验,获得水流流速和进料处理量的兼容一致性,并提出了在工业上应用的设施方案。这种方法具有的“零能耗”和“零排放”的独特优势,提供了一种SWDD膜分离技术应用的新思路。3)采用RED为能量供体,原位集成RED和ED两个过程设计一个无电源电渗析。首先优化了单一RED过程,实验表明流速、浓度差、淡室给水源对RED产能均有影响。后面的无电源电渗析运行结果显示,间歇操作模式下淡水最低电导可达72μScm-1,连续操作模式下淡水最低电导可达736μScm-1,间歇操作模式下模拟海水/废水体系与氯化钠溶液体系在卤水脱盐性能上无明显差别。因此,这种无电源电渗析应用于脱盐工艺,具有“高盐废水零排放”和良好经济效益的优势。4)在原RED膜堆中引入双极膜,便形成双极膜反向电渗析(BMRED).结果表明,当双极膜于RED膜堆最外侧的位置,生产酸碱速率高达12.7 m mol h-1,但生产的酸碱必有一种在电极隔室;而双极膜位于RED膜堆内部时，生产酸碱速率与浓/淡隔室给水浓度差和电流密度有关,河海水体系较适合BMRED生产酸碱,其生产速率达6.9 m mol h-1。