电去离子(Electrodeionization，EDI)技术，是电渗析和离子交换有机结合而形成的新型复合分离过程，它可在非化学再生的条件下，对低浓度溶液中的离子进行脱除与浓缩。该技术具有连续运行、高效稳定、环境友好等显著优点，在众多工业领域均有重要应用价值。本文以低浓度含Ni<2+>离子溶液为研究对象，考察了EDI对Ni<2+>离子的脱除和浓缩性能，以期利用EDI技术实现对低浓度溶液中的重金属离子进行回收的同时，获得高品质的淡水产水，从而实现电镀等行业中的低浓度重金属废水的零排放。 对淡水室中树脂的填充策略进行了较为系统的分析。研究发现，在本文所采用的实验条件下，EDI装置的淡水室中填充大孔型强酸、强碱性树脂较凝胶型强酸、强碱性树脂有更高的分离性能，淡水水质能够更快达到稳定，而大孔型弱酸、弱碱性树脂则不适于该过程；淡水室中填充窄粒径分布树脂与标准粒径分布树脂相比，更能促进淡水室中离子的传递，提高过程的分离效率。对于本文实验中所采用的厚度为3mm的淡水室隔板而言，当所使用树脂粒径为0.71-0.90mm时，淡水室隔板厚度与树脂粒径之间比例达到最优，有效导电树脂所占比例较大，有利于促进过程传质；淡水室中树脂床层采用分层填充时，通过合理安排混床与阳、阴树脂床层的位置与比例，能够较好地改善树脂或膜面金属氢氧化物形成的状况，有利于过程的长期稳定运行。 深入研究了主要工艺操作参数对过程分离性能的影响。对于一定浓度的NiSO<,4>溶液，在一定的淡水和浓水条件下，EDI过程存在相应的最优膜堆工作电压，该最优电压值对应于淡水产水达到期望的水质而过程中水解离程度最小的工作状况。淡水流量必存在一个上限，超过此上限值时，由于淡水在淡水室中的停留时间较短，使得部分离子未能及时迁移出淡水室，从而使离子的脱除率下降，淡水出水的电阻率降低。此外，原水的Ni<2+>离子浓度、pH值与温度对EDI过程也有重要影响。当Ni<3+>离子浓度降低时，膜堆的负荷降低，淡水出水的电阻率增大；适当提高原水温度有利于离子与树脂之间的交换以及离子的迁移，淡水出水的电阻率明显提高。 建立了EDI处理低浓度含Ni<2+>离子溶液过程的传质动力学数学模型，并结合能斯特-普朗克和能斯特-爱因斯坦方程，对Ni<2+>离子在树脂床层中传递的表观扩散系数进行了推导；根据舍伍德关联式，对Ni<2+>离子在EDI过程中的传质系数进行了求解。该项研究有利于对EDI过程中离子的传递进行定量描述，为EDI处理低浓度重金属离子溶液过程中，装置的设计和工业应用的进一步推广提供了理论和技术支撑。在一定操作条件下，对于Ni<2+>离子浓度为50 mg/L，pH为5.7的原水进水，淡水产水的电阻率可达3.78 MΩ·cm，其中的Ni<2+>离子浓度低于0.1mg/L，脱除率>99.8％；浓水产品中Ni<2+>离子浓度可达1583 mg/L，一级浓缩倍数达到31.7：过程的电流效率达40％。研究结果表明，通过对装置内部构造的改进和操作参数的控制，EDI过程能够同时实现对低浓度溶液中Ni<2+>离子的深度脱除与有效浓缩。 本文研究工作所开发的低浓度重金属废水处理自主核心技术，为实现高效、稳定、低成本条件下的低浓度重金属废水的零排放与资源化奠定了基础。