电去离子纯水制备装置

中化化工标准化研究所、西门子（中国）有限公司等。

张相臣、王璐等。

我国称电去离子净水技术为填充床电渗析.核工业部原子能研究所、国家海洋局杭州水处理中心和742厂等一些单位,从70年代起,曾作过填充床电渗析试验装置及相关技术的研究,也取得一些科研成果.但遗憾的是由于种种原因,使我国填充床电渗析技术停步不前,停滞了10多年,以致商品化的填充床电渗析器至今尚未面世.

EDI,除能连续出水外,一不需化学药剂(酸、碱、盐)再生,从而不污染环境;二可无人值守,从而为实现自动化创造条件;三适应性广,从而可用于各行各业用水处理;四运行成本低,经济性好,易于普及推广.国外一些专家的论证与分析[3]表明,在当今的水处理脱盐系统中,采用反渗透(RO)与EDI组合工艺,可确保获得最佳的水处理工艺性能,其经济性也不错,为这种组合工艺的推广,提供了良好的发展前景.

实用分析方法的要点描述如下:

1)将电去离子过程解体为电渗析过程和离子交换过程,它们彼此独立,各受其所固有的规律所支配.它们两者虽然都起从水中除去离子的作用,但是在电去离子过程中电渗析起真正清除掉离子的作用,而离子交换仅仅起去离子的中间过渡作用.

2)离子交换树脂截留住离子,抑制了电渗析,使离子交换进行;树脂解吸出离子,抑制了离子交换,使电渗析进行.以上两点,可形象地示意为:

电去离子树脂 截留离子树脂解吸离子电渗析↓ 离子交换↑电渗析↑ 离子交换↓

3)电渗过程中离子迁移速度由该离子在水溶液和膜中的迁移率而定.各种离子迁移率的大小决定离子从淡水室迁移至浓水室的离子浓度分布层谱.在直流电场作用下离子电渗析迁移的方向与离子受水流流动挟带运动的方向相垂直.因此,在淡水室中阴离子和阳离子的浓度分布层谱分别偏向两侧.

4)在电渗析出现浓差极化时会发生水的电离,它促使树脂解吸.发生浓差极化的位置在水溶液和树脂颗粒或膜之间的界面上,有随机性.在树脂颗粒表面界面层中发生水电离所生成的H 和OH-离子,能及时将邻近失效树脂再生;在膜表面界面层中发生水电离所产生的一种离子(H 或OH-)只是穿过膜,入浓水室,起电载体作用,不参与再生,另一种离子(OH-或H )作横向迁移,参与再生.原有的离子电渗析浓度分布层谱会被这种随机产生的水电离造成的树脂解吸所破坏,并且会出现离子多次被树脂解吸又吸附的现象.

5)离子交换反应速度极快,远大于离子电渗析迁移速度,因此离子交换过程受扩散因素控制.同时,离子随水流挟带流动,水流不断冲刷树脂颗粒,使水中大部分离子在电渗析迁移出淡水室以前都被树脂吸附截留住,以后再逐步解吸并电渗析迁移出淡水室而除去.可见,在电去离子过程中,树脂是转运离子的中间体.

6)电去离子过程中的离子交换应遵守通常的柱内离子交换层谱的分布规律[8]:在离子交换过程中,对某一种被吸附的离子,离子交换层可分为失效层、工作层和保护层;各离子层谱和先后置换的选择性顺序都根据它们与树脂的亲和力的大小而定.

工作原理

电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。电渗析器的一对电极之间，通常由阴膜，阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列，构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜，阴离子可透过阴膜).淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜，被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜，被浓室中的阳膜截留，这样通过淡室的水中离子数逐渐减少，成为淡水，而浓室的水中，由于浓室的阴阳离子不断涌进，电介质离子浓度不断升高，而成为浓水，从而达到淡化，提纯，浓缩或精制的目的。