电去离子EDI系统

一般认为EDI的原理在横向上可以分为离子交换、直流电场下离子的选择性迁移和树脂的电再生方面。在高纯水中,离子交换树脂的导电性能比与之相接触的水要高2～3个数量级,所以几乎全部的从溶液到脂面的离子迁移都是通过树脂来完成的。水中的离子,首先因交换作用吸附于树脂颗粒上,再在电场作用下,经由树脂颗粒构成的离子传播通道迁移到膜表面并透过离子选择性膜进人浓水室。同时,在树脂、膜与水相接触的界面处,界面扩散中的极化使水解离为氢离子和氢氧根离子。它们除部分参与负载电流外,大多数又起到对树脂的再生作用,从而使离子交换、离子迁移、电再生3个过程相伴发生、相互促进,达到连续去离子的目的。

EDI在我国也称之为填充床电渗析。电渗析器的淡水室装了阴、阳混合离子交换剂(颗粒、纤维或编织物),将电渗析和离子交换两个过程在同一容器中进行,使两个过程内在地联系在一起。

具体工艺流程如下:

一级RO→反渗透后的预脱盐水箱→升压泵→脱碳器→EDI升压泵→EDI模块→出水

由于反渗透后的预脱盐水中含有游离的CO2,为了减小EDI模块的负担,在EDI模块前安装了CO2脱碳器。

EDI系统启动阶段的数据统计

从启动阶段的数据中可以看到,在电压保持不变的情况下,系统的电流和出水的电阻都变大。2100433B

它兼有电渗析技术的连续除盐和离子交换技术深度脱盐的优点,又避免了电渗析技术浓差极化和离子交换技术中的酸碱再生等带来的问题。该技术源于20世纪50年代,在现代工业飞速发展的背景下,于20世纪90年代取得了突破性进展,现在广泛地应用于电子、医药、能源等行业及实验室,可望成为未来主流的水处理技术。

化学除盐系统工艺中,离子交换装置从一级复床发展到两级复床,直到混床。采用离子交换法可制得质量接近理论纯水电阻率为18.2MΩ·cm的高纯水。然而,离子交换树脂可反复再生这一优点却带来了树脂再生的废酸碱,造成了环境污染。为了克服污染,反渗透技术被引入到水的脱盐系统,即反渗透 混床脱盐系统,其废酸碱排量与离子交换脱盐系统相比,减少了90%,基本上解决了废酸碱排放的问题。但是随着对工艺要求的提高,此法暴露出两个缺陷:混床再生需要贮备酸碱,操作繁琐。随着EDI技术的发展,以EDI设备代替混床,形成RO-EDI脱盐系统,可以克服污染,进行自动化纯水生产。

RO-EDI脱盐系统的特点:不用酸碱,不污染环境;可连续生产,不需备用装置;无人值守,水质稳定;占地面积小,运行费用低;对RO设备和EDI设备的进水有特殊要求。

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.