□节能环保绿色ＣEDI电去离子设备的特点及经济优势

      纯水制备的技术开发及新技术应用是我公司的重点科研领域，国家八五计划以来，我公司是18MΩ?cm超纯水制备、膜技术开发与应用等课题的主要参与单位，与美国海德能公司及国内外***企业有长期的合作关系。完成了多项纯水、电子级高纯水、生活及工艺用水软化、深度净化项目的设计和施工总承包工作．

为绿色的除盐方式,***去除了在超纯水制备中酸碱的使用,实现了全过程的绿色化。

    以下将介绍绿色除盐方式中的ＥＤＩ装置的基本原理、优缺点及与混床的比较。

    2　ＥＤＩ的基本工作原理

    ＥＤＩ(Ｅｌｅｃｔｒｏ-ｄｅ-ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术(电渗析技术)相结合的纯水制造技术。该技术利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析极化而脱盐不***,又利用电渗析极化而发生水电离产生Ｈ和ＯＨ离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通过化学药剂再生的缺陷,是20世纪80年代以来逐渐兴起的新技术。经过十几年的发展,ＥＤＩ技术已经在北美及欧洲占据了相当部分的超纯水市场。

    ＥＤＩ装置包括阴/阳离子交换膜、离子交换树脂、直流电源等设备。其中阴离子交换膜只允许阴离子透过,不允许阳离子通过,而阳离子交换膜只允许阳离子透过,不允许阴离子通过。离子交换树脂充夹在阴 阳离子交换膜之间形成单个处理单元,并构成淡水室。单元与单元之间用网状物隔开,形成浓水室。在单元组两端的直流电源阴 阳电极形成电场。来水水流流经淡水室,水中的阴 阳离子在电场作用下通过阴 阳离子交换膜被清除,进入浓水室。在离子交换膜之间充填的离子交换树脂***提高了离子被清除的速度。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持状态。ＥＤＩ装置将给水分成三股独立的水流:纯水、浓水、和极水。纯水(90%-95%)为最终得到水,浓水(5%-10%)可以再循环处理,极水(1%)排放掉。图2表示了ＥＤＩ的净水基本过程。

    ＥＤＩ装置属于精处理水系统,一般多与反渗透(ＲＯ)配合使用,组成预处理、反渗透、ＥＤＩ装置的超纯水处理系统,取代了传统水处理工艺的混合离子交换设备。ＥＤＩ装置进水要求为电阻率为0.025-0.5ＭΩ· ｃｍ,反渗透装置完全可以满足要求。ＥＤＩ装置可生产电阻***达15ＭΩ· ｃｍ以上的超纯水。

    3　ＥＤＩ装置的特点

    ＥＤＩ装置不需要化学再生,可连续运行,进而不需要传统水处理工艺的混合离子交换设备再生所需的酸碱液,以及再生所排放的废水。其主要特点如下:

    图2　ＥＤＩ的净水基本过程

    · 连续运行,产品水水质稳定
    · 容易实现全自动控制
    · 无须用酸碱再生
    · 不会因再生而停机
    · 节省了再生用水及再生污水处理设施
    · 产水***(可达95%)
    · 无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施
    · 占地面积小
    · 使用***,避免工人接触酸碱
    · 降低运行及维护成本
    · 设备单元模块化,可灵活的组合各种流量的净水设施
    · 安装简单、费用低廉
    · 设备初投资大

    4　ＥＤＩ装置与混床离子交换设备比较

    ＥＤＩ装置与混床离子交换设备属于水处理系统中的精处理设备,下面将两种设备在产水水质、投资量及运行成本方面进行比较,来说明ＥＤＩ装置在水处理中应用的优越性。

    (1)产品水水质比较

    ＥＤＩ装置是一个连续净水过程,因此其产品水水质稳定,电阻率一般为15ＭΩ· ｃｍ,可达18ＭΩ· ｃｍ,达到超纯水的指标。混床离子交换设施的净水过程是间断式的,在刚刚被再生后,其产品水水质较高,而在下次再生之前,其产品水水质较差。

    (2)投资量比较

    与混床离子交换设施相比ＥＤＩ装置投资量要高约20%左右,但从混床需要酸碱储存、酸碱添加和废水处理设施及后期维护、树脂更换来看,两者费用相差在10%左右。随着技术的提高与批量生产,ＥＤＩ装置所需的投资量会大大的降低。另外,ＥＤＩ装置设备小巧,所需厂房远远小于混床。

    (3)运行成本比较

    ＥＤＩ装置运行费用包括电耗、水耗、药剂费及设备折旧等费用,省去了酸碱消耗、再生用水、废水处理和污水排放等费用。

    在电耗方面,ＥＤＩ装置约0.5ｋＷｈ/ｔ水,混床工艺约0.35ｋＷｈ/ｔ水,电耗的成本在电厂来说是比较经济的,可以用厂用电的价格核算。

    在水耗方面,ＥＤＩ装置产水***,不用再生用水,因此在此方面运行费用低于混床。

    至于药剂费和设备折旧费两者相差不大。

    总的来说,在运行费用中,ＥＤＩ装置吨水运行成本在2.4元左右,常规混床吨水运行成本在2.7元左右,高于ＥＤＩ装置。因此,ＥＤＩ装置多投资的费用在几年内完全可以回收。

    5　ＥＤＩ技术的应用

    ＥＤＩ技术在国外广泛的应用有十几年的时间,大多用于制药行业、微电子行业、发电工业和实验室。在表面清洗、表面涂装、电解工业和化工工业的应用也日趋广泛。在我国应用时间只有2-3年,主要用于医药和微电子工业的超纯水的处理,而在发电行业化学水处理系统中的应用刚刚兴起。

    目前在山东部分热电厂已采用了ＥＤＩ技术处理锅炉补水。此系统主要包括加药系统、多介质过滤器、活性炭过滤器、反渗透、ＥＤＩ设备。处理水量160ｔ/ｈ。2000年冬季采暖期投运,运行良好。目***期(150ｔ/ｈ)工程正在安装,在今年的冬季采暖期两期工程将全部投运。

　　6　结论　

    ＥＤＩ装置属于水精处理设备,具有连续产水、水质高、易控制、占地少、不需酸碱、利于环保等优点,具有广泛的应用前景。随着设备改进与技术完善以及针对不同行业进行优化,初投资费用会大大降低。可以相信在不久的将来会完全取代传统的水处理工艺中的混合
　　 EDI(电除盐系统）工作原理

　　 高纯度水对许多工商业工程非常重要，比如：半导体制造业和制药业。以前这些工业用的纯净水是用离子交换获得的。然而，膜系统和膜处理过程作为预处理过程或离子交换系统的替代品越来越流行。如电除盐过程（EDI）之类的膜系统可以很干净地去除矿物质并可以连续工作。

　　　　 而且，膜处理过程在机械上比离子交换系统简单得多，并不需要酸、碱再生及废水中和。 EDI处理过程是膜处理过程中增长最快的业务之一。EDI是带有特殊水槽的非反向电渗析（ED），这个水槽里的液流通道中填充了混床离子交换树脂。
　　EDI主要用于把总固体溶解量（TDS）为1-20mg/L的水源制成8-17兆欧纯净水。通常水源是由反渗透（RO）产生。
　　ED和EDI都是用直流电作为除盐的能源。如图所示，溶液中的离子被吸向带相反电荷的电极。　　如图所示，用阴、阳离子选择膜把电极之间的空间隔成小室，这样可以把一半小室中的盐除去，而在另一半小室内浓缩。不断地给小室供水和抽水，就可以建立连续的除盐处理过程。
　　ED和EDI中用的膜是用离子交换树脂制成片状，通常为了增加强度会在树脂片上附一层布。
　　ED和EDI的物理区别（如图3所示）主要在于除盐室里填充的是混床离子交换树脂珠。
　　离子的转移分为2个步骤。首先离子扩散到离子交换树脂，然后在电场作用下穿过树脂到达膜。因为这样的电阻较小，电流会流过离子交换树脂。EDI的浓缩室中没有树脂。EDI中水电离的作用要理解EDI和它的用途，就必须理解"水的电离"。水电离后就会变为氢离子和氢氧如果离子在结合为水以前被分离、就会形成酸和碱。在ED和EDI中，如果电流超过了移动溶解盐所需的能量，水就会电离。在ED过程中在阴离子交换膜上有较低电流时就会发生水的电离，原因尚未找出。在ED系统中过大的电流会引起水的电离。氢离子在直流电场的作用下进入离子交换树脂，并在那与碳酸氢根离子反应生成CO2。这会降低水的pH值。
　　氢氧根离子进入阴离子交换膜并与碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子。如果水中存在Ca2+，一部分Ca2+就会从浓缩室中进入阴离子交换膜。 阴离子交换膜并不能***阻隔阳离子。这就使CaCO3沉积在膜内部。
　　如果水中没有钙或碳酸氢根，氢离子会穿过扩散流通道和阳离子交换膜而进入浓缩室。而OH-会通过阴离子交换膜进入浓缩室。两者会在浓缩室中结合成水。
　　　　在EDI池中电流是通过离子交换珠的。所以在离子交换珠互相接触的地方和交换珠与膜接触的地方，如果有较大的电流，水就会电离。
　　在较强电流的作用下，离子交换树脂不断地被酸或碱再生。与溶液中的盐一起进入浓缩室中的H+和OH-离子结合为水。
　　优点和缺点
　　ED是用来处理含盐量较少且含钙和碳酸氢根的水的。为避免水电离和电能浪费，它可以在较小电流下工作。EDI也可以在较小电流和没有水电离的情况下工作。
　　这种操作方式与ED相比不但没有优点而且有诸多缺点。
　　这种操作方式下的除盐和水回收能力与ED相等。因为离子交换树脂主要作为一种介质滤器并没有任何较好的反冲洗方法，源水中的微粒数必须很少。也就是说，为***它的正常工作需要增加预处理工序如超滤和反渗透（RO）。
　　EDI池的维修也较困难。在安装好后，EDI池里就会装入树脂，但在卸装前并没有***办法来把树脂取出。在重新安装前要把每一部件都洗干净以除去树脂珠。
　　EDI在水电离模式下工作时，电能和除盐的效率较低。通常只有10-20%的直流电流用于移动盐离子。其它的电流都被用来电离水。由于电流效率太低，EDI事实上只能用于低TDS水，比如TDS在100mg/L以下的反渗透水。
　　除了TDS 之外，也应该考虑钙在阴离子交换膜内部沉积的可能。总的来说，Ca2+浓度应在0.5mg/L以下。通常系统在回收率95%左右的条件下工作。
　　如果水源中CO2的浓度为5mg/L以上、钙在0.5mg/L以上，就要降低回收率以防止结垢。降低回收率使浓缩室中的钙离子浓度降低，因此也使进入阴离子交换膜的钙离子数减少。
　　 方便的便携式交换
　　EDI可产生8-17兆欧的水。它不能产生与混床树脂交换一样的效果的原因是交换膜的效率并非***。少量的离子会从浓缩室通过离子交换膜进入除盐流通路。
　　在液流通路出口附近发生上述情况时，离子来不及扩散进树脂，不能被除去而随液流离开系统。现在多数系统都在终端用混床离子交换进行精细过滤。
　　由于产生的是8-17兆欧的水，在树脂再生前每立方英尺树脂可生产100，000到500，000加仑的水。这使得需要用高品质再生设备来再生的便携式瓶变得非常实用。用户不需要处理大量有害的酸、碱或中和、处理再生废物。
　　离子交换再生常常使用大大过量的酸和碱。当酸和碱中和的时候就会产生盐。如果用HCl和NaOH来再生，就会产生NaCl。EDI并不产生过量的盐。
　　氢离子和氢氧根离子由水电离产生并在浓缩室内形成水。因此浓缩水中只会含有水源中有的盐。在精细过滤离子交换再生之间的高产量使运行时间以周或月来计算。使用次数与再生或便携瓶的更换有关，清洗次数大大减少。