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[预处理] ＥＤＩ浅谈

发布时间：2009/6/18 阅读次数：625 字体大小: 【小】【中】【大】

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ＥＤＩ浅谈

1、 EDI的含义

EDI（Electro-de-ionization,continuous electro-de-ionization）又被称为EDI和连续电除盐。是由电渗透和离子交换有机结合形成的一种新型膜分离技术。EDI技术借助离子交换树脂的离子交换作用与阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用，在直流电场的作用下，实现离子定向迁移，从而完成水的深度除盐。由于离子交换、离子迁移及离子交换树脂的电再生相伴发生，犹如一个边工作边再生的混床离子交换树脂柱，可以连续不断地制取高质量的纯水、高纯水

2、EDI的原理

一般认为 EDI 过程去离子的基本原理主要包括离子交换直流电场下离子的选择性迁移及树脂的电再生三个方面。在高纯水中，离子交换树脂的导电性能比与之相接触的水高 2~3 个数量级，所以几乎全部的从溶液到膜面的离子迁移都是通过树脂来完成的。水中的杂质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“离子传输通道”迁移到膜表面并透过离子交换膜进入浓水室，由于阳膜只选择透过水中阳离子，使其在膜中迁移速度比水中快得多,结果在淡水室阳膜表面滞流层中出现“离子亏空”即滞流层中阳离子浓度低于主体水溶液中的阳离子浓度。同样，对阴膜也有此现象。这种“离子亏空”要靠主体水溶液中的离子向滞流层扩散来补充。处于稳定状态时，离子的迁移和扩散达到平衡。若逐渐增大通过膜的电流密度，则离子迁移量逐渐增大，必然会造成膜表面离子浓度逐渐减小，当电流密度达到某一数值，滞流层中的电流密度就会趋向于零如果再稍微提高电流密度值，则由于离子扩散供应不及在膜界面处引起水的电离，靠电离生成的 H+和 OH-离子分别透过阳膜和阴膜来传递电流，这种膜界面现象称为极化。淡水室中膜表面滞流层中离子浓度接近于零时的电流密度称为极限电流密度。

EDI 装置在极限电流值以下运行的结果使树脂逐渐饱和而失效，水质也随之下降。Hcaeb 等报导在树脂完全饱和之后，电阻率从18×106ù cm 降至 0.3×106ù cm，但是在超极限电流下树脂膜与水相接触的界面扩散层中发生的浓差极化使水电离为 H+和 OH-。它们除部分参与负载电流外。大多数又对树脂起到再生作用，使树脂再生而得以“复苏”。有研究表明EDI 中树脂的再生必须加以极限电流以上的电流才能进行，电流越高，水解离产生的 H+和 OH-越多，树脂的再生就越彻底这样 EDI 中离子交换，离子迁移，电再生三个过程相伴发生，相互促进，从而实现连续的去离子过程。

树脂的电再生是 EDI 所特有的一个重要特征，利用浓差极化与水解离，持续再生填充的混床树脂是 EDI 技术的创新关键。在一定的工艺条件下 EDI 的电再生可以将钠、氯型树脂处理到接近乃至超过酸碱再生的程度，即在淡室隔板中填充盐型混床树脂，控制一定的操作条件运行至适当时间，树脂即可被自动再生为氢型和氢氧根型而不需消耗任何酸碱。

2、EDI的原理

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。图1是电除盐单元的示意图,在稀释室中,阳阴混合树脂夹在阳、阴交换膜之间,在电场影响下,水中阳离子Ca 、Mg 、Na+、H+等阴离子及SO4=、HCO3-、HSiO-3等阴离子分别进入相邻的浓缩室,稀释室的树脂使稀释流的电阻降低,加强了离子迁移,从而增强了弱电离子,诸如SO2、CO2等的去除能力,树脂的另一重要功能是能够显著增加水量,后者在直流电场中水解或H+及OH-,即所谓“水溅”现象。这种分离出来的H+及OH-在电除盐中充当时脂的再生剂,从而始终维持一部分树脂处于新鲜再生状态,电除盐的出水与常规的混床出水相当。

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根离子。如果离子在结合为水以前被分离、就会形成酸和碱。在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。

图 1

2、 EDI的替代混床的技术可行性分析和该领域的最新进展

(l)再生药剂利用率低。化学药剂中占有很大质量百分比的离子没有得到

利用，如以Hcl或HZso;再生，只利用了H十离子，而占97%的Cl离子或98%s氏2-

离子没有得到利用。若用NaoH再生，只利用了OH一离子而占58%的Na+离子没

有得到利用，同时，为了达满意的再生效果，必须采用2一3倍理论量的再生药剂。

(2)有大量废酸、废碱溶液和清洗废水排放，容易腐蚀下水道，污染水体，

破坏生态平衡。

(3)再生操作工艺步骤繁多，工程劳动强度大，工作环境条件差。

(4)再生复杂，设备需要专门防腐，附属设备多。

根据有关数据推算，我国用于制取脱盐水的年耗酸量为2000万吨左右，年

耗碱量为500万吨左右。由于树脂再生过程中大部分未被利用的药剂离子排放和

火力发电厂分布广，结果造成大面积的水体严重污染，为此人们都在探索采用其

它无污染的制备纯水方法，或寻找一种不用酸碱的再生方法。

EDI技术自上世纪80年代前后诞生以来，经过数十年的科学实验和工程实践，目前在技术上已经非常成熟，其单位造价也降到了合适大规模的工业应用的水平。EDI是有一种具有革命性意义的水处理技术，它巧妙地将电渗析技术和离子交换技术相融合，无需酸碱，而能连续制取高品质纯水，它具有技术先进、操作简便、良好的环保特性，代表着一种行业方向，能广泛应用于电力、医药、化工、电子等行业，它的出现是水处理技术的一次革命性的进步，标志着水处理工业最终全面跨入绿色产业的行列。

它与传统的离子交换混床相比具有以下优点：（1）操作无需酸碱再生，节省了反冲和清洗用水，使水处理变得简单了。（2）连续运行，产品水水质稳定不会因再生而停机。（3）无再生污水，不须污水处理设施，从而减小了车间建筑面积减低运行及维修成本。（4）以高产率生产超纯水(产率可以高达95%) 。（5）环保效益显著，增加了操作的安全性；EDI无须用酸碱储备和酸碱稀释运送设备，使用安全可靠，避免工人接触酸碱。（6）安装简单、安装费用低廉（7）标准设计，利用标准单元，如同搭积木般的组合可以满足用户不同产水量的需要。

EDI的主要应用领域有：⊙电厂化学水处理⊙电子、半导体、精密机械行业超纯水⊙制药工业工艺用水⊙食品、饮料、饮用水的制备⊙海水、苦咸水的淡化⊙小型纯水站，团体饮用纯水⊙精细化工、精尖学科用水⊙其他行业所需的高纯水制备

它主要替代来生产高纯水，这种技术国外已在电子、电力、化工等行业制备高纯水方面得到推广应用。可以预期，这种水处理产品将成为本世纪制备高纯水工程中的主流设备。这种技术及相关技术的应用将会使原有的水处理技术产生某些根本性的变革，从而取得更良好的环保和经济效益。

5、EDI在国外工程中的运用

电除盐可以单独使用,也可以用作反渗透的精处理或混床的前处理,电除盐的电耗不大,约为0.21kWh/t水。普遍认为该技术无论是技术上、经济上或环保上具有良好的前景。现介绍几例电除盐的应用实况。

（1）1991年美国GrandGulf核电站安装了世界上首台商性性电除盐装置,该装置设在RO与便携式混床(一种失效即弃的小型装置)之间,出力为12t/h。装了EDI后,混床的更换率降低了20倍,不但减少了运行费用,还提高了水质的稳定性,出水电导率长期稳定在0.55～0.5μS/cm之间。

（2）美国佛罗里达电力电灯公司所属的Cutler火电厂经常要停运一段较长的时期,然后要求满负荷投运几个月。因此该电厂最主要的问题是起动时需备足够的纯水用量。该厂以往均依赖车戴式移动除盐设备。在要求紧急起动时,往往不能及时赶到现场。此外,这种设备的床层清洗时间长,且易失效泄漏。为此,电厂于1997年增设了12t/h的RO+EDI系统。将含300mg/L总固体的井水处理成小于0.1μS/cm的锅炉补给水。投运以来,出水质量稳定。说明其应用是成功的。

（3）　　Cooper核电厂的生水为钡、锰、镁、重碳酸盐、铁、硅等含量较高的井水,此外细菌合量也高,总固体达750mg/L。为了使这种原水处理至0.55μS/cm的超纯水以补充蒸汽发生器,该厂于1997年采用了包括EDI的处理系统,彻底改造了原来的冷态石灰软化除盐补给水处理系统。其流程为:多媒介过滤→活性碳过滤→除气→紫外杀菌→超滤→RO→EDI→离子交换精处理。表1是该系统的处理实绩。新系统具有良好的运行连续性,此外,其特出优点是避免了由于微生物侵入系统而造成的微生物诱发型腐蚀。

3、 EDI在国内工程中的应用

　　德州一热电厂的补给水处理系统采用了RO+EDI处理系统。生水经RO处理后的导电率为5～20μS/cm,再进入EDI,其出水的导电率小于0.1μS/cm,直接用作该厂中压炉的给水。表2列出了文中所述4个电厂的EDI处理实绩。

水中离子	进水/mg.L-1	出水/μg.L-1
Ca	2.0	0.017
HCO3	0.31	0.0001
Fe	<0.0025	<0.0005
Ba	0.484	0.014
Mn	4.64	<1
SiO2	0.263	<0.004
细菌计数	0.18	0.005
电导率/Μs.cm-1	11	0.009

对于100吨/h的规模下，采用混床和EDI的经济比较

以3OOMW亚临界机组为例,计算、比较电再生设备与混床的投资与运行费用。

300MW亚临界机组锅炉蒸发量为912t/h，凝结水100%采用高速温床净化处理，化学除盐补给水率为锅炉蒸发量的4%(含排污、汽水损失、启动与事故损失等)，补给水量约为45 t/h，则投资与运行费用分二部分计算:

一、补给水制备混床

设备投资:二台混床、含配套设备、树脂(每罐含量5m3，树脂层高l.6m，阴阳树脂比例为2:1)，2000，　二台(一用一备)　流速20m/h　最大出力60比　

60万元

(l)混床再生投资:酸存储罐(8m3)9.6万元

碱存储罐(8m3)9.6万元

体外再生装置(合配套设备)，20万元

酸碱再生辅助设备:ro万元(泵、管道、空压机、水箱等

废水中和池:5万元

总计:54.2万元

运行费用:阴树脂按NaoH再生水平8 Ikg/耐树脂，阳树脂按Hcl再生

水平125k咖，树脂计算混床再生耗酸碱量(在此情况下，工作交换容量为

29omol/m3.R)。

每年再生18次，则每年消耗酸:694 X 18二12.5(t)

每年消耗酸:12.5X800=10万元

JU7O

每年水费:2700 x 100二27万元，注:除盐水外卖价格最低价格100元/t

或2700 X10=2.7万元注:除盐水厂用成本价格10元八

其它费用:电费(0.3万元)、酸碱废水处理费(0 .27万元)共计0.57万元

人工费、维修费和折旧费不计

(2)电再生

设备:整流器(二台，一用一备)，电再生反应器(二台，一用一备)，树脂输

送设备整流器:2x8万元(600v)，电再生反应器:2x20万元(60个电再生室，

每室1500x 1000火10mm，树脂容量为301“，树脂总容量900L)

树脂输送及其中间存储设备:8万元

辅助设备4万元

总计68万元

运行费用:电再生的运行费主要是电费

经过试验测定:混床树脂的工作交换容量为330mm。比R

电再生最佳效果的理论比耗为2.72

每个再生室的最佳电流密度为:40A彻2，

则通过电再生器截面积的电流强度为40A/m ZX 1.5m2二60A

在本条件下:电压最高不超过360v，

每个再生室的再生时间即是整个电再生器的再生时间，即;

2 .72X(15 X0.33X26。8)/60=6.0h

则电再生器再生一次(900升树脂)消耗的电量为

36OX6.0X60==129.6k认Ih

再生一台混床需耗电:129.6forhXS/0.9== 720 kwh，

电再生辅助设备用电为720 kwh X 15只石5 1 08kwh

若厂用电最高价格为0.30元/k、vh，再生费用为:O30Xr刀0+l朋、=口期‘4元

每年内再生的电费为:248.4x 18二4471.2元

每次电再生消耗的除盐水经过测算，最高不超过树脂体积的5倍，

则每年水耗:sx 18==90m，，

每年水费:90 x 1 00二0.9万元，注;除盐水外卖价格最低价格100元八

或90x10=0.09万元，注:除盐水厂用成本价格10元八

其它费用:省却了酸碱废水排放和废水处理费，其它费用为零。

人工费、维修费和折旧费不计。

益的由再十话杆斡田县，n忆~1叭万开

(3)二种方法的对比

投资上，电再生设备略高于酸碱再生设备，但是运行费用降低90%以上，最

快不到3年即可收回全部投资。

由于在运行过程中，EDI系统运行的要求比较高，对水的预处理要求比较高。EDI系统运行中出现故障通常是预处理没有过关，造成了对系统的损害。

市场不规范。本行业缺乏有影响力的能引导市场走向的品牌公司。需要摆脱无序竞争，遵循市场发展的规律，建立一个公平的有序的市场。

它也有缺点，价格是个瓶颈。造价比传统工艺要贵一倍多，大型的设备价格上甚至达到两百多万元。价格是EDI大规模进入市场的瓶颈。

目前市场上还是混床系统占优势，但是我们也很高兴的看到EDI系统的用户的比例正在逐渐提高。造成这种市场局面有两个原因，首先是价格，其次是用户的接受程度。现在推广EDI要比以前轻松多了，以前很多用户不太了解EDI，不知道好不好用，现在EDI正被越来越多的人接受。

当然这个行业市场的竞争很激烈。因为从事水处理的公司大部分规模比较小，造成价格很混乱，质量差异也很大。但我们公司一直坚持高品质的原则，不参与这些恶性竞争，我们发展属于我们自己的客户群。

人类进入21世纪，水环境问题成为世界各国关注的热点。目前，中国水资源严重短缺。全国669个城市中，400多个城市严重缺水。节约用水迫在眉睫。同时，随着工业的发展和人民生活的提高，工业废水和生活废水对环境的污染也日益严重，国家对能源和环境保护的重视程度日益增加，近年来水事业得到了很大的发展。这也给我们公司带来了无限商机。

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