淺析EDI原理(lǐ)及其在純水清潔生(shēng)産中的應用

　  電去離子(zǐ)(EDI-electrodeionisation)是一(yī)種将離子(zǐ)交換樹脂和離子(zǐ)膜相結合,在電場(chǎng)作(zuò)用下(xià)連續去除離子(zǐ)的水處理(lǐ)方法。該技術是随着工業生(shēng)産對純水質量要求不斷提高和環保對水處理(lǐ)中水利用率和化(huà)學物品的排放(fàng)控制要求提高而逐步發展起來(lái)的。

　　曆史上(shàng),早期的純水的需求主要來(lái)自于醫(yī)藥、化(huà)工、發電、造紙等行業,水質要求相對較低(dī)。在六、七十年代,純水制備主要采用蒸餾和離子(zǐ)交換。前者能(néng)耗很高,後者需要化(huà)學藥劑再生(shēng),既麻煩又不經濟,而且由于強型樹脂對一(yī)般有機分(fēn)子(zǐ)去除效果很差,出水中TOC含量高。随着半導體(tǐ)工業的發展,對純水質量要求不斷提高,從而大大推動了(le)純水技術的發展。到八十年代,膜技術得到廣泛應用,微濾、超濾、電滲析和反滲透(RO)等先進的水處理(lǐ)技術得到長足發展。RO-混床系統取代了(le)傳統的離子(zǐ)交換系統,解決了(le)TOC問題,滿足了(le)諸如(rú)電子(zǐ)等行業對純水質量要求。但(dàn)是,由于RO脫鹽率有限,混床需要化(huà)學藥劑再生(shēng)的問題仍未解決,并且出于環保需要,減少化(huà)學再生(shēng)藥劑使用的呼聲越來(lái)越大,因而以電化(huà)學為(wèi)基礎的EDI技術便得到了(le)重視(shì)。

　　早在四十年前,EDI就(jiù)作(zuò)為(wèi)一(yī)種不用化(huà)學藥劑再生(shēng)的水處理(lǐ)方法而用于實驗室。EDI技術的長足發展是近十年,尤其是近幾年來(lái)的事(shì)情。初期的EDI系統設計不完善,可靠性有問題,而且價格偏高,隻适合于小流量用戶。現(xiàn)在國外如(rú)美國E-CELL等公司已成功地商(shāng)業化(huà)生(shēng)産EDI設備,出水質量可與混床出水相媲美;EDI與RO一(yī)樣設計成标準模塊,可大批量生(shēng)産和大規模組合,水量也(yě)能(néng)滿足工業用水量要求。

　　2EDI結構和工作(zuò)原理(lǐ)

　　EDI常與RO連用,構成RO-EDI純水系統。如(rú)上(shàng)所述,EDI已設計成标準模塊,EDI單元就(jiù)是由若幹模塊組合而成。每個(gè)EDI模塊結構如(rú)圖1所示,有數個(gè)雙腔室夾在兩個(gè)電極(加直流電)之間(jiān),呈層疊式闆框結構;雙腔室包括淡水腔(用D表示)和濃水腔(用C表示);二腔之間(jiān)隔以一(yī)對陰、陽離子(zǐ)膜(亦稱陰向膜或陽向膜),陰、陽膜間(jiān)裝填陰陽樹脂混合床構成D室;該陰、陽膜分(fēn)别與另一(yī)D室中的陽、陰膜間(jiān)構成C室。

　　與普通混床不同之處在于,進入D室中的陰、陽離子(zǐ)先是與樹脂結合,而後在直流電場(chǎng)作(zuò)用下(xià)從樹脂上(shàng)不斷離解,分(fēn)别通過陰、陽膜向陽極和陰極移動,樹脂同時(shí)得以再生(shēng)。由于上(shàng)述平衡作(zuò)用,在水流方向上(shàng)形成濃度梯度,可根據進水情況和出水要求調節電流(電壓)大小,使流出的水為(wèi)不含陰、陽離子(zǐ)的純水;由于膜對陰、陽離子(zǐ)的選擇通透性,進入C室的離子(zǐ)不能(néng)通過另一(yī)極膜而在C室濃縮。

　　典型的EDI系統中,90%～95%的進水是通過D腔的,5%～10%的進水通過C腔。為(wèi)了(le)防止結垢,濃水用泵強制循環,高速通過膜面。濃水部分(fēn)排放(fàng);排放(fàng)的濃水可返回RO再處理(lǐ)。

　　3EDI的經濟技術特點及環保價值

　　EDI技術的最大特點是用電場(chǎng)和離子(zǐ)膜取代離子(zǐ)交換樹脂的化(huà)學再生(shēng),使RO-EDI純水系統在設備結構、使用操作(zuò)、運行費用等方面與RO2混床相比具有明顯優勢;并克服了(le)再生(shēng)樹脂所産生(shēng)的廢水排放(fàng)問題，同時(shí)有廢水需要處理(lǐ)的單位，也(yě)可以到污水寶項目服務(wù)平台咨詢具備類似污水處理(lǐ)經驗的企業。

　　(1)EDI與RO配套使用,可調節電流以改變出水質量,用标準模塊組合改變出水量。十多年的商(shāng)業應用表明,該系統在100磅/平方英寸(7kg/cm2)壓力下(xià)運行穩定,出水電阻率可達到16M8·cm以上(shàng),含Si量在20ppb以下(xià),水質可靠,能(néng)滿足目前最嚴格的工業用水質量要求,出水量可高達2000加侖/分(fēn)(450立方米/小時(shí))。

　　(2)EDI不用再生(shēng)樹脂,免除了(le)樹脂化(huà)學再生(shēng)配套設施(如(rú)酸堿貯罐、泵和管道)使純水系統設備結構簡化(huà),投資節省,操作(zuò)簡化(huà),運行費用降低(dī)。近年來(lái),國外E2CELL公司和ECODYNE公司在不同流量(50、200、600加侖/分(fēn))、不同水質(低(dī)、中、高TDS)情況下(xià),對RO-EDI與RO2混床純水系統的技術經濟性能(néng)作(zuò)了(le)專門的比較研究。結果表明,前者的用工是0.5人(rén)時(shí)/日,後者為(wèi)2人(rén)時(shí)/日;EDI安裝費用比混床低(dī)得多。設備投資安裝和運行費用按10年攤還期計,EDI投資系數為(wèi)10%,EDI在低(dī)流量情況下(xià)較混床系統經濟得多;在大流量時(shí)相當。上(shàng)述比較中未考慮占地和環保管理(lǐ)等費用,在這(zhè)方面EDI占明顯優勢。

　　(3)技術經濟比較還表明,EDI比混床系統更能(néng)适應進水中TDS變化(huà)而不影響出水質量,而且對制水成本影響很小。

　　(4)EDI環境效益顯著,表現(xiàn)在二個(gè)方面:①克服了(le)樹脂化(huà)學再生(shēng)造成的廢水污染;②EDI排放(fàng)的濃水可直接回到RO之前再利用,這(zhè)樣EDI單元可以做到沒有廢水排放(fàng)。

　　4EDI技術應用前景

　　由于EDI上(shàng)述優點,EDI技術和産品發展很快(kuài)。目前,國際上(shàng)已有多家公司生(shēng)産銷售RO-EDI系統。其應用不僅在制藥、造紙、化(huà)工、發電等工業部門,而且還應用于其他領域。如(rú)美國Millipore公司Elix系列純水設備就(jiù)采用了(le)RO-EDI技術,用于分(fēn)析實驗室用純水制備,其EDI出水質量符合分(fēn)析實驗室用純水二級标準。事(shì)實上(shàng),EDI已在國際上(shàng)形成穩定市(shì)場(chǎng),并在不斷拓展。随着環境意識的加強和環保要求的提高,與需要化(huà)學再生(shēng)而産生(shēng)大量廢水污染的傳統混床相比,EDI技術将倍受青睐。并且随着膜技術的不斷發展,RO-EDI系統可望有進一(yī)步的改進。有關(guān)專家預測,未來(lái)3～5年内85%的工業水處理(lǐ)系統将采用RO-EDI技術。

　　我國目前還沒有大規模應用EDI技術,與UF和RO等膜技術研究相比,EDI技術研究滞後。而國内水處理(lǐ)技術市(shì)場(chǎng)很大,并且發展很迅猛。因此,研究開發和應用EDI技術十分(fēn)必要。