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淺析EDI原理及其在純水清潔生產中的應用

　  電去離子(EDI-electrodeionisation)是一種將離子交換樹脂和離子膜相結合,在電場作用下連續(xù)去除離子的水處理方法。該技術是隨著工業(yè)生產對純水質量要求不斷提高和環(huán)保對水處理中水利用率和化學物品的排放控制要求提高而逐步發(fā)展起來的。

　　歷,早期的純水的需求主要來自于醫(yī)藥、化工、發(fā)電、造紙等行業(yè),水質要求相對較低。在六、七十年代,純水制備主要采用蒸餾和離子交換。前者能耗很高,后者需要化學藥劑再生,既麻煩又不經濟,而且由于強型樹脂對一般有機分子去除效果很差,出水中TOC含量高。隨著半導體工業(yè)的發(fā)展,對純水質量要求不斷提高,從而大大推動了純水技術的發(fā)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)等的水處理技術得到長足發(fā)展。RO-混床系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的離子交換系統(tǒng),解決了TOC問題,滿足了諸如電子等行業(yè)對純水質量要求。但是,由于RO脫鹽率有限,混床需要化學藥劑再生的問題仍未解決,并且出于環(huán)保需要,減少化學再生藥劑使用的呼聲越來越大,因而以電化學為基礎的EDI技術便得到了重視。

　　早在四十年前,EDI就作為一種不用化學藥劑再生的水處理方法而用于實驗室。EDI技術的長足發(fā)展是近十年,尤其是近幾年來的事情。初期的EDI系統(tǒng)設計不完善,可靠性有問題,而且價格偏高,只適合于小流量用戶?，F在國外如美國E-CELL等公司已成功地商業(yè)化生產EDI設備,出水質量可與混床出水相媲美;EDI與RO一樣設計成標準模塊,可大批量生產和大規(guī)模組合,水量也能滿足工業(yè)用水量要求。

　　2EDI結構和工作原理

　　EDI常與RO連用,構成RO-EDI純水系統(tǒng)。如上所述,EDI已設計成標準模塊,EDI單元就是由若干模塊組合而成。每個EDI模塊結構如圖1所示,有數個雙腔室夾在兩個電極(加直流電)之間,呈層疊式板框結構;雙腔室包括淡水腔(用D表示)和濃水腔(用C表示);二腔之間隔以一對陰、陽離子膜(亦稱陰向膜或陽向膜),陰、陽膜間裝填陰陽樹脂混合床構成D室;該陰、陽膜分別與另一D室中的陽、陰膜間構成C室。

　　與普通混床不同之處在于,進入D室中的陰、陽離子先是與樹脂結合,而后在直流電場作用下從樹脂上不斷離解,分別通過陰、陽膜向陽極和陰極移動,樹脂同時得以再生。由于上述平衡作用,在水流方向上形成濃度梯度,可根據進水情況和出水要求調節(jié)電流(電壓)大小,使流出的水為不含陰、陽離子的純水;由于膜對陰、陽離子的選擇通透性,進入C室的離子不能通過另一極膜而在C室濃縮。

　　典型的EDI系統(tǒng)中,90%～95%的進水是通過D腔的,5%～10%的進水通過C腔。為了防止結垢,濃水用泵強制循環(huán),高速通過膜面。濃水部分排放;排放的濃水可返回RO再處理。

　　3EDI的經濟技術特點及環(huán)保價值

　　EDI技術的特點是用電場和離子膜取代離子交換樹脂的化學再生,使RO-EDI純水系統(tǒng)在設備結構、使用操作、運行費用等方面與RO2混床相比具有明顯優(yōu)勢;并克服了再生樹脂所產生的廢水排放問題，同時有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業(yè)。

　　(1)EDI與RO配套使用,可調節(jié)電流以改變出水質量,用標準模塊組合改變出水量。十多年的商業(yè)應用表明,該系統(tǒng)在100磅/平方英寸(7kg/cm2)壓力下運行穩(wěn)定,出水電阻率可達到16M8·cm以上,含Si量在20ppb以下,水質可靠,能滿足目前的工業(yè)用水質量要求,出水量可高達2000加侖/分(450立方米/小時)。

　　(2)EDI不用再生樹脂,免除了樹脂化學再生配套設施(如酸堿貯罐、泵和管道)使純水系統(tǒng)設備結構簡化,投資節(jié)省,操作簡化,運行費用降低。近年來,國外E2CELL公司和ECODYNE公司在不同流量(50、200、600加侖/分)、不同水質(低、中、高TDS)情況下,對RO-EDI與RO2混床純水系統(tǒng)的技術經濟性能作了專門的比較研究。結果表明,前者的用工是0.5人時/日,后者為2人時/日;EDI安裝費用比混床低得多。設備投資安裝和運行費用按10年攤還期計,EDI投資系數為10%,EDI在低流量情況下較混床系統(tǒng)經濟得多;在大流量時相當。上述比較中未考慮占地和環(huán)保管理等費用,在這方面EDI占明顯優(yōu)勢。

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

　　(4)EDI環(huán)境效益顯著,表現在二個方面:①克服了樹脂化學再生造成的廢水污染;②EDI排放的濃水可直接回到RO之前再利用,這樣EDI單元可以做到沒有廢水排放。

　　4EDI技術應用前景

　　由于EDI上述優(yōu)點,EDI技術和產品發(fā)展很快。目前,國際上已有多家公司生產銷售RO-EDI系統(tǒng)。其應用不僅在制藥、造紙、化工、發(fā)電等工業(yè)部門,而且還應用于其他領域。如美國Millipore公司Elix系列純水設備就采用了RO-EDI技術,用于分析實驗室用純水制備,其EDI出水質量符合分析實驗室用純水二級標準。事實上,EDI已在國際上形成穩(wěn)定市場,并在不斷拓展。隨著環(huán)境意識的加強和環(huán)保要求的提高,與需要化學再生而產生大量廢水污染的傳統(tǒng)混床相比,EDI技術將倍受青睞。并且隨著膜技術的不斷發(fā)展,RO-EDI系統(tǒng)可望有進一步的改進。有關,未來3～5年內85%的工業(yè)水處理系統(tǒng)將采用RO-EDI技術。

　　我國目前還沒有大規(guī)模應用EDI技術,與UF和RO等膜技術研究相比,EDI技術研究滯后。而國內水處理技術市場很大,并且發(fā)展很迅猛。因此,研究開發(fā)和應用EDI技術十分必要。