EDI超純水制取設(shè)備
EDI(電除鹽系統(tǒng))工作原理
高純度水對(duì)許多工商業(yè)工程非常重要，比如：半導(dǎo)體制造業(yè)和制藥業(yè)。以前這些工業(yè)用的純凈水是用離子交換獲得的。
然而，膜系統(tǒng)和膜處理過程作為預(yù)處理過程或離子交換系統(tǒng)的替代品越來越流行。如電除鹽過程(EDI)之類的膜系統(tǒng)可以很干凈地去除礦物質(zhì)并可以連續(xù)工作。
而且，膜處理過程在機(jī)械上比離子交換系統(tǒng)簡(jiǎn)單得多，并不需要酸、堿再生及廢水中和。
EDI處理過程是膜處理過程中增長快的業(yè)務(wù)之一。EDI是帶有特殊水槽的非反向電滲析(ED)，這個(gè)水槽里的液流通道中填充了混床離子交換樹脂。
EDI主要用于把總固體溶解量(TDS)為1-20mg/L的水源制成8-17兆歐純凈水。通常水源是由反滲透(RO)產(chǎn)生。
ED和EDI都是用直流電作為除鹽的能源。如圖所示，溶液中的離子被吸向帶相反電荷的電極。
如圖所示，用陰、陽離子選擇膜把電極之間的空間隔成小室，這樣可以把一半小室中的鹽除去，而在另一半小室內(nèi)濃縮。不斷地給小室供水和抽水，就可以建立連續(xù)的除鹽處理過程。
ED和EDI中用的膜是用離子交換樹脂制成片狀，通常為了增加強(qiáng)度會(huì)在樹脂片上附一層布。
ED和EDI的物理區(qū)別(如圖3所示)主要在于除鹽室里填充的是混床離子交換樹脂珠。
離子的轉(zhuǎn)移分為2個(gè)步驟。首先離子擴(kuò)散到離子交換樹脂，然后在電場(chǎng)作用下穿過樹脂到達(dá)膜。因?yàn)檫@樣的電阻較小，電流會(huì)流過離子交換樹脂。EDI的濃縮室中沒有樹脂。
EDI中水電離的作用
要理解EDI和它的用途，就必須理解"水的電離"。水電離后就會(huì)變?yōu)闅潆x子和氫氧根離子?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式為：H2O<==>H++OH-
如果離子在結(jié)合為水以前被分離、就會(huì)形成酸和堿。在ED和EDI中，如果電流超過了移動(dòng)溶解鹽所需的能量，水就會(huì)電離。在ED過程中在陰離子交換膜上有較低電流時(shí)就會(huì)發(fā)生水的電離，原因尚未找出。
在ED系統(tǒng)中過大的電流會(huì)引起水的電離。氫離子在直流電場(chǎng)的作用下進(jìn)入離子交換樹脂，并在那與碳酸氫根離子反應(yīng)生成CO2。這會(huì)降低水的pH值。
氫氧根離子進(jìn)入陰離子交換膜并與碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子。如果水中存在Ca2+，一部分Ca2+就會(huì)從濃縮室中進(jìn)入陰離子交換膜。
陰離子交換膜并不能100%阻隔陽離子。這就使CaCO3沉積在膜內(nèi)部。
如果水中沒有鈣或碳酸氫根，氫離子會(huì)穿過擴(kuò)散流通道和陽離子交換膜而進(jìn)入濃縮室。而OH-會(huì)通過陰離子交換膜進(jìn)入濃縮室。兩者會(huì)在濃縮室中結(jié)合成水。
在EDI池中電流是通過離子交換珠的。所以在離子交換珠互相接觸的地方和交換珠與膜接觸的地方，如果有較大的電流，水就會(huì)電離。
在較強(qiáng)電流的作用下，離子交換樹脂不斷地被酸或堿再生。與溶液中的鹽一起進(jìn)入濃縮室中的H+和OH-離子結(jié)合為水。
EDI技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
ED是用來處理含鹽量較少且含鈣和碳酸氫根的水的。為避免水電離和電能浪費(fèi)，它可以在較小電流下工作。EDI也可以在較小電流和沒有水電離的情況下工作。
這種操作方式與ED相比不但沒有優(yōu)點(diǎn)而且有諸多缺點(diǎn)。
這種操作方式下的除鹽和水回收能力與ED相等。因?yàn)殡x子交換樹脂主要作為一種介質(zhì)濾器并沒有任何較好的反沖洗方法，源水中的微粒數(shù)必須很少。也就是說，為保證它的正常工作需要增加預(yù)處理工序如超濾和反滲透(RO)。
EDI池的維修也較困難。在安裝好后，EDI池里就會(huì)裝入樹脂，但在卸裝前并沒有有效的辦法來把樹脂取出。在重新安裝前要把每一部件都洗干凈以除去樹脂珠。
EDI在水電離模式下工作時(shí)，電能和除鹽的效率較低。通常只有10-20%的直流電流用于移動(dòng)鹽離子。其它的電流都被用來電離水。由于電流效率太低，EDI事實(shí)上只能用于低TDS水，比如TDS在100mg/L以下的反滲透水。
除了TDS 之外，也應(yīng)該考慮鈣在陰離子交換膜內(nèi)部沉積的可能?？偟膩碚f，Ca2+濃度應(yīng)在0.5mg/L以下。通常系統(tǒng)在回收率95%左右的條件下工作。
如果水源中CO2的濃度為5mg/L以上、鈣在0.5mg/L以上，就要降低回收率以防止結(jié)垢。降低回收率使?jié)饪s室中的鈣離子濃度降低，因此也使進(jìn)入陰離子交換膜的鈣離子數(shù)減少。
方便的便攜式交換
EDI可產(chǎn)生8-17兆歐的水。它不能產(chǎn)生與混床樹脂交換一樣的效果的原因是交換膜的效率并非100%。少量的離子會(huì)從濃縮室通過離子交換膜進(jìn)入除鹽流通路。
在液流通路出口附近發(fā)生上述情況時(shí)，離子來不及擴(kuò)散進(jìn)樹脂，不能被除去而隨液流離開系統(tǒng)?，F(xiàn)在多數(shù)系統(tǒng)都在終端用混床離子交換進(jìn)行精細(xì)過濾。
由于產(chǎn)生的是8-17兆歐的水，在樹脂再生前每立方英尺樹脂可生產(chǎn)100，000到500，000加侖的水。這使得需要用高品質(zhì)再生設(shè)備來再生的便攜式瓶變得非常實(shí)用。用戶不需要處理大量有害的酸、堿或中和、處理再生廢物。
離子交換再生常常使用大大過量的酸和堿。當(dāng)酸和堿中和的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生鹽。如果用HCl和NaOH來再生，就會(huì)產(chǎn)生NaCl。EDI并不產(chǎn)生過量的鹽。
氫離子和氫氧根離子由水電離產(chǎn)生并在濃縮室內(nèi)形成水。因此濃縮水中只會(huì)含有水源中有的鹽。
在精細(xì)過濾離子交換再生之間的高產(chǎn)量使運(yùn)行時(shí)間以周或月來計(jì)算。使用次數(shù)與再生或便攜瓶的更換有關(guān)，清洗次數(shù)大大減少。
對(duì)于任何一種新技術(shù)，問題都在于長時(shí)間的可靠性。至今為止大多數(shù)的工程都應(yīng)用了終端精細(xì)過濾。如果EDI失靈，那么離子交換會(huì)接替EDI來保證水質(zhì)。越來越多的實(shí)驗(yàn)使人們對(duì)EDI的信心不斷增強(qiáng)。沒有精細(xì)過濾的EDI也開始出現(xiàn)了。
