EDI超纯水设备实验装置与工艺流程简析

　　EDI超纯水设备实验装置与工艺流程简析

　　EDI超纯水设备是一种将电渗析与离子交换有机结合的膜分离技术，它综合了电渗析连续脱盐和离子交换树脂深度净化的优点，同时克服了这两种分离技术原有的缺点。EDI装置的构造类似电渗析器，所不同的是在淡水室中充填有阴、阳离子交换树脂。人们在过去的研究中较少考虑扩散层对运行参数的影响，本文将重点考察原水含盐量和流速对膜堆的电流的影响，并通过扩散的原理对此加以解释;同时对淡水室树脂层态进行分析。

　　试验装置

　　EDI装置为自制，立式结构，规格为200mm×400mm，阴、阳离子交换膜为均相膜，淡水室填充凝胶性阴、阳离子交换树脂(体积比2：1)，阴、阳电极均采用钛涂钉电极，由0—200V可控硅整流器提供直流电源。

　　试验用的EDI的进水用一级除盐水加Na2SO4和CaCl2配制。

　　试验结果和讨论

　　2.1 原水合盐量对膜堆电流的影响

　　进水含盐量对操作电流的影响如图1所示，一定的电压范围内，当进水的电导率为60 μS/cm时，膜堆的电流与电压成线性关系;当进水的电导率为20μS/cm时，电流与电压关系曲线大致以电流等于60mA为界，电流较低时为直线关系，较高时则斜率增加。

　　淡水室内的离子迁移可看成为两个并行过程：一是阴、阳离子在水中分别向阳极和阴极方向迁移，二是离子进入树脂孔道中发生离子交换后，即在树脂颗粒中迁移[1]。如图2所示设淡水室中水和树脂的电阻分别为RW和Rr，R1为溶液相的电阻，R2与R3为阴阳表面扩散层电阻，即

　　RW=R1+R2+R3　　(1)

　　淡水室的总电阻R总由欧姆定律得

　　R总=(RrRW)/(Rr+RW)　　　　 (2)

　　超纯水的工艺大致分成以下几种：

　　1、采用离子交换方式，其流程如下：

　　原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→阳树脂过滤床→阴树脂过滤床→阴阳树脂混床→微孔过滤器→用水点

　　2、采用两级反渗透方式，其流程如下：

　　原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→第一级反渗透 →PH调节→中间水箱→第二级反渗透(反渗透膜表面带正电荷)→纯化水箱→纯水泵→微孔过滤器→用水点

　　3、采用EDI方式，其流程如下：

　　原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器→精密过滤器→一级反渗透机→中间水箱→中间水泵→EDI系统→微孔过滤器→用水点

　　在淡水室中，由于EDI进水的电导率较低，树脂导电能力比原水要高2-3个数量级[2]，所以原水中的离子主要通过在树脂层中的迁移进入浓水室。我们从图1中也可以看到，上述理论得到了很好的解释，在电流小于60mA时，同一电压下，原水电导率为60μS/cm的电流比20μS/cm的电流要高，但并不与电导率之比成正比，这是因为虽然溶液相的电阻不同，但淡水室的电阻主要由树脂层的串阻单定，因此相应的电流相差不大。

　　原水含盐量的不同是导致膜堆电流与电压曲线不同的主要原因。当膜堆电流超过极限电流时，由于扩散层迁移到交换膜和树脂层中的离子数量大于主体溶液迁移到扩散层中的离子数量，造成扩散层离子浓度下降，扩散层电阻上升，该处的电势梯度也相应增加，水分子在高电势的作用下，大量地分解为H+和OH-，在电场的作用下定向移动，承担传递电流的责任。当原水电导率较低时，扩散层中浓度梯度小，离子在扩散层中的传递速度较慢，只需很小的电流，就可使膜和树脂界面离子浓度迅速减少，使得在膜和树脂界面上发生解离，由于氢离子和氢氧根离子在树脂中的迁移速度比其它离子在甲脂中的迁移速度快，使得电流上升，进一步加速了扩散层的极化现象，从而产生更多的H+和OH-，淡水室中的树脂因此得到更好的再生，通常EDI设备原水含盐量不应大于40μS/cm[3]。

　　原水流速对膜堆电流的影响

　　原水流速对膜堆电流的影响如图3所示.不同原水流速下电流电压曲线差异很小，说明原水流速对膜堆电流的影响很小。

　　原水流速对EDI的电流影响很小，这是因为在淡水室中，溶液相与树脂相是并联关系，由于离子交换树脂的导电能力远高于原水的导电能力，离子传输主要通过树脂相进行，在一定的淡水流量范围内淡室中的溶液相离子浓度的变化对总电阻的影响也很小，则膜堆电流不发生明显变化。

　　饮用纯净水制取装置由预处理部分、反渗透系统及精处理等几部分组成，纯水设备采用单元组合结构。目的是减少设备占地面积，便于运输及现场安装调试，具有占地小、安装快、外观漂亮、操作、维修方便等优点，设备部分均选用 Ocr18Ni9(304) 不锈钢制作，管道低压部分采用 A.B.S 工程塑料，高压部分采用优质不锈钢或者食品级U-PVC制作　　纯水设备设备性能：

　　·出水量及系统回收率。

　　·产水电导率表连续监视产水水质。

　　·进水及排水压力表，连续监测反渗透膜的压差，提示何时需要清洗。

　　·自动停水阀以避免停机时水继续流入。

　　·快速冲洗阀门定时冲洗膜表面。降低污染速度。

　　前置5μ微过滤器，保护高压泵及反渗透膜不受颗粒或其它硬物损坏。

　　·低压开关保护高压泵不会因供水停止而损坏。

　　·高效率、低噪音的高压泵，降低运行噪音，减少耗电。

　　·脱盐率高，运行压力低的卷式复合膜提高了产水水质及降低运行成本，且使用寿命长。

　　·产水、浓水各设有流量计以监视并调节运行