中天恒遠(yuǎn)反滲透官網(wǎng)小編李德馨給您詳細(xì)的介紹——EDI離子凈水技術(shù)，希望對(duì)廣大用戶朋友有所幫助。

　　電去離子凈水技術(shù)電去離子凈水技術(shù)是一種將電滲析和離子交換相結(jié)合的脫鹽新工藝，其英文名稱為electrodeionization，縮寫成EDI.50年代起，美國Walters等[1]曾首先論述過電去離子過程，并用它來進(jìn)行放射性廢水的濃縮處理，但以后它在水處理脫鹽領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)展不大。30多年后，Millipore公司才推出以商品名為IonpureTMCDI的第一臺(tái)電去離子凈水器;同時(shí)又研制出按電去離子原理工作的ELIX組件，將它作為Milli-RXTM分析級(jí)純水器配件一起投放市場。1990年，Ionpure公司又制造出改進(jìn)組件[2].近年來，加拿大E-Cell公司還推出EDI產(chǎn)品組件E-CellTM，并組合成比較大產(chǎn)水量達(dá)450m3/h的整套裝置。據(jù)報(bào)道，目前采用EDI脫鹽與采用混床相比，在上兩者售價(jià)已不相上下。使用EDI脫鹽的用戶數(shù)，歷年成指數(shù)曲線增長。電去離子凈水技術(shù)在水處理脫鹽領(lǐng)域內(nèi)已得到工業(yè)應(yīng)用和推廣。

　　我國稱電去離子凈水技術(shù)為填充床電滲析。核工業(yè)部原子能研究所、國家海洋局杭州水處理中心和742廠等一些單位，從70年代起，曾作過填充床電滲析試驗(yàn)裝置及相關(guān)技術(shù)的研究，也取得一些科研成果。但遺憾的是由于種種原因，使我國填充床電滲析技術(shù)停步不前，停滯了10多年，以致商品化的填充床電滲析器至今尚未面世。

　　EDI，除能連續(xù)出水外，一不需化學(xué)藥劑(酸、堿、鹽)再生，從而不污染環(huán)境;二可無人值守，從而為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化創(chuàng)造條件;三適應(yīng)性廣，從而可用于各行各業(yè)用水處理;四運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性好，易于普及推廣。國外一些專家的論證與分析[3]表明，在當(dāng)今的水處理脫鹽系統(tǒng)中，采用反滲透(RO)與EDI組合工藝，可確保獲得比較佳的水處理工藝性能，其經(jīng)濟(jì)性也不錯(cuò)，為這種組合工藝的推廣，提供了良好的發(fā)展前景。

　　采用一般的電滲析脫鹽處理來制取超純水的進(jìn)程中，當(dāng)?shù)�水室溶液中電解質(zhì)離子的濃度極低時(shí)，電滲析過程就難以再進(jìn)行下去。當(dāng)電解質(zhì)濃度過低時(shí)，溶液電阻升高，耗電量增加，效率下降，以至實(shí)際上無法用一般的電滲析脫鹽來制得高質(zhì)量的純水。通常，采用電滲析脫鹽與離子交換聯(lián)合脫鹽來制取超純水，即將電滲析作為前處理，進(jìn)行脫鹽的粗加工，用它脫去原水含鹽量的80%～90%，再用離子交換作為精加工，來脫除余下的10%～20%.這樣，既發(fā)揮電滲析器脫鹽能量消耗低、不使用酸堿、無污染、制水成本低等優(yōu)點(diǎn)，又減輕了離子交換器的負(fù)擔(dān)。從而，離子交換器的工作周期延長，再生次數(shù)減少，再生劑的總耗量大幅度降低，節(jié)約了能源，大幅度地減少了廢酸堿的排放。這種電滲析與離子交換聯(lián)合脫鹽是屬于兩者外表的串聯(lián)結(jié)合。

　　填充床電滲析是屬另一種結(jié)合，即電滲析與離子交換兩者內(nèi)在的合成一體的結(jié)合，見圖1.從圖1可見，所謂填充床電滲析器就是在電滲析器中的淡水室填裝了陰、陽混合離子交換劑(顆粒、纖維或編織物)[4，5]，將電滲析和離子交換置于一種容器中，兩者內(nèi)在地聯(lián)合成一體。由于純水中離子交換劑的導(dǎo)電能力比一般所接觸的水要高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，由于交換劑顆粒不斷發(fā)生交換作用與再生作用而構(gòu)成了"離子通道"，結(jié)果使淡水室體系(溶液、交換劑和膜)的電導(dǎo)率大大增加，從而減弱了電滲析器的極化現(xiàn)象，提高了電滲析器的極限電流，達(dá)到高度淡化。

　　圖1EDI工藝示意圖1陰離子交換膜;2陽離子交換膜;3陰離子交換劑;4陽離子交換劑;5濃水室;6淡水室此外，當(dāng)?shù)�水室�?nèi)填裝離子交換劑時(shí)，淡水室中的液流速度比普通電滲析器中的大得多，而且交換劑起著攪拌作用，促進(jìn)離子擴(kuò)散，改善了水力學(xué)狀態(tài)，從而也導(dǎo)致淡水室體系電導(dǎo)率的增大，極限電流密度也相應(yīng)地提高。填充床電滲析器在運(yùn)行電流超過極限電流時(shí)，膜和樹脂附近的界面層發(fā)生極化，它使水離解，產(chǎn)生OH-和H+，這些離子，除一部分被遷移至濃水室外，大部分將使淡水室中的陰陽離子交換劑再生，保持其交換能力。同時(shí)，交換劑的水解作用會(huì)使其本身得到部分電化學(xué)再生。

　　一，填充床電滲析脫鹽處理過程中同時(shí)進(jìn)行著如下三個(gè)主要過程：

　　1)在外電場作用下，水中電解質(zhì)離子通過離子交換膜進(jìn)行選擇性遷移的電滲析過程;

　　2)陰、陽混合離子交換劑上的OH-和H+離子對(duì)水中電解質(zhì)離子的離子交換過程(從而加速去除淡水室內(nèi)水中的離子);

　　3)電滲析的極化過程所產(chǎn)生的H+和OH-及交換劑本身的水解作用對(duì)交換劑進(jìn)行的電化學(xué)再生過程。前兩個(gè)過程可提高出水水質(zhì)，而比較后再生過程卻因進(jìn)行再生反應(yīng)而使水質(zhì)變壞，然而這一再生過程是填充床電滲析器長期不間斷運(yùn)行所必需的，因此，只要選擇適宜的工作條件，就能保證獲得高質(zhì)量的純水，又能達(dá)到交換劑的自行再生。

　　用填充床電滲析制備超純水的運(yùn)行實(shí)踐[6]也表明，此時(shí)的工藝過程有兩種狀態(tài)：在欲脫鹽水的鹽濃度高時(shí)，淡水室中的樹脂為鹽基型;而在鹽濃度低時(shí)，樹脂將電化學(xué)地轉(zhuǎn)為氫型和氫氧型。

　　這樣，電滲析與離子交換兩者有機(jī)錯(cuò)綜地結(jié)合在一起，所發(fā)生的反應(yīng)及過程，共同構(gòu)成了整個(gè)電去離子過程。即利用離子交換能深度脫鹽來克服電滲析過程因發(fā)生極化而脫鹽不徹底;又利用電滲析極化而發(fā)生水電離產(chǎn)生H+和OH-離子實(shí)現(xiàn)樹脂自再生來克服樹脂失效后通常要用化學(xué)藥劑再生的缺陷。從而，使電去離子過程達(dá)到一種比較完美的境界。這種方法適合于含鹽量低的水脫鹽處理使用，它基本上能夠去除水中全部離子，所以它在制備超純水、純水、軟化水及處理放射性廢水方面有著廣闊的發(fā)展前景。EDI為何有如此廣泛的適應(yīng)性呢?下面提出一個(gè)反應(yīng)疊加實(shí)用分析方法，用它來形象理解該問題和解釋一些應(yīng)用實(shí)例。

　　二，反應(yīng)疊加實(shí)用分析方法

　　在黃奕普等[7]所作的有關(guān)電去離子的大量實(shí)驗(yàn)及機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，筆者采用先將電去離子過程解體為各組成反應(yīng)再疊加合成的分析方法，依據(jù)各組成反應(yīng)的前后次序和發(fā)生地點(diǎn)，確定這些反應(yīng)在某種應(yīng)用場合下的主次地位，并對(duì)它們作側(cè)重于離子交換方面的應(yīng)用分析，該實(shí)用分析方法的要點(diǎn)描述如下：

　　1)將電去離子過程解體為電滲析過程和離子交換過程，它們彼此獨(dú)立，各受其所固有的規(guī)律所支配。它們兩者雖然都起從水中除去離子的作用，但是在電去離子過程中電滲析起真正清除掉離子的作用，而離子交換僅僅起去離子的中間過渡作用。

　　2)離子交換樹脂截留住離子，抑制了電滲析，使離子交換進(jìn)行;樹脂解吸出離子，抑制了離子交換，使電滲析進(jìn)行。以上兩點(diǎn)，可形象地示意為：電去離子樹脂截留離子樹脂解吸離子電滲析↓+離子交換↑電滲析↑+離子交換↓3)電滲過程中離子遷移速度由該離子在水溶液和膜中的遷移率而定。各種離子遷移率的大小決定離子從淡水室遷移至濃水室的離子濃度分布層譜。在直流電場作用下離子電滲析遷移的方向與離子受水流流動(dòng)挾帶運(yùn)動(dòng)的方向相垂直。因此，在淡水室中陰離子和陽離子的濃度分布層譜分別偏向兩側(cè)。

　　4)在電滲析出現(xiàn)濃差極化時(shí)會(huì)發(fā)生水的電離，它促使樹脂解吸。發(fā)生濃差極化的位置在水溶液和樹脂顆�；蚰ぶ�間的界面上，有隨機(jī)性。在樹脂顆粒表面界面層中發(fā)生水電離所生成的H+和OH-離子，能及時(shí)將鄰近失效樹脂再生;在膜表面界面層中發(fā)生水電離所產(chǎn)生的一種離子(H+或OH-)只是穿過膜，入濃水室，起電載體作用，不參與再生，另一種離子(OH-或H+)作橫向遷移，參與再生。原有的離子電滲析濃度分布層譜會(huì)被這種隨機(jī)產(chǎn)生的水電離造成的樹脂解吸所破壞，并且會(huì)出現(xiàn)離子多次被樹脂解吸又吸附的現(xiàn)象。

　　5)離子交換反應(yīng)速度極快，遠(yuǎn)大于離子電滲析遷移速度，因此離子交換過程受擴(kuò)散因素控制。同時(shí)，離子隨水流挾帶流動(dòng)，水流不斷沖刷樹脂顆粒，使水中大部分離子在電滲析遷移出淡水室以前都被樹脂吸附截留住，以后再逐步解吸并電滲析遷移出淡水室而除去�？梢姡�在電去離子過程中，樹脂是轉(zhuǎn)運(yùn)離子的中間體。

　　6)電去離子過程中的離子交換應(yīng)遵守通常的柱內(nèi)離子交換層譜的分布規(guī)律[8]：在離子交換過程中，對(duì)某一種被吸附的離子，離子交換層可分為失效層、工作層和保護(hù)層;各離子層譜和先后置換的選擇性順序都根據(jù)它們與樹脂的親和力的大小而定。對(duì)強(qiáng)酸性陽樹脂的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+對(duì)強(qiáng)堿性陰樹脂的選擇性順序?yàn)椋篠O-4>NO-3>Cl->OH->HCO3->HSiO-3離子交換層譜是判定已處理水電去離子程度的依據(jù)。淡水室內(nèi)水的流速愈大，離子的擴(kuò)散速度愈小，層譜的擴(kuò)展深度也就愈深。淡水室內(nèi)水的流速取決于進(jìn)出口壓差和流阻。7)在描述電去離子過程時(shí)應(yīng)將電滲析與離子交換有機(jī)地結(jié)合一起分析。根據(jù)當(dāng)時(shí)各組成反應(yīng)的前后次序和發(fā)生地點(diǎn)，確定各反應(yīng)的主次地位，有時(shí)以電滲析的一些反應(yīng)為主，有時(shí)則以離子交換的一些反應(yīng)為主，比較后再將它們疊加起來作綜合分析。

　　三，實(shí)用分析方法的應(yīng)用討論

　　3.1低含鹽量時(shí)工況這種工況是指EDI用于制備超純水和純水時(shí)的工況。所謂超純水是指將水質(zhì)中電解質(zhì)幾乎完全除去，又將水中不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機(jī)物均去除至很低程度的水。超純水中的剩余含鹽量應(yīng)在0.1mg/L以下，在25℃時(shí)水的電導(dǎo)率應(yīng)小于0.1μS/cm.所謂純水是指將水中易去除的強(qiáng)電解質(zhì)去除，又將水中難以去除的硅酸及二氧化碳等弱電解質(zhì)去除至一定程度的水。純水中剩余含鹽量應(yīng)在0.1mg/L以下，在25℃時(shí)水的電導(dǎo)率應(yīng)為0.1～1μS/cm.純水又稱去離子水，或深度脫鹽水。

　　制備超純水和純水的任何一種脫鹽處理系統(tǒng)，一般都配有混床用它作為比較后對(duì)水質(zhì)把關(guān)的精加工設(shè)備。許多論證表明，RO與代替混床的EDI相組合，其工藝性能比較佳。由于采用EDI，不需用化學(xué)藥劑再生，可無人值守，連續(xù)出水，所以EDI比較適于用來制備超純水和純水。

　　需用超純水和純水的用戶有兩種，一種是半導(dǎo)體、電子、醫(yī)藥等行業(yè)和科研用，它們對(duì)水質(zhì)要求很高，多半為超純水，但單臺(tái)制水設(shè)備的容量不大，大多在5m3/h以下。另一種是火力發(fā)電廠用，它們需用純水作為高壓鍋爐的補(bǔ)給水，由于鍋爐補(bǔ)給水量很大，希望單臺(tái)制水設(shè)備的容量為100m3/h左右�；鹆Πl(fā)電廠采用EDI時(shí)，EDI的進(jìn)水應(yīng)為一級(jí)化學(xué)脫鹽水或RO出水，其水質(zhì)應(yīng)達(dá)到SiO2<100μg/L，25℃時(shí)電導(dǎo)率<5μS/cm.EDI的出水至少應(yīng)滿足一級(jí)化學(xué)脫鹽-混床系統(tǒng)出水標(biāo)準(zhǔn)：SiO2<20μg/L，25℃時(shí)電導(dǎo)率<0.2μS/cm.此時(shí)EDI的工況就屬于低含鹽量時(shí)的工況。

　　這時(shí)，EDI進(jìn)水含鹽量很低，已比一般電滲析處理后的水低得多，因此，要討論EDI用于低含鹽量時(shí)的工況，比較初可忽略電滲析過程，只考慮離子交換作用。結(jié)果，在EDI投運(yùn)不久，淡水室內(nèi)的樹脂層就出現(xiàn)圖2(a)所示的離子交換層譜。這一層譜，自上而下，對(duì)陽離子，是Fe3+、Ca2+(含Mg2+)和Na+失效層，Na++H+的工作層，以及H+保護(hù)層;對(duì)陰離子，則是SO42-、Cl-和HCO3-(含HSiO3-)失效層，以及OH-保護(hù)層。

　　如果淡水室內(nèi)所形成的這種離子交換層譜能穩(wěn)定下來，即圖2(a)所示的這種離子交換層譜不出現(xiàn)明顯的變化(層譜伸長或收縮)，這就表明進(jìn)入淡水室內(nèi)的一股欲處理水，當(dāng)它從淡水室失效層頂部流到工作層底部時(shí)，其中所含的離子都已沿著流程不斷地從淡水室遷移至濃水室了。因?yàn)椋�這時(shí)失效層中樹脂本身已飽和，不可能再參與離子交換，欲處理水中的離子，在通過失效樹脂層時(shí)不被吸附住，而是受直流電場的作用發(fā)生電滲析橫向遷移，待到達(dá)工作底部，全部離子已遷移出淡水室。此時(shí)要注意到，在電場的作用下，樹脂不斷地進(jìn)行著離子解吸和離子吸附，無論是縱向離子交換，還是橫向電滲析遷移，都是一個(gè)動(dòng)平衡過程，不斷有離子進(jìn)入和離子流出，進(jìn)行著離子交換。

　　圖2EDI離子交換層譜欲處理水流過工作層以后，水中電解質(zhì)離子已全部除去，得到了高質(zhì)量的超純水或純水。工作層下方的保護(hù)層，起保護(hù)出水水質(zhì)的作用。用它保障由于某種原因偶爾有離子穿入保護(hù)層時(shí)能將它們截留住，不發(fā)生離子穿透現(xiàn)象。在穩(wěn)定工況下，在失效層和工作層中都不應(yīng)發(fā)生明顯的樹脂自再生作用。由于這些層中水溶液內(nèi)離子濃度相對(duì)較高，在水溶液和顆粒表面或膜之間界面上也不容易發(fā)生濃差極化，所以不容易發(fā)生水電離，從而樹脂的自再生也不明顯。只有在保護(hù)層中，水內(nèi)電解質(zhì)離子極少，易發(fā)生濃差極化，才會(huì)使水電離產(chǎn)生H+和OH-離子，從而使得保護(hù)層中的樹脂保持H型和OH型。

　　如果從穩(wěn)定工況轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定工況，如進(jìn)入淡水室中電解質(zhì)離子減少時(shí)，則離子交換層譜中的失效層和工作層收縮，空出來的原有工作層具備使水電離的條件，實(shí)現(xiàn)樹脂的自再生，使該層轉(zhuǎn)化為保護(hù)層。一旦工作層向下移至保護(hù)層消失時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電解質(zhì)離子穿透，水質(zhì)惡化。這說明進(jìn)入淡水室中電解質(zhì)離子過多，已超出該EDI設(shè)備的工作能力。

　　3.2高含鹽量時(shí)工況這種工況是指EDI用于制備部分脫鹽水時(shí)的工況。這時(shí)，EDI的進(jìn)水是自來水或經(jīng)除懸浮物預(yù)處理的原水，其含鹽量一般在200～300mg/L左右。這種部分脫鹽水分別用于作為低壓鍋爐補(bǔ)給水和一般工業(yè)上用來調(diào)配涂料及清洗的用水。

　　按我國低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，蒸汽鍋爐采用鍋外化學(xué)水處理時(shí)給水標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到硬度≤0.03mmol/L，而對(duì)熱水鍋爐則放寬硬度到≤0.6mmol/L.標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水含鹽量沒有限制，應(yīng)由采用此含鹽量給水時(shí)核算鍋爐排污率在經(jīng)濟(jì)上是否合理來定。一般工業(yè)用戶對(duì)部分脫鹽水水質(zhì)的要求未作規(guī)定，根據(jù)用途不同，對(duì)水質(zhì)的要求也有所差別，但對(duì)水質(zhì)的一般要求與對(duì)工業(yè)鍋爐給水的要求不相上下。這類用戶采用EDI脫鹽時(shí)，EDI就處在高含鹽量時(shí)的工況。

　　與低含鹽量時(shí)工況相同，脫鹽一開始，不計(jì)離子的電滲析遷移。等淡水室工作一段時(shí)間后，樹脂層必然會(huì)出現(xiàn)圖2(b)所示的離子交換層譜。這一層譜，自上而下，對(duì)陽離子，是Fe3+和Ca2+(含Mg2+)失效層、Ca2++Na+的工作層以及Na+(可能含少量H+)保護(hù)層;對(duì)陰離子，則是SO42-和Cl-失效層、Cl-+HCO3-(含HSiO3-)工作層以及HCO3-(含HSiO3-可能還含少量OH-)保護(hù)層。

　　與EDI處在低含鹽量工況時(shí)一樣，高含鹽量工況時(shí)EDI樹脂層的自再生仍然靠直流電場作用下水的電離。在EDI正常運(yùn)行中，自再生主要是在保護(hù)層中進(jìn)行。如果EDI能間隔運(yùn)行，那么停運(yùn)的EDI利用更改運(yùn)行參數(shù)如提高電壓[9]，可實(shí)現(xiàn)EDI樹脂層的徹底再生，此時(shí)靠水電離出H+和OH-離子，將樹脂全部轉(zhuǎn)變?yōu)镠型和OH型，一旦EDI重新投運(yùn)，則其樹脂層又很快建立起上述離子交換層譜，見圖2(b)，從而實(shí)現(xiàn)高含鹽量工況下水的電去離子處理。

　　如果在高含鹽量工況下使用EDI時(shí)淡水室內(nèi)離子交換層能穩(wěn)定地建立起來這種層譜，那么EDI的出水就是部分脫鹽的軟化水。這種EDI出水與用Na離子交換軟水不同，從陽離子來看，它直接除去欲處理水的Fe3+、Ca2+(含Mg2+)，且不再從樹脂交換出Na+來補(bǔ)充，而從陰離子來看，還除去部分SO42-和Cl-，從而使EDI出水的總含鹽量大幅度減少。

　　這種電去離子處理與單純的電滲析或反滲透不同，此時(shí)由于離子交換作用參與，在正常運(yùn)行下不會(huì)出現(xiàn)出水含有硬度離子Ca2+(含Mg2+)的現(xiàn)象，而經(jīng)單純電滲析或反滲透的水可能都含有少量鈣、鎂離子。

　　EDI處理與其它膜處理一樣，要注意滅菌和防垢。滅菌是指除去水中細(xì)菌，防止細(xì)菌在膜和樹脂上滋生繁殖，常用紫外光照射。防垢是防止膜表面結(jié)垢，常用調(diào)節(jié)pH值先經(jīng)軟化處理，使EDI倒極[10]運(yùn)行等方法，當(dāng)EDI處在低含鹽量工況時(shí)，因其進(jìn)水含Ca2+極少，不會(huì)發(fā)生膜結(jié)垢問題。

　　為了防止膜結(jié)垢，如要采用上述防垢處理，不如采用一般的倒極電滲析作初步脫鹽處理，這不但解決了EDI的膜結(jié)垢問題，同時(shí)也減輕了EDI的脫鹽負(fù)擔(dān)。

　　因此，對(duì)于含鹽量>300mg/L的高含鹽量水，如要用EDI處理，更應(yīng)先用普通的電滲析除去大部分鈣和降低含鹽量為宜。

　　4結(jié)論電去離子方法是一種將電滲析和離子交換有機(jī)地結(jié)合在一起的離子分離方法。根據(jù)已有的大量實(shí)踐和理論，將電去離子過程進(jìn)行時(shí)所發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分清主次、前后和地點(diǎn)，得出描述電去離子的反應(yīng)疊加實(shí)用分析方法，用它能圓滿解釋應(yīng)用EDI除去水中電解質(zhì)離子制備超純水、純水、軟化水和部分去離子水等實(shí)用問題，從而有利于EDI的推廣應(yīng)用。

　　在應(yīng)用EDI來除去水中電解質(zhì)離子時(shí)，EDI可在兩種狀態(tài)下工作：在低含鹽量時(shí)，靠水電離產(chǎn)生H+和OH-自行再生離子交換樹脂，樹脂H型和OH型工作，用EDI制得超純水和純水，供電子、醫(yī)藥等行業(yè)和火力發(fā)電廠使用，這種凈水器稱為電去離子純水器[4];在高含鹽量時(shí)，樹脂呈鹽基型，用EDI制得軟化水和部分去離子水，供工業(yè)鍋爐及有關(guān)工業(yè)使用，這種凈水器稱為電去離子軟水器[11].電去離子凈水技術(shù)的推廣普及，將實(shí)現(xiàn)不用酸堿鹽化學(xué)藥劑再生離子交換樹脂，從而完成離子交換水處理工藝過程的重大變革，將它變?yōu)橐环N對(duì)環(huán)境無害的工藝。

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