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              電去離子(EDI)系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)研究
              
                                
              
                            
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                來(lái)源：公司官網(wǎng) 發(fā)布日期：2014-09-10 14:50:07 瀏覽次數(shù)：2907
              
                        
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                                肖修林,祝酈偉（浙江省電力試驗(yàn)研究所,浙江杭州310014）
              
    摘要:電去離子（EDI）系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥等行業(yè),但在電力行業(yè)目前還應(yīng)用較少;文章就電去離子系統(tǒng)在水處理系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了試驗(yàn)研究,取得了運(yùn)行、維護(hù)的數(shù)據(jù),為電去離子(EDI)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用提供一定的經(jīng)驗(yàn)。
              
    關(guān)鍵詞:電去離子（EDI）;運(yùn)行;維護(hù);化學(xué);試驗(yàn)研究
              
    中圖分類號(hào):TM621．8
              
    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
              
    文章編號(hào):1007-1881(2004)05-0028-04
              
    收稿日期:2004-07-05
              
    作者簡(jiǎn)介:肖修林（1970年）,男,湖北洪湖人,高級(jí)工程師,碩士,從事電廠化學(xué)專業(yè)技術(shù)服務(wù)及水處理新技術(shù)研究。
              
    引言
              
    電去離子（Eiectrodeionzation,簡(jiǎn)稱EDI）技術(shù)很好地融合了電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù),是一種將混床樹脂填充于離子交換膜之間,在直流電場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)除鹽的新型水處理方法。它兼有電滲析技術(shù)的連續(xù)除鹽和離子交換技術(shù)深度脫鹽的優(yōu)點(diǎn),又避免了電滲析技術(shù)濃差極化和離子交換技術(shù)中的酸堿再生等帶來(lái)的問(wèn)題。該技術(shù)源于20世紀(jì)50年代,在現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展的背景下,于20世紀(jì)90年代取得了突破性進(jìn)展,現(xiàn)在廣泛地應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、能源等行業(yè)及實(shí)驗(yàn)室,可望成為未來(lái)主流的水處理技術(shù)。
              
    本文主要通過(guò)在浙江嘉興發(fā)電有限責(zé)任公司的EDI系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)研究,考察該電廠反滲透出口的預(yù)脫鹽水,通過(guò)脫碳處理后,能否通過(guò)EDI處理達(dá)到滿足鍋爐用水水質(zhì)的要求,同時(shí)也為EDI系統(tǒng)用于電力生產(chǎn)時(shí)的運(yùn)行、維護(hù)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。
              
    1系統(tǒng)概述
              
    1．1EDI原理
              
    EDI在我國(guó)也稱之為填充床電滲析。電滲析器的淡水室裝了陰、陽(yáng)混合離子交換劑（顆粒、纖維或編織物）,將電滲析和離子交換兩個(gè)過(guò)程在同一容器中進(jìn)行,使兩個(gè)過(guò)程內(nèi)在地聯(lián)系在一起（如圖1）。
              
    圖1EDI裝置工作原理圖
              
    一般認(rèn)為EDI的原理在橫向上可以分為離子交換、直流電場(chǎng)下離子的選擇性遷移和樹脂的電再生３方面［1］。在高純水中,離子交換樹脂的導(dǎo)電性能比與之相接觸的水要高2~3個(gè)數(shù)量級(jí),所以幾乎全部的從溶液到脂面的離子遷移都是通過(guò)樹脂來(lái)完成的。水中的離子,首先因交換作用吸附于樹脂顆粒上,再在電場(chǎng)作用下,經(jīng)由樹脂顆粒構(gòu)成的離子傳播通道遷移到膜表面并透過(guò)離子選擇性膜進(jìn)人濃水室。同時(shí),在樹脂、膜與水相接觸的界面處,界面擴(kuò)散中的極化使水解離為氫離子和氫氧根離子。它們除部分參與負(fù)載電流外,大多數(shù)又起到對(duì)樹脂的再生作用,從而使離子交換、離子遷移、電再生3個(gè)過(guò)程相伴發(fā)生、相互促進(jìn),達(dá)到連續(xù)去離子的目的。
              
    在縱向上我們又可以把EDI工作過(guò)程由進(jìn)水側(cè)到產(chǎn)水側(cè)分成３部分,靠近進(jìn)水側(cè)稱為飽和區(qū),即這部分區(qū)間里,填充的樹脂已和進(jìn)水的離子發(fā)生離子交換;靠近出水側(cè)的稱為再生區(qū),即在這部分區(qū)間里,出水的大部分離子已經(jīng)除去,少量弱電離離子在這里得到去除,同時(shí)純水在這個(gè)區(qū)間里被電離,生成的Ｈ+和ＯＨ-得以再生填充的樹脂。在飽和區(qū)和再生區(qū)之間稱為工作區(qū),離子交換和電再生在這個(gè)區(qū)電里趨向平衡。
              
    2.2 EDI技術(shù)的特點(diǎn)
              
    化學(xué)除鹽系統(tǒng)工藝中,離子交換裝置從一級(jí)復(fù)床發(fā)展到兩級(jí)復(fù)床,直到混床。采用離子交換法可制得質(zhì)量接近理論純水電阻率為18.2ＭΩ·ｃｍ的高純水。然而,離子交換樹脂可反復(fù)再生這一優(yōu)點(diǎn)卻帶來(lái)了樹脂再生的廢酸堿,造成了環(huán)境污染。為了克服污染,反滲透技術(shù)被引入到水的脫鹽系統(tǒng),即反滲透+混床脫鹽系統(tǒng),其廢酸堿排量與離子交換脫鹽系統(tǒng)相比,減少了90%,基本上解決了廢酸堿排放的問(wèn)題。但是隨著對(duì)工藝要求的提高,此法暴露出兩個(gè)缺陷:混床再生需要貯備酸堿,操作繁瑣。隨著EDI技術(shù)的發(fā)展,以EDI設(shè)備代替混床,形成RO-EDI脫鹽系統(tǒng),可以克服污染,進(jìn)行自動(dòng)化純水生產(chǎn)。
              
    RO-EDI脫鹽系統(tǒng)的特點(diǎn):不用酸堿,不污染環(huán)境;可連續(xù)生產(chǎn),不需備用裝置;無(wú)人值守,水質(zhì)穩(wěn)定;占地面積小,運(yùn)行費(fèi)用低;對(duì)RO設(shè)備和EDI設(shè)備的進(jìn)水有特殊要求。
              
    2.3 系統(tǒng)工藝流程的選擇
              
    目前嘉興發(fā)電有限責(zé)任公司的化學(xué)補(bǔ)水給水系統(tǒng)由一級(jí)RO+兩級(jí)離子交換除鹽組成,據(jù)此,本次運(yùn)行試驗(yàn)采用了一級(jí)RO和EDI系統(tǒng)結(jié)合的模式來(lái)進(jìn)行。具體工藝流程如下:
              
    一級(jí)RO→反滲透后的預(yù)脫鹽水箱→升壓泵→脫碳器→EDI升壓泵→EDI模塊→出水
              
    由于反滲透后的預(yù)脫鹽水中含有游離的CO2,為了減小EDI模塊的負(fù)擔(dān),在EDI模塊前安裝了CO2脫碳器。系統(tǒng)見圖2。
              
    圖2EDI小型試驗(yàn)系統(tǒng)圖
              
    2．４EDI系統(tǒng)啟動(dòng)階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
              
    從啟動(dòng)階段的數(shù)據(jù)中可以看到,在電壓保持不變的情況下,系統(tǒng)的電流和出水的電阻都變大。
              
    圖３EDI啟動(dòng)時(shí)電壓、電流、進(jìn)水電導(dǎo)率、產(chǎn)水電阻率
              
    ３EDI系統(tǒng)運(yùn)行影響因素分析
              
    EDI作為一項(xiàng)新型的水處理技術(shù),其系統(tǒng)特性和技術(shù)維護(hù)一直是人們予以研究的焦點(diǎn),下面對(duì)EDI系統(tǒng)運(yùn)行中的主要影響因素進(jìn)行分析,包括進(jìn)水電導(dǎo)率、進(jìn)水流量、電壓與電流、水的ｐＨ值、溫度及壓力的影響等。
              
    ３．1進(jìn)水電導(dǎo)率對(duì)脫鹽效果的影響
              
    在保證其它條件不變的前提下,隨著原水電導(dǎo)率的上升,脫鹽效果變差。這是因?yàn)檫M(jìn)水電導(dǎo)超過(guò)一定范圍后,模塊的工作區(qū)間往下移動(dòng),乃至再生區(qū)消失,工作區(qū)穿透,模塊內(nèi)的填充樹脂大部分呈飽和失效狀態(tài)。同時(shí)水中的離子濃度增加,在電壓恒定不變的情況下,電流增加,從而電離水的過(guò)程減弱,相應(yīng)的水電離出的Ｈ+,ＯＨ-減少,直接導(dǎo)致樹脂的再生變差。這樣,在進(jìn)水水質(zhì)變差的情況下,模塊會(huì)由弱電離子開始慢慢穿透;系統(tǒng)的電流會(huì)增加,因?yàn)榇嬖谒碾婋x現(xiàn)象,在電壓恒定的情況下,電流的上升是非線性的。
              
    ３．2進(jìn)水流量的影響
              
    圖４進(jìn)水電導(dǎo)和產(chǎn)水電阻之間的關(guān)系
              
    圖５進(jìn)水流量和產(chǎn)水電阻之間的關(guān)系
              
    進(jìn)水流量與EDI模塊的處理能力,進(jìn)水水質(zhì)以及進(jìn)水壓力有關(guān)。在EDI模塊產(chǎn)水能力恒定條件下,進(jìn)水水質(zhì)越差,模塊的單位處理負(fù)擔(dān)就越重,進(jìn)水流量應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)的越小。在模塊的啟動(dòng)階段,應(yīng)注意當(dāng)瞬間流量過(guò)大時(shí),會(huì)造成膜的穿孔。
              
由于模塊中的電子流主要通過(guò)填充樹脂傳遞的,所以濃水電流在一定程度上成了影響模塊中電子流遷移的關(guān)鍵。在實(shí)際的試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn),減少濃水的流量可以提高系統(tǒng)的電流,并且在一定程度上提高水質(zhì)。但是濃水流也并非越小越好,當(dāng)濃水流量過(guò)小時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜兩側(cè)濃度差過(guò)大,而形成濃差擴(kuò)散［2］,影響水質(zhì)。另一方面,由于弱電離子si及其離子態(tài)化合物的溶解度很小,所以容易在低流量的濃水中形成飽和,從而影響弱電離子的去除。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以大致得到濃水流量一般為進(jìn)水的５%～1０%為宜。
              
    電極水的作用主要是給電極降溫和帶走電極表面產(chǎn)生的氣體。一般電極水的流量是進(jìn)水的1%左右。當(dāng)電極水過(guò)小時(shí),不能及時(shí)帶走電極表面的氣體,會(huì)影響整個(gè)模塊的運(yùn)行。
              
    ３．３電壓和電流的影響
              
    電壓的確定和模塊的設(shè)計(jì)有關(guān),電壓是使離子遷移的動(dòng)力,它使得離子從進(jìn)水中遷移到濃水中,同時(shí)電壓也是電解水用于再生樹脂的關(guān)鍵。在規(guī)定范圍內(nèi)如果電壓過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致電解水減少,產(chǎn)生的Ｈ+和ＯＨ-離子不足以再生填充樹脂,同時(shí)電壓太低使得離子的遷移動(dòng)力減弱,最終使模塊的工作區(qū)間下移,產(chǎn)水水質(zhì)變差。如果電壓過(guò)高,就會(huì)電解出過(guò)剩的Ｈ+和ＯＨ-,使電流升高的同時(shí)也使離子極化和擴(kuò)散加劇,導(dǎo)致產(chǎn)品水水質(zhì)變差。電壓是否過(guò)高可以從電極水出水中的氣泡多少加以判斷。最佳電壓范圍的確定主要由進(jìn)水電導(dǎo)和濃水的流量決定,比如當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)變大,濃水的濃度也變大的情況下由于系統(tǒng)的電阻減少,所以系統(tǒng)的電壓也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)的下調(diào)。
              
    電流與進(jìn)水電導(dǎo)及總的離子遷移數(shù)有直接關(guān)系［３］?？偟碾x子遷移包括水中原來(lái)的離子如Ｎａ+,ＣＩ-等,也包括新生成的Ｈ+和ＯＨ-,而Ｈ+和ＯＨ-與電壓有直接關(guān)系,所以電壓升高,電流也升高,但是兩者的變化不是線性的,因?yàn)殡娏饕徊糠钟糜陔s質(zhì)離子的遷移,一部分用于水的解離。
              
    ３．４進(jìn)水的ｐＨ值、溫度及壓力的影響
              
    進(jìn)水的ｐＨ值表示了進(jìn)水中Ｈ+的含量,一般進(jìn)水控制在5-9.5之間。通常情況下ｐＨ值偏低是由于CO2的溶解所引起的。由于是弱電離物質(zhì),CO2也是導(dǎo)致水質(zhì)惡化的因素之一,所以在進(jìn)EDI系統(tǒng)之前,一般可以安裝一個(gè)脫碳裝置,使得水中的CO2控制在５Mg/L以下。水中ｐＨ值和CO2存在一定溶解關(guān)系,理論上當(dāng)ｐＨ＞1０時(shí),去除效率最佳［４］,對(duì)于弱電離子si,也是同樣的道理,因?yàn)楣杷岬模穑耍槭牵梗?。高ｐＨ值有助于去除弱電離子,但是前提是必須在進(jìn)EDI系統(tǒng)前除去Ｃａ2+,Ｍｇ2+等離子。
              
    溫度對(duì)系統(tǒng)壓力,產(chǎn)水電阻有直接影響。通常EDI的進(jìn)水溫度應(yīng)控制在５～３５℃之間,最佳溫度是在2５℃左右。溫度的降低會(huì)使水的活性降低,即水中離子的布朗運(yùn)動(dòng)減弱,宏觀上表現(xiàn)為水的黏性增加,系統(tǒng)壓力上升。離子遷移減弱的另一個(gè)結(jié)果是離子和填充樹脂及膜的交換速度降低,濃差極化將成為影響速度的瓶頸。而且膜的交換能力一般也隨著溫度的下降而降低。如果溫度上升,則會(huì)表現(xiàn)出大致相反的現(xiàn)象。此時(shí)水中的離子活性增加,運(yùn)動(dòng)劇烈,水的電導(dǎo)相應(yīng)增加,此時(shí)如果給定電壓不變的話,電流就會(huì)上升。當(dāng)溫度超過(guò)一定溫度以后,產(chǎn)水水質(zhì)會(huì)逐漸變壞,這主要是由于離子和填充樹脂、離子交換膜的交換過(guò)程受離子活性等影響而減弱,所以進(jìn)水溫度低時(shí),我們要適當(dāng)提高電壓,以增加離子遷移的動(dòng)力和更有效的電離水分子;而當(dāng)我們使用相對(duì)溫度較高的進(jìn)水來(lái)運(yùn)行時(shí),也可以以節(jié)能降低電壓的方式來(lái)取得同樣的出水水質(zhì)。壓力的變化和控制是使得EDI模塊能夠正常運(yùn)行的另一個(gè)重要因素。
              
通常情況下產(chǎn)品水的壓力＞濃水壓＞電極水壓。這樣才能有效防止?jié)馑當(dāng)U散污染產(chǎn)品水的現(xiàn)象。壓力的變化還是判斷EDI模塊是否被污染,管路是否被堵的有效手段［５］。特別是當(dāng)濃水進(jìn)出口壓力差變大時(shí),常伴隨的問(wèn)題是濃水管路有堵,此時(shí)就需要人為的清潔管路,進(jìn)行化學(xué)清洗或其他手段來(lái)降低壓差。因此在EDI系統(tǒng)進(jìn)口,應(yīng)保證進(jìn)水的污染指數(shù)在合格范圍。
              
    ４系統(tǒng)平衡的判斷、調(diào)節(jié)及維護(hù)
              
    EDI系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在一個(gè)平衡狀態(tài),即:進(jìn)離子總數(shù)＝出離子總數(shù),宏觀表現(xiàn)就是３個(gè)工作區(qū)間相對(duì)穩(wěn)定,不發(fā)生上下移動(dòng)。如果模塊的工作條件發(fā)生變化,則需要比較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)達(dá)到平衡狀態(tài)。
              
    系統(tǒng)在運(yùn)行中可調(diào)因素大致有進(jìn)水流量、濃水流量、電壓等。
              
    進(jìn)水流量增加,模塊的工作壓力也相應(yīng)增加,如果超過(guò)EDI的處理范圍,出水水質(zhì)會(huì)顯著變差。所以當(dāng)進(jìn)水的電導(dǎo)比較高時(shí),適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)進(jìn)水的流量是必需的。當(dāng)進(jìn)水的電導(dǎo)比較小時(shí),也可以在EDI系統(tǒng)壓力允許的范圍內(nèi)增加進(jìn)水的流量,以提高產(chǎn)水的效率。
              
    濃水流量的變化是另一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡的要素,特別是對(duì)于系統(tǒng)中的電流有直接影響。濃水的流量對(duì)去除弱電離子si也有一定關(guān)系。由于si在25℃,ｐＨ值是6-8的水體中的溶解度是120Mg/L。所以進(jìn)水的濃縮倍率達(dá)到一定程度后,si在濃水中就會(huì)飽和,導(dǎo)致不能進(jìn)行更深度的除硅,這也是確定濃水流量下限的條件之一。
              
    如果電壓降低或是進(jìn)水的總離子水平提高的話,那么系統(tǒng)中的樹脂會(huì)更多的和離子發(fā)生交換,相應(yīng)的工作區(qū)間就往出水側(cè)移動(dòng),直至達(dá)到新的平衡,或是穿透,這一過(guò)程中,出水電導(dǎo)會(huì)發(fā)生一定的變化,出水的弱電離子增加是最明顯的表現(xiàn)。如果電壓上升或是進(jìn)水離子減少,則系統(tǒng)的工作區(qū)間會(huì)向進(jìn)水側(cè)發(fā)生移動(dòng),表現(xiàn)為出水水質(zhì)變好,弱電離子的含量減少。所以判斷系統(tǒng)的平衡狀態(tài)可以通過(guò)出水水質(zhì)變化,弱電離子的漏出多少來(lái)實(shí)現(xiàn),并可以通過(guò)工作區(qū)間的移動(dòng)來(lái)解釋。
              
    ５結(jié)語(yǔ)
              
    通過(guò)嘉興發(fā)電有限責(zé)任公司化學(xué)除鹽系統(tǒng)的EDI小型試驗(yàn),我們得到很多有關(guān)EDI實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)表明進(jìn)水的電導(dǎo)、施加的電壓、濃水的流量、水溫等都是控制EDI模塊系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素。根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地協(xié)調(diào)和確定各操作條件之間的關(guān)系,也是EDI系統(tǒng)用于電力生產(chǎn)的關(guān)鍵。可以設(shè)想在處理好以上問(wèn)題后,EDI技術(shù)將憑借自身的優(yōu)勢(shì)在未來(lái)的水處理行業(yè)中,占據(jù)重要的地位
              

              


                        
              

                    
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