RO+EDI造水系統運行工藝研究

唐遠輝 余峰 楊松 鄭建軍 徐來

摘 要

某工程造水系統是我所首次使用RO（反滲透）+EDI（電去離子）工藝的造水系統。為掌握該系統的運行規律，本文分析了影響造水系統產量和水質的因素，并對二級RO進水pH值、電流、淡水流量、淡水室和濃水室的壓差、濃水流量對水質的影響進行了試驗分析，確保了產水的水質。

關鍵詞

去離子水;反滲透;電去離子

中圖分類號： TQ083.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 06

0 前言

去離子水生產系統工藝的發展大致經過三代，第一代是“預處理+陰、陽離子交換樹脂+混床”;第二代是“預處理+RO（反滲透）+混床”;第三代是“預處理+RO+EDI（電去離子）”。RO+EDI的工藝的優點是不需要酸堿進行樹脂再生，可以長期連續運行。

根據用水要求和其所在地的水質情況，陰陽離子交換樹脂、反滲透和電去離子可以組合成不同的造水系統[1]。我所存在兩種造水工藝，一種是高通量堆使用的預處理+陽柱+陰柱的造水工藝，一種是某工程使用的預處理+RO+EDI的造水工藝。前者已經運行了30余年，積累了豐富的經驗，運行情況也不斷得到優化和改進，工藝上已經非常成熟。而后者是首次在我所運用。

本工程造水系統運行初期，產水電阻率達到13MΩ*cm，產量達到了4t/h，滿足設計要求。然而根據文獻[2]，EDI產水的電導率可以達到17MΩ*cm。為了提高產水水質和產水量，本文對造水系統的運行工藝進行了研究。

1 RO裝置的運行研究

造水系統選用陶氏公司生產的LCLE4040反滲透膜，采用兩段式排列，每三根串聯為一個單元。工作時原水從截面外圍進入膜，經過反滲透，滲入膜中心的淡水集管。各個單元的淡水匯合到一起，進入RO水箱。

1.1 RO裝置產水量的提升

由圖可見，電導率呈U字變化。當二級RO進水pH值較低時，電導率高的原因是產水中二氧化碳的水解;當二級RO進水pH值較高時，電導率高的原因是添加堿液的影響。因此，在運行過程中應將二級RO進水pH值控制在7到8之間。

2 EDI裝置運行研究

2.1 EDI裝置的工作原理

EDI裝置是利用離子在電場中的定向移動，以及陰陽離子交換膜對于陰陽離子的選擇性透過來實現水的凈化的。其工作原理如圖1所示。

EDI裝置在電場的作用下同時進行兩個過程[4]：

（1）去離子過程：淡水室進水中雜質離子先與離子交換樹脂進行離子交換，然后雜質離子在電場作用下在樹脂之間遷移，最后通過離子交換膜進入濃水室，達到去除離子的目的。

（2）樹脂再生過程：在EDI淡水室進口，樹脂層吸附了大量的雜質離子，雜質離子在樹脂層上遷移導電;而在淡水室出口，水中雜質離子較少，將會發生水的離解，生成H+和OH-，這樣可自動持續對樹脂進行再生。

2.2 EDI設備運行研究

根據文獻[4]，RO產水電阻率、淡水流量、濃水流量、淡水室和濃水壓差、電流大小等均影響EDI的運行效果。根據現場設備情況，本文通過研究淡水流量、濃水流量和電流的取值來對EDI的運行進行研究。

2.2.1 電流對于水質的影響

EDI通過帶電離子在電場中的定向移動來除去離子，因此，電流的大小對于其去離子能力有著較大的影響。當淡水流量為2t/h，濃水流量為400L/h，極水流量為100L/h，電流對水質的影響如圖2所示。

從圖2中可見，當電流從1.2A加大到2A時，產水水質有顯著提高，電流繼續加大后，水質提升并不明顯，甚至還有微弱下降。這是因為，在EDI設備中，電流的作用一是促進雜質離子遷移，二是水的離解。在起始階段，隨著電流的增大，雜質離子的遷移增強，水質上升，同時水的離解程度也加大，促進了樹脂的再生，進一步提升了水質;當電流達到一定程度時，雜質離子遷移已經比較徹底，此時電流主要作用是水的離解，對產水電導率提升不大[5]。過大的電流還會使離子通過選擇性透過膜，這是導致曲線上電阻率略微下降的原因。同時，過大的電流會使積水中產生更多的氫氣和氧氣，影響到極板的冷卻。因此，EDI設備的電流不應該過大。

2.2.2 淡水流量對水質的影響

調試時，電流取1A和2A兩種情況，濃水流量為400L/h，極水流量為100L/h，淡水流量對產水水質的影響如圖3所示。

由圖3可見，電流為1A和2A的情況下，淡水流量對水質的影響趨勢是一樣的，且當電流較小時，電導率始終不超過14MΩ*cm，由此可見，電流對與水質的影響大于淡水流量對水質的影響。因此，以下主要討論電流為2A的情況。

當電流為2A時，隨著淡水流量的上升，產水電導率先緩慢上升，后下降。這是因為，當淡水流量比較小時，增大淡水流量，可以使水流在淡水室中更好的分布，與樹脂的反應更充分，故水質得以上升。當淡水壓力繼續增大時，淡水室和濃水室的壓差變小，直至為負，濃水向淡水滲透，使水質變差。淡水室和濃水室壓差隨淡水流量的變化見圖4。

2.2.3 濃水流量對水質的影響

調試時，電流取1A和2A兩種情況，淡水流量為2t/h，極水流量為100L/h，濃水流量對產水水質的影響如圖5所示。

由圖5可見，濃水流量對水質的影響不大，隨著濃水流量的上升，水質有微弱的提升，這是因為隨著濃水流量上升，濃水流速加快，濃水中離子濃度降低，促進了淡水中的雜質離子遷移到濃水中。但這種影響比較微弱。

3 結論

本文通過調試試驗，將RO裝置的產水量由5t/h提高到5.6t/h，提高了12%。同時探討了影響RO+EDI造水系統水質的因素，結論如下：

（1）通過調節二級RO進水pH值，可以有效除去溶于水中的二氧化碳，提高水質。

（2）當EDI電流小于2A時，產水電阻率隨電流增大而增大;當電流過大（大于3A）時，水質有微弱下降。因此運行時宜取2A到2.5A。

（3）淡水流量通過影響淡水室和濃水室的壓差影響水質。當淡水流量過大時，淡水室和濃水室壓差為負，濃水向淡水滲透，水質迅速下降。

（4）濃水流量本身較小，其取值對水質影響不大。

參考文獻

[1]彭柯，何龍，鄭爽英，王波.EDI技術取代復床+混床除鹽工藝的應用[J].水處理技術，2011，37，8：124-126.

[2]通用電氣.E-CELL MK-3用戶手冊[M].通用電氣，5.

[3]陶氏化學.反滲透和納濾膜元件[M].陶氏化學公司，2012：186.

[4]張贏.EDI產水水質影響因素的試驗及分析[J].工業用水與廢水，2007，38，1：21-26.

[5]聞瑞梅，范偉，鄧守權.雜質離子在EDI中的傳質模型[J].凈水技術，2003，1：1-4.