EDI技術在水處理系統上的應用

劉善民 河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院

廖子先 南陽市鍋爐壓力容器檢驗所

姜 云 南陽市質量技術監督檢驗測試中心

1 EDI水處理技術

1.1 EDI原理

近年來隨著水處理系統的深入研究，一種新型的EDI水處理技術已經在電廠廣泛應用。EDI水處理技術是將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元，EDI工作原理如圖1所示。 EDI模塊中將一定數量的EDI單元間用隔板隔開，形成濃水室和淡水室。又在單元組兩端設置陰/陽電極。在直流電的推動下，通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜將陰陽離子去除而進入到濃水室。而通過濃水室的水將離子帶出系統，成為濃水。EDI設備一般以二級反滲透（RO）純水作為EDI給水。RO純水電阻率一般是2～40μs/cm（25℃)。EDI純水電阻率可以高達18 MΩ.cm(25℃)。

圖1 EDI工作原理

1.2 EDI的優點

EDI設備應用在反滲透系統之后，取代傳統的混床離子交換技術生產穩定的超純水。EDI技術與混合離子交換技術相比有如下優點:

1)水質穩定 2)容易實現全自動控制 3)不會因再生而停機 4)不需化學再生 5)運行費用低 6)廠房面積小。

2 EDI在某電廠的應用

隨著EDI水處理技術的日漸成熟，為了使EDI水處理技術達到最佳的出水效果，通過某油田采油廠EDI設備運行一年來的穩定運行經驗表明通過調整和優化原水硬度，原水電導率，減少原水中重金屬含量，調節進水流量，濃水流量，電壓等參數，可以保證EDI裝置高效、穩定的運行。

2.1 原水的硬度

對于原水硬度的限制是為了防止EDI膜堆里結垢。EDI中電解產生的OH-離子在陰離子膜的濃水表面維持一個較高的pH值,該表面能形成鈣、鎂的結垢（碳酸鹽、氫氧化物）。陰極表面也是高pH的位置，原因在于OH－離子的再生與水的電解有關。如果EDI中進水的殘存硬度太高，會導致濃縮水通道的膜表面結垢，濃水流量下降，產水電阻率下降，影響產水水質。嚴重時會堵塞組件濃水和極水流道，導致組件因內部發熱而毀壞。在進水硬度<0.1ppm時，系統的最高回收率為95%；而當進水硬度在0.1～0.5ppm時，濃水中需要加鹽來調節濃水電導率，并且系統的最高回收率為90%，而且需要定期清洗。在進水硬度為0.5ppm以上時，增加反滲透等輔助設備以降低原水硬度對EDI設備穩定運行的影響。

2.2 原水電導率對脫鹽效果的影響

在進水流量為50t/h為例，改變原水電導率則得到出水電導率與原水電導率的關系。在相同的操作電流下，隨著原水電導率的增加則EDI出水的電導率也增加。因為原水電導率低則離子的含量也低，同時低離子濃度使得在淡室中樹脂和膜的表面上形成的電勢梯度也大，這導致水的解離程度增強，極限電流增大，產生的H+和OH-的數量較多，使填充在淡室中的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。

原水電導率越小則水解離越劇烈，產生的H+和OH-也越多，樹脂再生的效果就越好(使其保持良好的交換性能)。當操作電流繼續升高時，H+和OH-除用于再生樹脂外還用于負載電流，故淡室中的水解離程度繼續增大，使得離子交換與樹脂的再生逐漸達到平衡，產水電導率趨于穩定。因此，原水電導率是影響水質的最重要因素之一。當進水電導率較高時，隨著操作電流的增加其產水水質有所下降。當操作電流從0逐漸增加時，EDI出水的電導率上升 (水質有所下降)，其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱，樹脂幾乎沒有獲得再生。此時離子交換起了主要作用，短時間內樹脂就被鹽離子所飽和，而這時樹脂主要起到增強離子遷移的作用。

所以，EDI水處理技術對原水的電導率有較高的要求，進水電導率小于40μs/cm，才能保證EDI設備連續運行的穩定性，可操作性和可控性，而最佳電導率在2～10μs/cm。增加前期的處理后，EDI設備對其都有很好的脫鹽效果(脫鹽率＞99%)，出水的電導率能夠達到高純水標準 (電導率＜1μs/cm)。

2.3 Fe、Mn等金屬離子的影響

Fe、Mn等金屬離子會造成樹脂的“中毒”。樹脂的金屬“中毒”會造成EDI出水水質的迅速惡化，尤其是硅的去除率迅速下降。另外變價金屬對離子交換樹脂的氧化催化作用，會造成樹脂的永久性損傷。一般在進入EDI之前經過RO，混床處理能夠使水中的Fe、Mn等金屬離子含量減少，降低樹脂的中毒程度。運行中控制EDI進水的Fe低于0.01mg/L。如果樹脂已經發生了“中毒”，可以用酸溶液作復蘇處理，效果比較好。

2.4 進水流量及濃水流量的影響

進水流量與EDI設備的處理能力、進水水質以及進水壓力有關。在EDI設備產水能力恒定條件下,進水水質越差,設備的單位處理負擔就越重,進水流量應當調節的越小。在設備的啟動階段,應避免瞬間流量過大時,造成膜的穿孔。由于設備的電子流主要通過填充樹脂傳遞的,所以濃水電流在一定程度上成了影響設備中電子流遷移的關鍵。在實際的試驗中可以發現,減少濃水的流量可以提高系統的電流,并且在一定程度上提高水質。但是濃水流量也并非越小越好,當濃水流量過小時會導致膜兩側濃度差過大,而形成濃差擴散影響水質。另一方面,由于弱電離子Si及其離子態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。根據現場試驗可以大致得到濃水流量一般為進水的5～10倍為宜。

2.5 電壓對EDI出水水質的影響

EDI出水水質與操作電壓密切相關。操作電壓過小則不足以在純水排出之前將離子從淡水室移出，電滲析過程和樹脂再生過程都比較微弱，此時主要進行的是離子交換過程。隨著操作電壓的增大則水解離程度增大、樹脂的再生效果好，使得淡水的電導率下降，當操作電壓增加到一定程度時離子交換過程與樹脂的再生過程達到了平衡，產水電導率進一步下降并趨于穩定。但操作電壓過大將引起過量的水電離和離子反擴散而降低產水水質。所以，建議EDI在適當的電壓下運行。

3 確定EDI水處理系統最佳工藝條件

通過油田采油廠化學除鹽系統的EDI小型試驗,得到很多有關EDI實際操作的經驗。試驗表明，進水的電導、施加的電壓、濃水的流量、電壓等都是對EDI設備系統穩定運行有重要的影響。最佳工藝檢表1。

表1 EDI最佳工藝

根據實際情況因地制宜地協調和確定各操作條件之間的關系,也是EDI系統用于電力生產的關鍵。可以設想在處理好以上問題后,EDI技術將憑借自身的優勢在未來的水處理行業中,占據重要的地位。

1 趙瑩.全膜水處理工藝在火力發電廠循環水排污水回用方面的應用.電力設備,2006,8

2 王德河,等.全膜法深度處理污水廠出水并回用于熱電廠.中國給水排水,2008,8

3 劉彩霞,等.全膜法工藝及應用.科技情報開發與經濟,2008,14

4 曲書芳等.EDI技術在發電行業化學水處理系統中的應用.山東電力技術,2003,5

5 劉學軍.全膜水處理技術在電廠鍋爐補給水處理中的應用,熱力發電,2006,12

6 沈曉鯉,等.EDI原理及其在純水清潔生產中的應用

7 許臻,等.EDI除鹽技術在白村發電廠的應用.熱力發電,2005,10