高溫電去離子模塊通水隔板材料選型的研究

吳神剛，呂大為

（恩泰科（北京）科技有限公司，北京 101102）

電離除鹽模塊（EDI）制水不需酸、堿等化學藥品的再生即可連續制取高品質超純水，具有技術先進、結構緊湊、操作簡便的優點，被廣泛應用于電力、電子、化工等領域。目前，國內常溫EDI 模塊的技術已成熟，其運行溫度不超過45 ℃。進水溫度超過45 ℃的高溫EDI模塊，目前國內還沒有得到研究。常溫EDI的通水隔板是由食品級聚丙烯，氯化聚氯乙烯等組成，在常溫下潔凈度高，化學物質析出較少。食品級聚丙烯，氯化聚氯乙烯等材料滿足不了高溫進水要求。我國核電站VVER堆型除鹽水TOC ＜ 200 μg/L， M310堆型除鹽水TOC ＜ 100 μg/L，AP1000堆型除鹽水TOC ＜ 50 μg/L。因此，對高溫EDI模塊的通水隔板材料選型顯得尤為重要。

文章通過對高溫EDI通水隔板材料在60 ℃進行浸泡，并測其TOC滲析物/出口水質電阻率進行研究，最后通過高溫EDI樣機，在進水溫度55 ℃下模擬蒸汽發生器排污系統功能要求及核電廠二回路水質特點，在堿化劑條件下連續不間斷運行測試研究，為國產自主化高溫EDI模塊的應用研究提供參考。

1 高溫EDI模塊通水隔板的滲析試驗

高溫EDI模塊通水隔板的研究采用市場上的工程塑料A。該試驗分為兩步，第一步將工程塑料A粒料在60 ℃恒溫浸泡7天，檢測其在浸泡時滲析出的有機物（TOC）含量。第二步將合格的工程塑料A加工注塑成型成高溫EDI模塊通水隔板，采用自主研發的離子交換膜片裝成高溫EDI模塊樣機，模擬蒸汽發生器排污系統功能要求及核電廠二回路水質特點，在堿化劑條件下連續不間斷運行測試研究。

1.1 通水隔板工程塑料A粒料高溫浸泡滲析試驗

試驗步驟如下：

（1）稱重：稱取100 g工程塑料A粒料樣品，加入到用超純水洗干凈的玻璃試劑瓶中，該試驗分為1、2號兩組。分別取400 mL超純水水樣，加入到玻璃試劑瓶中，擰緊玻璃試劑瓶瓶蓋。

（2）原水水樣：取1個超純水水樣作為平行水樣，送檢第三方檢測機構檢測平行水樣中TOC含量。

（3）恒溫浸泡：在恒溫水箱中注入超純水，啟動恒溫水浴，待溫度升至60 ℃時，將裝有工程塑料A的玻璃試劑瓶放入恒溫水浴箱中，保持恒溫7 d，開始計時。

（4）浸泡水溶液收集：恒溫水浴7 d后，分別用取樣瓶取浸泡過工程塑料A粒料的溶液300 mL，送第三方檢測機構檢測TOC含量。

（5）系統參數測定：在恒溫水浴過程中，注意觀察記錄恒溫水浴溫度、運行時間。

1.2 通水隔板的滲析試驗

試驗步驟如下：

（1）將上述工程塑料A粒料加工注塑成型成通水隔板，組裝成電離除鹽模塊空殼樣機，內部無樹脂和離子交換膜片。

（2）將組裝好的空殼電離除鹽模塊樣機安裝在測試平臺，純水箱中注入超純水，啟動循環加熱系統，保持恒溫，將進水溫度分別升高至35 ℃、45 ℃、55 ℃，60 ℃，每隔1 h記錄一組數據，每組溫度測試時間為7 h：記錄進水溫度，出水溫度、進水電導率、產水電阻率。

（3）分別取產水水樣送第三方檢測機構檢測TOC的含量。

（4）同時觀察電離除鹽模塊空殼樣機的外觀是否發生形變。

1.3 高溫EDI模塊樣機測試

將上述通水隔板，采用自主研發的離子交換膜片組裝成高溫EDI模塊樣機進行模擬蒸汽發生器排污系統功能要求及核電廠二回路水質特點，在堿化劑條件下連續不間斷運行測試。

2 試驗數據分析

2.1 通水隔板工程塑料A粒料浸泡滲析試驗數據

根據第三方檢測機構TOC檢測結果可知，平行原水樣中的TOC含量為0.23 mg/L，1、2號滲析TOC濃度分別為0.71 mg/L、0.76 mg/L，因此，則有：

1號滲析試驗TOC濃度：

2號滲析試驗TOC濃度：

將溶劑量轉化成與高溫EDI模塊產水量相同的流量5000L/H，則有滲析濃度：

從以上滲析濃度可出，在60 ℃下，工程塑料A粒料每小時的滲析濃度為0.228 μg/L、0.252 μg/L，TOC含量幾乎可以忽略，因此，工程塑料A粒料從滲析角度看，相較于氯化聚乙烯，是符合超純水要求的。

2.2 通水隔板滲析的TOC含量檢測

當高溫EDI模塊空殼樣機運行3~5 h后，用取樣瓶進行取樣，取樣瓶在取樣之前，用超純水浸泡一周。總共4組高溫EDI鹽模塊空殼樣機產水樣品。

從TOC檢測結果可以知道，當進水溫度為35℃時，電離除鹽模塊空殼樣機產水樣中TOC含量為0.3 mg/L，這是由于電離除鹽模塊空殼機水箱中的水未得到連續持續更新，其水箱為聚丙烯（PP）材質，其滲析作用相對較強。當進水溫度為45 ℃、55 ℃，60 ℃時，TOC含量均小于0.1 mg/L，由此可見，通水隔板在60 ℃以內運行，滲析出的TOC含量是微量的，幾乎不影響產水電阻率。

2.3 通水隔板滲析對產水電阻率的影響

高溫EDI膜堆空殼樣機中的進水來自常溫超純系統。隨著運行時間的延長，不同溫度的進水電導率有小幅度的下降，產水電阻率有小幅度的上升，從圖1可以看出，這是因為隨著時間的增加，空殼樣機中的進水得到不斷的更新，使得高溫EDI模塊空殼樣機中的水質更干凈。從出口水質能保持一個較好的電阻率看，通水隔板的TOC滲析對高溫EDI模塊產水水質影響是可以忽略的。

圖1 進水電導率和產水電阻率

不同進水溫度下，4組樣機出口水質電導率略微比進水電導率低，這是由于進水電導率表采用河北科瑞達儀器科技股份有限公司生產的CCT-8301電導率表，其電極常數為0.1 cm-1，產水電阻率表采用SWAN生產的AMI Rescon電阻率表，其電極常數為0.01 cm-1，即AMI Rescon電阻率表的精度高于CCT-8301電導率表。

2.4 高溫EDI模塊模擬測試

高溫EDI模塊在運行溫度為55 ℃，pH在9.0~10.5。Na、Cl、SO42-等離子濃度在100~ 250 μg/L的條件下連續運行模擬測試，其產水電阻率基本保持在17.5 MΩ.cm左右。

3 結論

文章通過對高溫EDI模塊的材料選型研究測試數據研究分析，得出以下結論：工程塑料A符合高溫EDI模塊通水隔板的要求。