新一代深度脱盐技术在高纯水制备中的应用.doc

EDI —— 新一代深度脱盐技术在高纯水制备中的应用 浙江欧美环境工程有限公司 仝志明 李 翔 [内容摘要] EDI是最近出现的深度脱盐技术，它作为反渗透的下游处理工序，成为传统混床的最佳取代技术。为了在电力、电子、冶金、化工、医药等诸行业中更具有价格上的竞争力，EDI技术正朝着放宽进水水质限制、降低系统投资的方向发展。在我国多个工程的应用实践表明，EDI具有运行连续、水质稳定，无需酸碱再生的特点。其维护管理简便，运行成本低，产水水质能够满足各行业对水纯度的不同要求。 [关 键 词] EDI，离子交换，高纯水，反渗透 1．前言 在电子、电力、生物、制药化工等诸多领域中，对高纯水或者超纯水都有着广泛的需求。实现水深度脱盐的传统方法是离子交换法。但是离子交换树脂再生时要消耗的大量酸碱，带来酸碱运输、存储不便，运行操作劳动强度大、环境差， 图1. 纯水制备工艺流程的演变 再生废液处理和排放困难等多方面的问题。最近二十年来，反渗透技术日益广泛的应用，大大减少了水处理系统对酸碱的消耗。然而，在水质要求更高的纯水系 统中，仍然需要增加混床处理工序以进行深度脱盐，因而酸碱存储、处理和排放的问题仍旧不能避免。这一问题的彻底解决则依赖于必威体育精装版的深度脱盐技术——EDI的出现（见图1）。 EDI（Electrodeinization）技术，或称电脱盐、电去离子技术，是近年来出现的一项革新的高/超纯水制备技术。它把传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来，既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足，这些显著优势使得该技术在各个行业得以迅速地推广。 2．EDI的脱盐机理 EDI实际上是在电渗析器的淡水室中填入混床树脂，其结构示意图如下： 进水中的盐离子在EDI元件中发生下列三种迁移： 离子与阴、阳树脂发生离子交换而结合到树脂颗粒上； 离子在电场作用下经树脂颗粒构成的离子通道迁移到浓水室，从而完成水的脱盐过程； 在一定的电流密度下，树脂、膜、水之间的界面处因产生浓差极化而迫使水分解成H+和OH-，从而同时再生了树脂。 可见，在EDI中，既有离子交换的工作过程，又有电渗析的工作过程，还有树脂的再生过程，这三个过程同时发生，使得EDI能够连续、稳定地实现水的深度脱盐，提供高纯水或者超纯水。 应用研究表明，目前EDI技术适合于电导率低于10－30μS/cm低含盐量水溶液的深度脱盐，通常是作为反渗透的后级处理工艺，提供产水电阻率在5－16 MΩ·cm的高纯水及超纯水。 3．EDI技术的发展趋势 EDI的研究工作早在60年代就已经开展，但直到1987年才在美国推出了第一台商用产品。随后在20世纪90年代，全球电子工业的迅速发展对工艺用超纯水系统提出了更高的要求（16-18MΩ·cm），EDI技术的应用随之获得了第一次飞跃。当时EDI产品追求的主要目标是高水质（18MΩ·cm），而对投资、成本则关注较少。出于多方面考虑，水处理系统多采用“两级反渗透+EDI”的流程，使得系统的投资较大。 随着EDI技术的日益成熟，EDI在其它行业的应用成为关注的焦点。据估计，用于电子超纯水系统的EDI仅占其市场的5%，而90%以上的市场在电力、冶金、化工、医药等行业。这些行业用水的特点给EDI提出了新的技术挑战（见表1）。 表1. EDI在不同行业中应用的特点比较 电子超纯水 冶金、电力、化工等高纯水 对EDI产水水质要求很高，16-18MΩ·cm； 对EDI产水水质要求不高，1-5MΩ·cm； 水量小，每小时数吨至数十吨； 水量大，每小时数十吨至数百吨； 对投资关注程度低，多采用两级反渗透作为EDI前处理； 非常关心投资成本，希望采用一级反渗透作为EDI前处理； EDI进水水质较好。 EDI进水水质较差。 图3. OMEXELL 卷式EDI可拆卸结构示意图 到目前为止，板框式EDI在电子超纯水系统中已经有比较广泛的应用。但由于EDI的产水水质受其进水条件的影响很大，在系统的设计中，往往采用两级反渗透以保证EDI的进水水质。因此，更宽的进水条件、更好的产水水质和更低的投资运行费用是EDI技术近来发展的重点方向。适应这种需求，在2001年初市场上出现了新一代产品－卷式EDI。两种卷式EDI之一的OMEXELLTM EDI目前在我国多个行业中已经有了较广泛的应用，这是唯一一种具有可拆卸结构的EDI（图3）：即膜芯和树脂都可以方便地拆装和更换。这一特点使得其更可靠、更经济，因而更得到用户的欢迎。 4．EDI产品的工程应用 卷式EDI所拥有的技术优势和良好的性价比使得它一经出现，就得到了各行业用户的广泛认可。迄今在我国已经有数十套工业装置在运行，总产水量超过了2000m3/hr（见表2）。 表2. 卷式EDI在中国的部分工程实例