1EDI技術(shù)的發(fā)展
電去離子(EDI-electrodeionisation)是一種將離子交換樹(shù)脂和離子膜相結合,在電場(chǎng)作用下連續去除離子的水處理方法。該技術(shù)是隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)對純水質(zhì)量要求不斷提高和環(huán)保對水處理中水利用率和化學(xué)物品的排放控制要求提高而逐步發(fā)展起來(lái)的。
歷史上,早期的純水的需求主要來(lái)自于醫藥、化工、發(fā)電、造紙等行業(yè),水質(zhì)要求相對較低。在六、七十年代,純水制備主要采用蒸餾和離子交換。前者能耗很高,后者需要化學(xué)藥劑再生,既麻煩又不經(jīng)濟,而且由于強型樹(shù)脂對一般有機分子去除效果很差,出水中TOC含量高。隨著(zhù)半導體工業(yè)的發(fā)展,對純水質(zhì)量要求不斷提高,從而大大推動(dòng)了純水技術(shù)的發(fā)展。到八十年代,膜技術(shù)得到廣泛應用,微濾、超濾、電滲析和反滲透(RO)等先進(jìn)的水處理技術(shù)得到長(cháng)足發(fā)展。RO-混床系統取代了傳統的離子交換系統,解決了TOC問(wèn)題,滿(mǎn)足了諸如電子等行業(yè)對純水質(zhì)量要求。但是,由于RO脫鹽率有限,混床需要化學(xué)藥劑再生的問(wèn)題仍未解決,并且出于環(huán)保需要,減少化學(xué)再生藥劑使用的呼聲越來(lái)越大,因而以電化學(xué)為基礎的EDI技術(shù)便得到了重視。
早在四十年前,EDI就作為一種不用化學(xué)藥劑再生的水處理方法而用于實(shí)驗室。EDI技術(shù)的長(cháng)足發(fā)展是近十年,尤其是近幾年來(lái)的事情。初期的EDI系統設計不完善,可靠性有問(wèn)題,而且價(jià)格偏高,只適合于小流量用戶(hù)?，F在國外如美國E-CELL等公司已成功地商業(yè)化生產(chǎn)EDI設備,出水質(zhì)量可與混床出水相媲美;EDI與RO一樣設計成標準模塊,可大批量生產(chǎn)和大規模組合,水量也能滿(mǎn)足工業(yè)用水量要求。
2EDI結構和工作原理
EDI常與RO連用,構成RO-EDI純水系統。如上所述,EDI已設計成標準模塊,EDI單元就是由若干模塊組合而成。每個(gè)EDI模塊結構如圖1所示,有數個(gè)雙腔室?jiàn)A在兩個(gè)電極(加直流電)之間,呈層疊式板框結構;雙腔室包括淡水腔(用D表示)和濃水腔(用C表示);二腔之間隔以一對陰、陽(yáng)離子膜(亦稱(chēng)陰向膜或陽(yáng)向膜),陰、陽(yáng)膜間裝填陰陽(yáng)樹(shù)脂混合床構成D室;該陰、陽(yáng)膜分別與另一D室中的陽(yáng)、陰膜間構成C室。
圖1EDI工作原理示意圖
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進(jìn)水按一定比例通過(guò)C室和D室。離子在D室的行為可以理解為四個(gè)過(guò)程:①離子在電場(chǎng)作用下向濃水室遷移;②離子與樹(shù)脂的結合;③水的電離和遷移,遷移到C室中的H+和OH-離子又結合成水;④由于電場(chǎng)作用,離子不斷從樹(shù)脂上離解,使樹(shù)脂不斷再生。它們在電場(chǎng)作用下達成平衡(以Na+為例):
與普通混床不同之處在于,進(jìn)入D室中的陰、陽(yáng)離子先是與樹(shù)脂結合,而后在直流電場(chǎng)作用下從樹(shù)脂上不斷離解,分別通過(guò)陰、陽(yáng)膜向陽(yáng)極和陰極移動(dòng),樹(shù)脂同時(shí)得以再生。由于上述平衡作用,在水流方向上形成濃度梯度,可根據進(jìn)水情況和出水要求調節電流(電壓)大小,使流出的水為不含陰、陽(yáng)離子的純水;由于膜對陰、陽(yáng)離子的選擇通透性,進(jìn)入C室的離子不能通過(guò)另一極膜而在C室濃縮。
典型的EDI系統中,90%～95%的進(jìn)水是通過(guò)D腔的,5%～10%的進(jìn)水通過(guò)C腔。為了防止結垢,濃水用泵強制循環(huán),高速通過(guò)膜面。濃水部分排放;排放的濃水可返回RO再處理。
3EDI的經(jīng)濟技術(shù)特點(diǎn)及環(huán)保價(jià)值
EDI技術(shù)的最大特點(diǎn)是用電場(chǎng)和離子膜取代離子交換樹(shù)脂的化學(xué)再生,使RO-EDI純水系統在設備結構、使用操作、運行費用等方面與RO2混床相比具有明顯優(yōu)勢;并克服了再生樹(shù)脂所產(chǎn)生的廢水排放問(wèn)題，同時(shí)有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢(xún)具備類(lèi)似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。
(1)EDI與RO配套使用,可調節電流以改變出水質(zhì)量,用標準模塊組合改變出水量。十多年的商業(yè)應用表明,該系統在100磅/平方英寸(7kg/cm2)壓力下運行穩定,出水電阻率可達到16M8·cm以上,含Si量在20ppb以下,水質(zhì)可靠,能滿(mǎn)足目前最嚴格的工業(yè)用水質(zhì)量要求,出水量可高達2000加侖/分(450立方米/小時(shí))。
(2)EDI不用再生樹(shù)脂,免除了樹(shù)脂化學(xué)再生配套設施(如酸堿貯罐、泵和管道)使純水系統設備結構簡(jiǎn)化,投資節省,操作簡(jiǎn)化,運行費用降低。近年來(lái),國外E2CELL公司和ECODYNE公司在不同流量(50、200、600加侖/分)、不同水質(zhì)(低、中、高TDS)情況下,對RO-EDI與RO2混床純水系統的技術(shù)經(jīng)濟性能作了專(zhuān)門(mén)的比較研究。結果表明,前者的用工是0.5人時(shí)/日,后者為2人時(shí)/日;EDI安裝費用比混床低得多。設備投資安裝和運行費用按10年攤還期計,EDI投資系數為10%,EDI在低流量情況下較混床系統經(jīng)濟得多;在大流量時(shí)相當。上述比較中未考慮占地和環(huán)保管理等費用,在這方面EDI占明顯優(yōu)勢。
(3)技術(shù)經(jīng)濟比較還表明,EDI比混床系統更能適應進(jìn)水中TDS變化而不影響出水質(zhì)量,而且對制水成本影響很小。
(4)EDI環(huán)境效益顯著(zhù),表現在二個(gè)方面:①克服了樹(shù)脂化學(xué)再生造成的廢水污染;②EDI排放的濃水可直接回到RO之前再利用,這樣EDI單元可以做到?jīng)]有廢水排放。
4EDI技術(shù)應用前景
由于EDI上述優(yōu)點(diǎn),EDI技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展很快。目前,國際上已有多家公司生產(chǎn)銷(xiāo)售RO-EDI系統。其應用不僅在制藥、造紙、化工、發(fā)電等工業(yè)部門(mén),而且還應用于其他領(lǐng)域。如美國Millipore公司Elix系列純水設備就采用了RO-EDI技術(shù),用于分析實(shí)驗室用純水制備,其EDI出水質(zhì)量符合分析實(shí)驗室用純水二級標準。事實(shí)上,EDI已在國際上形成穩定市場(chǎng),并在不斷拓展。隨著(zhù)環(huán)境意識的加強和環(huán)保要求的提高,與需要化學(xué)再生而產(chǎn)生大量廢水污染的傳統混床相比,EDI技術(shù)將倍受青睞。并且隨著(zhù)膜技術(shù)的不斷發(fā)展,RO-EDI系統可望有進(jìn)一步的改進(jìn)。有關(guān)專(zhuān)家預測,未來(lái)3～5年內85%的工業(yè)水處理系統將采用RO-EDI技術(shù)。
我國目前還沒(méi)有大規模應用EDI技術(shù),與UF和RO等膜技術(shù)研究相比,EDI技術(shù)研究滯后。而國內水處理技術(shù)市場(chǎng)很大,并且發(fā)展很迅猛。因此,研究開(kāi)發(fā)和應用EDI技術(shù)十分必要。
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