EDI超純水(shui)制取(qu)設備

　　EDI(電(dian)除鹽(yan)系統)工作(zuo)原(yuan)理

　　高純(chun)度水對(dui)許多工商業工程非常重要，比如：半導體(ti)制(zhi)造業和制(zhi)藥業。以前這些工業用(yong)的純(chun)凈水是用(yong)離子交換(huan)獲得的。

　　然(ran)而，膜系(xi)統和(he)膜處(chu)理過(guo)程(cheng)(cheng)作(zuo)為預處(chu)理過(guo)程(cheng)(cheng)或離子交換系(xi)統的(de)替代品越來越流行。如電除(chu)鹽過(guo)程(cheng)(cheng)(EDI)之類的(de)膜系(xi)統可(ke)(ke)以(yi)很(hen)干(gan)凈地(di)去除(chu)礦物質并可(ke)(ke)以(yi)連(lian)續工作(zuo)。

 　　而且，膜處理過(guo)程(cheng)在機械(xie)上比離子交換系統簡(jian)單得多，并不需(xu)要酸、堿再生及廢水(shui)中和。

　　EDI處理過程是膜處理過程中增長快的業務之一(yi)。EDI是帶有(you)特殊水槽的非(fei)反向電滲(shen)析(ED)，這個水槽里的液流通道中填充了混床離子交換樹脂(zhi)。

　　EDI主(zhu)要用(yong)于把總固體(ti)溶解量(TDS)為1-20mg/L的水(shui)源制成8-17兆歐純(chun)凈水(shui)。通常水(shui)源是由反(fan)滲(shen)透(tou)(RO)產生(sheng)。

　　ED和EDI都是用直流電(dian)作為(wei)除(chu)鹽的(de)能源(yuan)。如圖所示，溶(rong)液中的(de)離子被吸向帶相反(fan)電(dian)荷的(de)電(dian)極。

　　如圖所示，用陰、陽(yang)離(li)子選擇膜把電極之間的(de)空間隔(ge)成小(xiao)室，這樣可(ke)以把一(yi)半小(xiao)室中的(de)鹽(yan)除去，而在另一(yi)半小(xiao)室內濃(nong)縮。不斷地給小(xiao)室供(gong)水和抽水，就可(ke)以建立連續的(de)除鹽(yan)處理過程。

　　ED和EDI中用的膜是用離子交換樹脂制成片(pian)狀(zhuang)，通常為了(le)增加(jia)強度會在樹脂片(pian)上附一(yi)層布。

 　　ED和EDI的物(wu)理區別(如圖3所示)主要(yao)在于除(chu)鹽室里填充(chong)的是混床離子交換樹脂珠。

　　離(li)(li)子的(de)轉移(yi)分為2個步驟。首先離(li)(li)子擴散到(dao)離(li)(li)子交換樹(shu)脂，然(ran)后(hou)在電場(chang)作用下穿過(guo)樹(shu)脂到(dao)達膜。因為這樣的(de)電阻較小，電流(liu)會流(liu)過(guo)離(li)(li)子交換樹(shu)脂。EDI的(de)濃縮(suo)室中沒有樹(shu)脂。

　　EDI中水電離的作用

 　　要理解EDI和它的(de)用途，就必須理解"水的(de)電離(li)"。水電離(li)后就會(hui)變為氫離(li)子(zi)和氫氧根離(li)子(zi)。化學反應方程式為：H2O<==>H++OH-

　　如果(guo)離子在(zai)(zai)結合為水以前被(bei)分離、就會(hui)形成(cheng)酸和堿(jian)。在(zai)(zai)ED和EDI中(zhong)，如果(guo)電(dian)(dian)流(liu)超過了移動溶(rong)解鹽所需的(de)能量，水就會(hui)電(dian)(dian)離。在(zai)(zai)ED過程(cheng)中(zhong)在(zai)(zai)陰離子交換膜上(shang)有較(jiao)低電(dian)(dian)流(liu)時就會(hui)發生水的(de)電(dian)(dian)離，原(yuan)因(yin)尚未找(zhao)出。

　　在(zai)(zai)ED系統中過大的(de)電流(liu)會引起水的(de)電離(li)。氫離(li)子在(zai)(zai)直(zhi)流(liu)電場(chang)的(de)作用下進入離(li)子交換樹(shu)脂(zhi)，并在(zai)(zai)那與碳酸氫根離(li)子反應生成CO2。這會降低水的(de)pH值(zhi)。

　　氫氧(yang)根(gen)離(li)(li)子進入陰(yin)離(li)(li)子交換(huan)膜并與碳酸氫根(gen)離(li)(li)子反應生(sheng)成(cheng)碳酸根(gen)離(li)(li)子。如果水中(zhong)存在(zai)Ca2+，一部分Ca2+就會從濃縮室中(zhong)進入陰(yin)離(li)(li)子交換(huan)膜。

　　陰離子交換膜(mo)并不能100%阻隔陽(yang)離子。這就(jiu)使CaCO3沉積在膜(mo)內部。

　　如(ru)果水(shui)中沒有鈣或碳酸氫(qing)(qing)根，氫(qing)(qing)離(li)子會穿過擴(kuo)散流通道和陽離(li)子交換膜而進(jin)入(ru)濃縮(suo)(suo)室(shi)。而OH-會通過陰離(li)子交換膜進(jin)入(ru)濃縮(suo)(suo)室(shi)。兩者會在濃縮(suo)(suo)室(shi)中結合成水(shui)。

　　在EDI池中電流(liu)是通過離子交換珠的(de)。所以在離子交換珠互相接觸的(de)地(di)方(fang)和交換珠與(yu)膜(mo)接觸的(de)地(di)方(fang)，如(ru)果有(you)較(jiao)大的(de)電流(liu)，水就(jiu)會電離。

 　　在較強電流的作用下，離子交換樹脂不(bu)斷地被(bei)酸或堿(jian)再生。與(yu)溶液(ye)中(zhong)的鹽一起(qi)進入濃(nong)縮(suo)室中(zhong)的H+和OH-離子結合(he)為水。

　　EDI技術優點(dian)和(he)缺點(dian)

　　ED是用來處理含鹽量較(jiao)(jiao)少且含鈣和(he)碳酸氫根的水的。為避(bi)免水電(dian)離(li)和(he)電(dian)能浪費(fei)，它可(ke)以在(zai)較(jiao)(jiao)小電(dian)流(liu)下工(gong)作。EDI也可(ke)以在(zai)較(jiao)(jiao)小電(dian)流(liu)和(he)沒有水電(dian)離(li)的情況(kuang)下工(gong)作。

　　這種(zhong)操(cao)作方(fang)式與ED相比不但沒(mei)有優點(dian)而且(qie)有諸多缺點(dian)。

　　這種操(cao)作方(fang)式下的(de)除鹽和(he)水(shui)回收能力與ED相等(deng)。因為離子交換樹脂主要(yao)作為一種介質(zhi)濾器并沒(mei)有任何(he)較好(hao)的(de)反沖(chong)洗方(fang)法(fa)，源水(shui)中(zhong)的(de)微(wei)粒數必(bi)須很少。也就是說，為保證它的(de)正常工作需要(yao)增加預(yu)處(chu)理工序如超濾和(he)反滲(shen)透(RO)。

　　EDI池的維(wei)修也(ye)較困(kun)難。在(zai)(zai)安裝(zhuang)好后，EDI池里就會裝(zhuang)入樹脂(zhi)，但在(zai)(zai)卸裝(zhuang)前并沒有有效的辦法來把樹脂(zhi)取出。在(zai)(zai)重新安裝(zhuang)前要把每一部(bu)件都洗干凈以除去樹脂(zhi)珠(zhu)。

　　EDI在水電(dian)(dian)離(li)模式下工(gong)作時，電(dian)(dian)能和(he)除鹽的效(xiao)率較低(di)。通(tong)常只(zhi)有10-20%的直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)流(liu)用于移動鹽離(li)子。其(qi)它的電(dian)(dian)流(liu)都被用來電(dian)(dian)離(li)水。由于電(dian)(dian)流(liu)效(xiao)率太低(di)，EDI事實上只(zhi)能用于低(di)TDS水，比如TDS在100mg/L以下的反滲透水。

　　除了(le)TDS 之(zhi)外，也應(ying)該考慮鈣在(zai)(zai)陰離(li)子(zi)交換膜內部(bu)沉積的(de)(de)可能。總的(de)(de)來說，Ca2+濃度應(ying)在(zai)(zai)0.5mg/L以(yi)下。通常系統(tong)在(zai)(zai)回收率95%左右的(de)(de)條件下工作。

　　如(ru)果水源中CO2的(de)濃度為5mg/L以(yi)(yi)上、鈣(gai)在0.5mg/L以(yi)(yi)上，就要降低(di)(di)回(hui)收(shou)率(lv)(lv)以(yi)(yi)防(fang)止(zhi)結(jie)垢。降低(di)(di)回(hui)收(shou)率(lv)(lv)使濃縮室(shi)中的(de)鈣(gai)離子(zi)(zi)濃度降低(di)(di)，因此也使進(jin)入陰離子(zi)(zi)交換膜的(de)鈣(gai)離子(zi)(zi)數減少。

　　方便的便攜式(shi)交換

　　EDI可產生(sheng)8-17兆歐的(de)水。它不能產生(sheng)與混床樹脂交換(huan)一樣(yang)的(de)效果的(de)原因是交換(huan)膜的(de)效率并非100%。少(shao)量(liang)的(de)離(li)子會從濃縮室通過離(li)子交換(huan)膜進入除鹽流通路。 

　　在(zai)液流(liu)通路出(chu)口附(fu)近(jin)發生(sheng)上述情(qing)況時，離子(zi)來不及擴散進(jin)(jin)樹脂(zhi)，不能被除(chu)去而隨液流(liu)離開系統。現(xian)在(zai)多(duo)數系統都在(zai)終端(duan)用(yong)混床離子(zi)交換進(jin)(jin)行精(jing)細過濾。

　　由于產(chan)生(sheng)的(de)是8-17兆歐的(de)水，在樹脂(zhi)再(zai)生(sheng)前每立方英(ying)尺樹脂(zhi)可生(sheng)產(chan)100，000到500，000加侖的(de)水。這使(shi)得需(xu)要(yao)用高品質再(zai)生(sheng)設備(bei)來再(zai)生(sheng)的(de)便(bian)攜(xie)式瓶變得非常(chang)實用。用戶不需(xu)要(yao)處理大(da)量有害的(de)酸、堿或中和、處理再(zai)生(sheng)廢物(wu)。

　　離(li)子(zi)交換再生常常使用(yong)大(da)(da)大(da)(da)過(guo)量(liang)的酸和(he)堿。當酸和(he)堿中和(he)的時(shi)候就會產(chan)(chan)生鹽。如(ru)果用(yong)HCl和(he)NaOH來再生，就會產(chan)(chan)生NaCl。EDI并不產(chan)(chan)生過(guo)量(liang)的鹽。

　　氫(qing)離子和氫(qing)氧(yang)根離子由(you)水(shui)(shui)(shui)電離產生并在濃(nong)縮室內形成水(shui)(shui)(shui)。因此濃(nong)縮水(shui)(shui)(shui)中只會(hui)含有水(shui)(shui)(shui)源中有的鹽。

　　在精細過濾(lv)離子交換(huan)再生(sheng)之間的高產量使運行時間以周或月來計(ji)算。使用次數與再生(sheng)或便攜(xie)瓶的更換(huan)有(you)關，清洗次數大(da)大(da)減(jian)少。

　　對于任何一(yi)種新技術，問題都在于長時(shi)間的(de)可靠(kao)性。至今為止大多數的(de)工程都應用了(le)終端精細(xi)過濾。如(ru)果(guo)EDI失(shi)靈，那么(me)離子(zi)交換會接替EDI來保證水質。越(yue)來越(yue)多的(de)實驗(yan)使人們對EDI的(de)信心不(bu)斷(duan)增強。沒有精細(xi)過濾的(de)EDI也開始(shi)出(chu)現了(le)。