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EDI模块的优势,EDI模块工作原理,EDI进水要求
发布日期:[ 2020-08-11 ]    共阅 [  ] 次

       EDI系统消除了酸和腐蚀物,由于再生混床过程涉及酸碱等化学品的运输、存储、处理,每个环节都非常危险,产水水质、运行周期影响因素很多,处理很麻烦,相较之下,EDI比复杂的混床操作则要简单、连续。需要更少的劳动力。EDI系统还减少了附属设备,比如酸碱计量装置、酸碱储存罐、PH中和装置和相关连的设备等。它的工艺过程产生很少的排放物,产生的排放物都是许可的,实际上EDI系统中大多数排放水可以回收到水处理系统的入口回收利用,提高系统产水率。很多情况下,应用EDI将会操作更少,资本更少。混床消耗树脂、劳力、化学物、废水。而EDI 的消耗是电能,膜堆有时候需要清洗和替换。在相同产水量的情况下,EDI消耗的劳动力和废水的排放量比混床要显著的少。根据进水水质和出水的品质,每产生1000加仑的水每小时EDI消耗的电量为0.5-3.0KW,比起用混和离子交换,操作消耗更少。EDI系统操作的软件设计花费也要比混床系统少。RO通常做为EDI系统的进水。 

  EDI怎么样工作?

  EDI模块(膜堆)是EDI工作的核心。一个简单的EDI膜堆主要由两个电性相反的电极和多个模块单元对组成,一个膜单元对由一个填满阳离子和阴离子交换树脂的淡水室(D-室)、一个阳膜、一个阴膜、一个浓水室(C-室)组成。EDI膜堆包含多个膜单元对。在每个膜堆的内部有两个带有600V电压的电极,这是通过每个膜堆必需的电压。正极带正电压,负极带负电压,电流在正极和负极之间通过30个膜单元。任一个淡水室都包含着阳树脂和阴树脂。一个阳膜朝着阴极的方向把淡水室和浓水室分开,在另外一边,阴膜也把淡水市和浓水室分开。EDI用的膜和RO用的膜很不相同,RO用的膜允许小颗粒的分子污染物和离子以及水通过,而EDI膜象离子交换树脂一样是用聚苯乙烯材料制作的,只允许带适当电荷的离子通过,水基本上不能通过。树脂通过水的分离持续的再生。在电场中,给水中的水分子被分离成H+和OH- ,被异性电荷相吸,H+通过阳阳树脂移向阴极的方向,OH-通过阴树脂移向阳极的方向。这种H+和OH-的迁移再生了树脂,阳膜允许H+通过进入浓水室,阴膜允许 OH-通过也进入浓水室,H+和OH-结合生成生产的水。浓水室中自己水的流动将带走水中的阴阳离子。膜阻止带相反电荷的离子的进入淡水室在水流通过淡水室的过程中,离子被树脂去处,所以膜的有效侧(淡水室)就会产生纯水。

   在EDI中,90%到95%的水流过淡水室,水流并行的通过多个膜堆,每个膜堆都并联很多个淡水室,水流一次性的通过淡水室,流出来的就是高纯水。另外的5%-10%被送到浓水室,其中3%-8%流出EDI后作为补充水,2%用来冲洗电极。浓水的再循环增加了水的电导率而要增加EDI系统通过的电流。EDI废水的PH主要由给水的品质决定。通常都是品质很好的水,PH接近中性。排放的浓水可以通过返回到进水口进行回收,极水包含低浓度的氢气、氧气和氯气要送到一个通风的地方进行排放。在过去的三年内,EDI系统已经被许多的水处理的领域所接受,今天几乎一半的新建的电厂和半导体水处理系统和75%制药水系统包括EDI。最近的研究已经铺平了EDI膜的发展道路,在将来的岁月里,将要为电能的节约和水品质的提高,特别是硅和硼的减少而努力。在将来的几年内,可以预测更高质量的水质可以被制出,而且将对进水的水质要求要降低,特别是硅和硬度的要求。

  附1:EDI的维护需求

  EDI在一个设计良好的系统中需要很少的维护。使用的仪表每1-2年需要一次校准。强烈推荐每周要把压力、流量、电流数据做几次记录,以便以后用来研究污物和浓缩比例的问题。当预处理工作不正常或者预系统设计的不好时候,浓缩比例和污染会存在。当发现污染的时候,在很多情况下清洗可以恢复膜的性能。制药系统将根据预处理系统的清洗来决定EDI系统的清洗,其清洗的过程和所用的化学物和RO系统很相似。

  EDI的膜堆的寿命为5-10年甚至更长,膜堆确切的寿命主要取决于水源、预处理系统和维护水平、根本上还是取决于其所使用的阴离子的强度的稳定性,在一个标准的设计中,简单的膜的问题可以通过隔离而解决,这只需要几分钟,甚至不需要停运系统。

  附2:怎样设计一个EDI系统?

  连同EDI膜堆在一起,一个完整的EDI系统应包括整流器、控制系统、装置、管道、阀门和再循环泵。所有这些安装在一个底座上。这些部件和我们在RO系统中的那些部件很相似,但整流器除外,它通过把一个三相的交流电转变成直流电来为EDI系统提供能量。EDI的生产厂家为每个膜提供了一个标准流速。就象RO的设计和建造一样,原始设备制造商根据特定的应用设计了柔性的膜组。在通常的系统中包括RO和EDI。可以根据增加和减少膜的数量来改变产水量。很多单一膜组的系统设计每分钟5-10加仑的流量。通过增加多个膜组可以增加更多的流量。EDI是一个精处理技术。应用纯净的RO产品水或者渗透水作为给水而进一步纯化。预处理设计要求出水水质严格达到EDI进水水质的要求。下表是EDI系统典型的进水水质要求。

根据原水水质的不同,可以采用不同的流程来达到进水水质的要求。城市水处理的典型流程是 多介质过滤器→活性炭处理→单级RO→EDI。在高硬度的水处理中,软化被加入到处理的流程中:多介质过滤器→活性炭处理→软化设备→单级RO→EDI。

  在系统的设计中,CO2也是一个关键因素。分子的CO2可以通过RO膜给传统后续设计混床或者EDI中的阴离子交换树脂加重阴离子的交换负担。当进入EDI系统的时候,根据在系统中PH分布情况,CO2将以CO3 2-和HCO 3-形式被去除。如果要达到相同质量的水质,应该增加额外电流来克服这些额外的CO2。低PH将增加进水中的CO2,(in some cases)在一些情况下,我们通过加苛性碱来增加PH,把CO2转化成碳酸盐和重碳酸盐有效的增加RO膜的去除率。多介质过滤器→活性炭处理→加苛性碱→单级RO→EDI。在一些情况下,加酸用来防止RO膜结垢,这种情况就需要脱碳器和脱气装置来去除CO2 或者用阻垢剂来代替加酸。多介质过滤器→活性炭处理→加酸→单级RO→脱气装置→EDI。多介质过滤器→活性炭处理→加阻垢剂→(加苛性碱)→单级RO→EDI。如果EDI系统来水水质电阻可以达到16M或者可以提供更好水质的保证,那么为了制取相当纯的水(电阻大于18兆欧姆),精制系统可以采用不可更新的混床。用于精制的混床系统的负载非常小,通常可以运行1-2年,然后重新更换新的再生好的树脂,这样也可以避免化学处理。预处理系统→RO→EDI→一次性混床。混床系统一般需要两列,而EDI系统不需要冗余,它可以连续再生,模块化设计、内建冗余。然而在半导体和其他重要的电厂,即使在设备不运行的时候,它可能每分钟也要花费最终用户成千上万美元。(在这种情况下)既然这样,最终用户更愿意接受有RO的EDI的冗余。

为了保证EDI装置的正常工作,EDI装置的进水水质必须控制在规定的范围之内,淡水、浓水、极水的流量及压力也应满足一定的要求,同时操作电流也不宜过大或过小,如果其中一个条件达不到要求,则系统无法制取出高品质的纯水。

一、EDI对进水的要求

由于EDI装置是在离子迁移、离子交换和树脂的电再生三种状态下工作的,离子迁移所消耗的电流通常不到总电流的30%,其他大部分的电流则消耗于水的电离,因而它的电能和除盐的效率较低。正是由于EDI装置迁移杂质离子的能力有限,所以EDI技术只能用于处理低含盐量的水,如总含盐量在50mg/L以下的水源。目前,EDI装置的进水一般为二级反渗透装置的产水。

进水水质对EDI模块的成功运行是至关重要的,进水杂质的含是影响模块的寿命、运行性能、清洗频率及维护费用等最主要的因素之一。

1、电导率

EDI模块的产水水质取决于模块将离子从淡水室迁移至浓水室的能力,如果进水中的确离子含量过高,则产水水质变差。维持合适的进水电导率,可以使EDI装置的产水水质达到理想值,而且还可以提高二氧化硅及二氧化碳等弱酸性物质去除率。

2、TEA(总可交换阴离子)及TEC(总可交换的阳离子)

对于EDI模块,电导率还不能准确反映进水中杂质的含量,因为有些杂质并不是以离子状态存在的,例如硅酸化合物和碳酸,主要经分子状态存在。所以,通常用总可交换阴离子TEA或总可交换阳离子TEC等指标表示进水杂质含量。TEA中除包括水中离子态杂质外,还应包括二氧公碳等分子态杂质。

严格来说,含盐时是水中各种离子总和的时化指标,不应包括分子。但是,二氧公碳、硅酸与OH型树脂接触时,转化成碳酸氢根离子或碳酸根离子而发生交换反应,消耗阴树脂的交换容量,故习惯上将其列入含盐时中。而一些有机物不是发生离子交换反应而是发生吸附,故不记入含盐时。

如果进水中的TEA及TEC过高,就无法制备出合格的纯水。 

3、pH值

进水PH值本身对EDI产水的影响不大,它主要体现在对弱电解质电离平衡的影响上。

与离子交换器和电渗析器类似,弱电解质的电离度越高,与树脂发生交换反应的能力越强,在电场中迁移的份额越多,故EDI模块脱盐率越高。另外,在以反渗透的淡水作为EDI模块进水水源时,EDI模块进水的PH值取决于二氧化碳的含量,PH值低,说明二氧化碳含量高。EDI模块运行时,若进水 PH值较低,意味着二氧化碳较多,也表明水中二氧化碳等弱酸性物质的电离度不高,结果是有较多二氧化碳留在淡水室,产品水电导率较高;若进水PH值过高,则又会产生另一人问题,即EDI模块易结垢。 

4、硬度

硬度是EDI模块进水中的主要结垢物质。如上所述,EDI模块约70%的电能消耗在水的电离上。所以,在EDI模块的运行过程中,会不断地产生大量的氢离子和氢氧根离子。EDI膜块浓水室的阴膜表面最易结垢,因为该处PH值高,结垢物质的浓度也大。为了保证脱盐率,必须维持足够大的工作电流,故不能用降低电流的方法降低水的电离,,降低PH值。因此,防止EDI模块结垢主要方法就是严格控制进水结垢物质含量。  

5、氧化剂

  如果进水中氯气和臭氧等氧化剂的含量过高,则可导致离子交换树脂和离子交换的快速降解,离子交换能力和选择性透过能力衰退,除盐效果恶化模块使用寿命缩短。树脂和膜的氧化产物为水分子有机物,溶入水中后,一方面使产品水TOC增加,另一方面污染阴树脂和阴膜。

  被氧化降解的树脂机械强度下降,容易破碎,产生碎片堵塞树脂间隙,增加了水流的阻力。 

6、铁、锰

主要危害有:中毒;催化

7、颗粒杂质

包括胶体和悬浮物。它们会污堵隔室水流通道、树脂空隙、树脂和膜的孔道,导致模块的压降升高、离子迁移速度下降。一般,以SDI表示进水中颗粒杂质含量。

8、有机物

可以被吸附到树脂及膜表面,降低其活性。被污染的树脂和膜传递离子的效率降低,膜堆电阻增加。

9、二氧化碳

随着PH值变化呈不同形态分布,它们影响可分为两个方面:一是碳酸根与钙离子、镁离子发生反应形成碳酸盐垢,其生成量与离子浓度、温度和PH值有关。二是呈分子态的二氧化碳容易透过反渗透膜,也不易被EDI模块除去。另外,二氧化碳的存在 还会显著影响EDI对另一弱电解质——二氧化硅的脱除。

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