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EDI高(超)純水設備

更新時間:2013-04-18 16:37:30點擊次數:1675次字號:T|T
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  EDI超純水制取設備

  EDI(電除鹽系統)工作原理

  高純度水對許多工商業工程非常重要,比如:半導體制造業和制藥業。以前這些工業用的純凈水是用離子交換獲得的。

  然而,膜系統和膜處理過程作為預處理過程或離子交換系統的替代品越來越流行。如電除鹽過程(EDI)之類的膜系統可以很干凈地去除礦物質并可以連續工作。

  而且,膜處理過程在機械上比離子交換系統簡單得多,并不需要酸、堿再生及廢水中和。

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

  EDI主要用于把總固體溶解量(TDS)為1-20mg/L的水源制成8-17兆歐純凈水。通常水源是由反滲透(RO)產生。

  ED和EDI都是用直流電作為除鹽的能源。如圖所示,溶液中的離子被吸向帶相反電荷的電極。

  如圖所示,用陰、陽離子選擇膜把電極之間的空間隔成小室,這樣可以把一半小室中的鹽除去,而在另一半小室內濃縮。不斷地給小室供水和抽水,就可以建立連續的除鹽處理過程。

  ED和EDI中用的膜是用離子交換樹脂制成片狀,通常為了增加強度會在樹脂片上附一層布。

  ED和EDI的物理區別(如圖3所示)主要在于除鹽室里填充的是混床離子交換樹脂珠。

  離子的轉移分為2個步驟。首先離子擴散到離子交換樹脂,然后在電場作用下穿過樹脂到達膜。因為這樣的電阻較小,電流會流過離子交換樹脂。EDI的濃縮室中沒有樹脂。

  EDI中水電離的作用

  要理解EDI和它的用途,就必須理解"水的電離"。水電離后就會變為氫離子和氫氧根離子。化學反應方程式為:H2O<==>H++OH-

  如果離子在結合為水以前被分離、就會形成酸和堿。在ED和EDI中,如果電流超過了移動溶解鹽所需的能量,水就會電離。在ED過程中在陰離子交換膜上有較低電流時就會發生水的電離,原因尚未找出。

  在ED系統中過大的電流會引起水的電離。氫離子在直流電場的作用下進入離子交換樹脂,并在那與碳酸氫根離子反應生成CO2。這會降低水的pH值。

  氫氧根離子進入陰離子交換膜并與碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子。如果水中存在Ca2+,一部分Ca2+就會從濃縮室中進入陰離子交換膜。

  陰離子交換膜并不能100%阻隔陽離子。這就使CaCO3沉積在膜內部。

  如果水中沒有鈣或碳酸氫根,氫離子會穿過擴散流通道和陽離子交換膜而進入濃縮室。而OH-會通過陰離子交換膜進入濃縮室。兩者會在濃縮室中結合成水。

  在EDI池中電流是通過離子交換珠的。所以在離子交換珠互相接觸的地方和交換珠與膜接觸的地方,如果有較大的電流,水就會電離。

  在較強電流的作用下,離子交換樹脂不斷地被酸或堿再生。與溶液中的鹽一起進入濃縮室中的H+和OH-離子結合為水。

  EDI技術優點和缺點

  ED是用來處理含鹽量較少且含鈣和碳酸氫根的水的。為避免水電離和電能浪費,它可以在較小電流下工作。EDI也可以在較小電流和沒有水電離的情況下工作。

  這種操作方式與ED相比不但沒有優點而且有諸多缺點。

  這種操作方式下的除鹽和水回收能力與ED相等。因為離子交換樹脂主要作為一種介質濾器并沒有任何較好的反沖洗方法,源水中的微粒數必須很少。也就是說,為保證它的正常工作需要增加預處理工序如超濾和反滲透(RO)。

  EDI池的維修也較困難。在安裝好后,EDI池里就會裝入樹脂,但在卸裝前并沒有有效的辦法來把樹脂取出。在重新安裝前要把每一部件都洗干凈以除去樹脂珠。

  EDI在水電離模式下工作時,電能和除鹽的效率較低。通常只有10-20%的直流電流用于移動鹽離子。其它的電流都被用來電離水。由于電流效率太低,EDI事實上只能用于低TDS水,比如TDS在100mg/L以下的反滲透水。

  除了TDS 之外,也應該考慮鈣在陰離子交換膜內部沉積的可能。總的來說,Ca2+濃度應在0.5mg/L以下。通常系統在回收率95%左右的條件下工作。

  如果水源中CO2的濃度為5mg/L以上、鈣在0.5mg/L以上,就要降低回收率以防止結垢。降低回收率使濃縮室中的鈣離子濃度降低,因此也使進入陰離子交換膜的鈣離子數減少。

  方便的便攜式交換

  EDI可產生8-17兆歐的水。它不能產生與混床樹脂交換一樣的效果的原因是交換膜的效率并非100%。少量的離子會從濃縮室通過離子交換膜進入除鹽流通路。

  在液流通路出口附近發生上述情況時,離子來不及擴散進樹脂,不能被除去而隨液流離開系統。現在多數系統都在終端用混床離子交換進行精細過濾。

  由于產生的是8-17兆歐的水,在樹脂再生前每立方英尺樹脂可生產100,000到500,000加侖的水。這使得需要用高品質再生設備來再生的便攜式瓶變得非常實用。用戶不需要處理大量有害的酸、堿或中和、處理再生廢物。

  離子交換再生常常使用大大過量的酸和堿。當酸和堿中和的時候就會產生鹽。如果用HCl和NaOH來再生,就會產生NaCl。EDI并不產生過量的鹽。

  氫離子和氫氧根離子由水電離產生并在濃縮室內形成水。因此濃縮水中只會含有水源中有的鹽。

  在精細過濾離子交換再生之間的高產量使運行時間以周或月來計算。使用次數與再生或便攜瓶的更換有關,清洗次數大大減少。

  對于任何一種新技術,問題都在于長時間的可靠性。至今為止大多數的工程都應用了終端精細過濾。如果EDI失靈,那么離子交換會接替EDI來保證水質。越來越多的實驗使人們對EDI的信心不斷增強。沒有精細過濾的EDI也開始出現了。





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