EDI技術應用在超純水生產中（圖文）

　　中天恒遠反滲透官網小編李德馨給您詳細的介紹——EDI技術應用在超純水生產中，希望對廣大用戶朋友有所幫助。

　　一，前言

　　隨著環保法規的日益嚴格、用水品質要求提高和水源匱乏加劇，世界各地的電廠、半導體微電子廠、化工、冶金企業正重新評估他們的超純水處理設備，EDI作為無需化學品的一種經濟實用的環保型先進超純水處理技術，正在逐步取代混床，這正在為全球超純水處理帶來一場革命。EDI作為一種經濟實用型的環保超純水處理解決方案，相對與混床具有如下優點: 無需再生化學品的再生，運行成本低;沒有中和藥劑的需要;水利用率高;地面和高空作業能夠極大地減少;全自動操作;減小了EHS風險;連續工作，出水水質穩定等優勢。EDI技術是超純水降低生產成本，提高生產效率，減少廢水排放，將生產地的危險降至比較低的有效手段

　　EDI技術在超純水生產將由于其突出的優勢，將越來越多成為超純水水處理的首選技術。

　　E-CellTMEDI技術能夠將二氧化硅和礦物質含量降至1ppb以下，能夠將電阻率提高到16Mohm•cm以上，滿足了高壓及超高壓鍋爐、精細化工和電子行業對于超純水的需要。同時E-CellTM EDI大大減少了水處理系統的維護成本，提高了生產效率，延長了設備的生命周期，并將生產現場的危險降至比較低。

　　二，EDI介紹

　　EDI是英文Electrodeionization的縮寫，中文全稱為“連續電去離子技術”，其主要用于替代傳統混床技術。

　　超純水的生產在過去的二十年間，在成本、環境及品質等因素的驅動下，其供水系統發生了許多變化，特別值得一提的事，目前存在一個明確的方向，就是減少對離子交換工藝的依賴性，以便盡可能減少化學藥品的使用，并提高產水量。有一項重要的事實可以說明該趨勢—反滲透作為陰陽床的替代技術正在普及。

　　反滲透作為有效的脫鹽技術，其脫鹽率可以達到95~99%。但是，RO對離子的去處效果有一定的限度，一般來說，產水電導率0.5us/cm(2 MOhm-cm)是其脫鹽的極限。

　　當產水水質有更高的要求的時候，就需要采用混床或等同技術。

　　EDI能高效去除殘余離子和離子態雜質， 尤其當用戶產水水質要求高，比如對電阻率(>10 或者16MOhm-cm), 二氧化硅(<10ppb或者<1ppb),鈉離子,硼等有嚴格的要求的時候, EDI技術更體現了其品質的優 越性，且EDI系統的運行成本明顯低于與混床，與混床裝置及其輔助設備相比，其設備的生命周期總成本占有優勢。

　　EDI技術在大約50年前就出現了，但是大型的商業化直到1986年才真正開始，時至如今EDI制造商已經為全球制造了1000套以上的EDI系統。

　　圖1描述了RO，EDI取代傳統離子交換工藝的過程。

　　圖1 EDI技術的發展

　　2.EDI工作原理

　　圖2 混床與EDI模塊運行狀態的比較

　　圖2中所示，混床在運行過程中，其內部的樹脂分為飽和區，交換區，新生區。飽和區的樹脂已經被離子飽和，不再具有從進水中交換離子的能力;交換區的樹脂處于部分飽和狀態，離子交換主要在交換區完成;新生區的指樹脂尚未發生離子交換。隨著混床的運行，飽和區和交換區將逐步向上移動，新生區的空間將減少，直到被穿透。新生區的存在是產水水質的保證，而新生區被穿透的時候，也就意味著混床產水水質將下降，混床需要用化學藥品再生。

　　EDI在運行過程中，樹脂分為交換區和新生區，在運行過程中，雖然樹脂不斷進行離子交換，但電流連續不斷的使樹脂再生，從而形成了一種動態平衡;EDI模塊內將能始終保持一定空間的新生區;這樣EDI內的樹脂也就不再需要化學藥品的再生，且其產水品質也得到了高品質的保證。

　　如圖3所示EDI由陰/陽離子交換膜，混床樹脂，淡/濃水室和陰/陽電極構成。

　　圖3 EDI工作原理圖

　　EDI技術將電滲析和離子交換技術完美的結合在一起。

　　EDI工作主要有三個過程：

　　1，淡水進水淡水室后，淡水中的離子與混床樹脂發生離子交換，從而從水中脫離;

　　2，被交換的離子受電性吸引作用，陽離子穿過陽離子交換膜向陰極遷移，陰離子穿過陰離子交換膜向陽極遷移，并進入濃水室從而從淡水中去除。

　　離子進入濃水室后，由于陽離子無法穿過因離子交換膜，因此其將被截留在濃水室，同樣，陰離子無法穿過陽離子交換膜，被截留在濃水室，這樣陰陽離子將隨濃水流被排出模塊;與此同時，由于進水中的離子被不斷的去除，那么淡水的純度將不斷的提高，待由模塊出來的時候，其純度可以達到接近理論純水的水平。

　　3，水分子在電的作用下被不斷的離解為H+和OH-，H+和OH-將分別使得被消耗的陽/陰樹脂連續的再生。

　　過程1和過程3是樹脂的消耗和再生的兩個相反過程，這兩者會在模塊內部形成一個動態平衡。

　　圖4，5為EDI系統典型的流程圖

　　圖4 帶濃水循環的EDI系統

　　圖4中，進水從模塊底部進入淡水室，并從頂部出來;濃水從模塊底部進入模塊，從模塊頂部出來，濃水經過濃水循環泵后，大部分濃水將回流到模塊的濃水室中循環，小部分濃水將排放;極水的進水與濃水進水為同一水流，只是分別進入不同的室(極水室和濃水室)，并從模塊頂部排出。

　　圖5 不帶濃水循環的EDI系統

　　圖5中，淡水從模塊底部進入淡水室，從頂部出來;濃水從模塊頂部進入模塊，從模塊底部出來;極水的進水與淡水進水為同一水流，只是分別進入不同的室(極水室和濃水室)，并從模塊頂部排出。

　　三，EDI與混床的比較

　　EDI相對與混床具有如下的優勢：無需再生化學品的再生;不需要中和池及中和的酸堿;地面和高空作業能夠極大地減少;所有的水處理系統操作都能夠在控制室內完成 – 無需前往現場;減小了EHS風險;連續工作，不是間歇操作，長時間穩定的出水水質;沒有廢棄樹脂污染排放的風險。

　　3.1無需再生化學品的再生

　　無需化學品再生，意味著不需要相關化學品的運輸，儲存和使用(如圖6)，也避免了相關的ESH風險，并且大大降低了系統的運行費用。

　　圖6 化學品的運輸，儲存和使用過程

　　3.2 沒有中和藥劑的需要

　　混床再生會生成酸/堿廢液，需要用堿/酸對之進行中和處理。

　　相比之下，EDI無酸堿廢液產生，因此也就不需要酸堿中和池。此外，一般情況下，EDI的濃水可以完全回用;而且極水也可以在氣液分離后回用。EDI系統能很好的滿足ISO14000的要求。

　　圖7 EDI沒有中和藥劑的需要

　　3.3 運行成本低

　　EDI的運行的費用幾乎全部為電耗，成本大幅往往低于混床。以E-Cell MK-3為例，平均產水1噸，其運行所需的電耗僅為0.132~0.396KWhr;而且其運行過程中，幾乎不需要人工操作，降低了人工費用。

　　3.4 水利用率高

　　以E-Cell MK-3為例，相比于混床，由于沒有化學再生的需要，其系統的水利用率為95~99%，這對于中大型系統、水資源緊缺地區的節水效益尤為明顯。

　　3.5 極大地減少了地面和高空作業

　　E-cell是EDI模塊化設計技術的倡導者和領導者，現在E-cell模塊化技術已經成為一種行業標準。這種設計既使得EDI模塊及其系統的安裝十分簡便，不同水量的系統就像搭積木一樣方便。

　　圖8為EDI系統示意圖，對于一般的EDI系統而言，其高度在2.25米左右，因此，高空作業也就很少。

　　圖8 EDI系統示意圖

　　3.4. 所有的水處理系統操作都能夠在控制室內完成 – 無需前往現場

　　圖9 EDI系統控制示意圖

　　EDI 系統的自動化程度很高，以 E-cell 為例，GE 在歐美具有二十幾年的 EDI 系統工程自動化經驗，EDI系統所有的操作均可以在中空室完成。這樣平時操作，用戶不再需要到現場，從而降低了勞動強度。

　　3.5. 連續工作，不是間歇操作，長時間穩定的出水水質

　　如圖10所示，混床運行過程為間歇運行過程，混床在運行一段時間后，樹脂會被穿透，此時產水電阻率會下降，這時就需要對混床進行停機再生，再生后的混床將能繼續提供高品質的產水，直到下一次再生。

　　如圖11所示，EDI運行過程為連續過程，EDI 在運行過程中將能持續不斷地提供 10~18Mohm•cm的產水，在運行過程中，幾乎不需要人工干預，沒有復雜的操作，并不需要化學藥品的再生。

　　圖12 實際運行的E-Cell系統產水電阻率圖

　　圖12為某實際運行的E-Cell系統產水電阻率，當進水水質發生波動的時候，產水水質能很好的穩定在18Mohm•cm左右。

　　當用戶要求對二氧化硅，硼，鈉等進行控制的時候，EDI相對混床的優勢就進一步體現出來。比如，混床運行過程中，常會出現硅先于電阻率穿透的現象，即使產水電阻率合格，但硅已經超過控制標準，這就意味著混床需要更為頻繁的再生。

　　而E-CellTM率先對二氧化硅出水水質提供了擔保，按照其進水中二氧化硅的含量可以提供<5ppb，<10ppb，<20ppb的擔保(具體數據清參照表2)

　　表2 E-CellTM對于硅的保證值

　　產水SiO2

　　Ppb進水SiO2

　　Ppb進水TEA

　　ppm CaCO3進水CO2

　　Ppm溫度

　　Deg. C

　　20 ppb<=500207.510

　　10 ppb<=250207.510

　　5 ppb<=150155.010

　　EDI對于二氧化硅的去除率相當高，一般在94.6~99.4%之間，圖13為實際運行的E-Cell系統對于硅的去處效果。

　　圖13 E-Cell系統對于二氧化硅的去除率

　　3.6設備占地空間更小

　　相對與混床及其附屬設備而言，EDI系統的占地空間更小，下圖為的單套17~120t/hr產水量的E-Cell系統占地空間，而對于更大的系統，僅需將系統做相應的延伸或者增加套數即可。

　　表1標準E-CellTM系統的尺寸

　　產水t/hrE-cell系統體積(長×寬×高)

　　90-1206.2m×2.2m×2.1m

　　45-1105.3m×2.2m×2.1m

　　35-804.7m×2.0m×2.1m

　　20-553.3m×1.3m×2.1m

　　17-412.2m×1.3m×2.1m

　　由表1可見，E-CellTM系統所需要的空間很小，而且對廠房的要求不高。

　　此外，其運輸和安裝重量也較輕。

　　4.E-Cell案例

　　E-Cell作為超純水EDI設備的領導者，不僅在全球的業績領先，而且在中國的電力、電子、化工、冶金等行業具有廣泛的應用

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