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EDI高(超)纯水设备

更新时间:2013-04-18 16:37:30点击次数:1227次字号:T|T
相关介绍


  EDI超纯水制取设备

  EDI(电除盐系统)工作原理

  高纯度水对许多工商业工程非常重要,比如:半导体制造业和制药业。以前这些工业用的纯净水是用离子交换获得的。

  然而,膜系统和膜处理过程作为预处理过程或离子交换系统的替代品越来越流行。如电除盐过程(EDI)之类的膜系统可以很干净地去除矿物质并可以连续工作。

  而且,膜处理过程在机械上比离子交换系统简单得多,并不需要酸、碱再生及废水中和。

  EDI处理过程是膜处理过程中增长最快的业务之一。EDI是带有特殊水槽的非反向电渗析(ED),这个水槽里的液流通道中填充了混床离子交换树脂。

  EDI主要用于把总固体溶解量(TDS)为1-20mg/L的水源制成8-17兆欧纯净水。通常水源是由反渗透(RO)产生。

  ED和EDI都是用直流电作为除盐的能源。如图所示,溶液中的离子被吸向带相反电荷的电极。

  如图所示,用阴、阳离子选择膜把电极之间的空间隔成小室,这样可以把一半小室中的盐除去,而在另一半小室内浓缩。不断地给小室供水和抽水,就可以建立连续的除盐处理过程。

  ED和EDI中用的膜是用离子交换树脂制成片状,通常为了增加强度会在树脂片上附一层布。

  ED和EDI的物理区别(如图3所示)主要在于除盐室里填充的是混床离子交换树脂珠。

  离子的转移分为2个步骤。首先离子扩散到离子交换树脂,然后在电场作用下穿过树脂到达膜。因为这样的电阻较小,电流会流过离子交换树脂。EDI的浓缩室中没有树脂。

  EDI中水电离的作用

  要理解EDI和它的用途,就必须理解"水的电离"。水电离后就会变为氢离子和氢氧根离子。化学反应方程式为:H2O<==>H++OH-

  如果离子在结合为水以前被分离、就会形成酸和碱。在ED和EDI中,如果电流超过了移动溶解盐所需的能量,水就会电离。在ED过程中在阴离子交换膜上有较低电流时就会发生水的电离,原因尚未找出。

  在ED系统中过大的电流会引起水的电离。氢离子在直流电场的作用下进入离子交换树脂,并在那与碳酸氢根离子反应生成CO2。这会降低水的pH值。

  氢氧根离子进入阴离子交换膜并与碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子。如果水中存在Ca2+,一部分Ca2+就会从浓缩室中进入阴离子交换膜。

  阴离子交换膜并不能100%阻隔阳离子。这就使CaCO3沉积在膜内部。

  如果水中没有钙或碳酸氢根,氢离子会穿过扩散流通道和阳离子交换膜而进入浓缩室。而OH-会通过阴离子交换膜进入浓缩室。两者会在浓缩室中结合成水。

  在EDI池中电流是通过离子交换珠的。所以在离子交换珠互相接触的地方和交换珠与膜接触的地方,如果有较大的电流,水就会电离。

  在较强电流的作用下,离子交换树脂不断地被酸或碱再生。与溶液中的盐一起进入浓缩室中的H+和OH-离子结合为水。

  EDI技术优点和缺点

  ED是用来处理含盐量较少且含钙和碳酸氢根的水的。为避免水电离和电能浪费,它可以在较小电流下工作。EDI也可以在较小电流和没有水电离的情况下工作。

  这种操作方式与ED相比不但没有优点而且有诸多缺点。

  这种操作方式下的除盐和水回收能力与ED相等。因为离子交换树脂主要作为一种介质滤器并没有任何较好的反冲洗方法,源水中的微粒数必须很少。也就是说,为保证它的正常工作需要增加预处理工序如超滤和反渗透(RO)。

  EDI池的维修也较困难。在安装好后,EDI池里就会装入树脂,但在卸装前并没有有效的办法来把树脂取出。在重新安装前要把每一部件都洗干净以除去树脂珠。

  EDI在水电离模式下工作时,电能和除盐的效率较低。通常只有10-20%的直流电流用于移动盐离子。其它的电流都被用来电离水。由于电流效率太低,EDI事实上只能用于低TDS水,比如TDS在100mg/L以下的反渗透水。

  除了TDS 之外,也应该考虑钙在阴离子交换膜内部沉积的可能。总的来说,Ca2+浓度应在0.5mg/L以下。通常系统在回收率95%左右的条件下工作。

  如果水源中CO2的浓度为5mg/L以上、钙在0.5mg/L以上,就要降低回收率以防止结垢。降低回收率使浓缩室中的钙离子浓度降低,因此也使进入阴离子交换膜的钙离子数减少。

  方便的便携式交换

  EDI可产生8-17兆欧的水。它不能产生与混床树脂交换一样的效果的原因是交换膜的效率并非100%。少量的离子会从浓缩室通过离子交换膜进入除盐流通路。

  在液流通路出口附近发生上述情况时,离子来不及扩散进树脂,不能被除去而随液流离开系统。现在多数系统都在终端用混床离子交换进行精细过滤。

  由于产生的是8-17兆欧的水,在树脂再生前每立方英尺树脂可生产100,000到500,000加仑的水。这使得需要用高品质再生设备来再生的便携式瓶变得非常实用。用户不需要处理大量有害的酸、碱或中和、处理再生废物。

  离子交换再生常常使用大大过量的酸和碱。当酸和碱中和的时候就会产生盐。如果用HCl和NaOH来再生,就会产生NaCl。EDI并不产生过量的盐。

  氢离子和氢氧根离子由水电离产生并在浓缩室内形成水。因此浓缩水中只会含有水源中有的盐。

  在精细过滤离子交换再生之间的高产量使运行时间以周或月来计算。使用次数与再生或便携瓶的更换有关,清洗次数大大减少。

  对于任何一种新技术,问题都在于长时间的可靠性。至今为止大多数的工程都应用了终端精细过滤。如果EDI失灵,那么离子交换会接替EDI来保证水质。越来越多的实验使人们对EDI的信心不断增强。没有精细过滤的EDI也开始出现了。





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