EDI水处理技术发展详尽解析

　　对于生产高纯水的工业公司来说有一个重要的消息，那就是不使用化学再生药剂而制得高纯度的水现在已成为了现实。开发的EDI技术所制取水质的纯度可以达到要求，而且还会带来其它一系列的益处。

　　无需化学再生药剂的EDI技术

　　被水处理行业称为EDI的电去离子法并不是什么新名词，事实上，商品化的EDI在十多年前就已经出现了。尽管早期的EDI系统出力较低，而且运行的可靠性很差，但今天的EDI已经能够满足工业领域对水处理的广泛要求了。

　　目前的RO(反渗透)-EDI系统使水的净化方式正经历着变革，然而使工业部门广泛地接受EDI还有很长的一段路要走。

　　从四十多年以前的制药、造纸、石化及电力到今天的半导体产业，水一贯是工业部门的命脉，而正是这些部门导致了超纯水处理技术的革命。尽管工业用户所要求的基本特点如较少的化学药剂、较少的废水排放量、简单的操作及较低的运行费用等基本上是相同的，但原有的水处理技术已经发生了许多变化。

　　水处理技术的主要发展

　　为满足工业部门对高纯水的需要，近年来在工业水处理方面对两项技术进行了重点开发，这些新技术中的每一项都使水处理系统产生了突破性的变化。

　　在二十世纪60至70年代，工业部门所要求的水质通过化学方式再生的离子交换技术即可得到满足。由于当时的应用面不大，因而对使用化学药剂所带来的长期影响较少有人关注。

　　在早期的水处理系统中，混床离子交换阶段作为后续处理过程以一个独立的单元置于阳、阴离子交换之后。随着对应用要求的提高，以化学方式再生的离子交换系统显然受到了限制，问题的焦点在于它们漏过的TOC含量较高。与新近的技术相比，在这些系统中使用了大量的化学再生药剂，并要求对化学废水进行连续地处理，而且其操作复杂、运行费用较高。

　　在二十世纪70年代至80年代，随着人们对减少化学药剂使用意识的增加，人们开始在工业水处理中寻求新的工艺方法，其结果导致了对反渗透技术的新的应用。反渗透在预脱盐系统中使用膜技术替代了阳/阴离子交换单元，但是这种新技术在初期的应用中并不顺利，RO对预处理的要求较高，而作为一个整体的水处理系统则趋向于简化。

　　由于电子工业对纯水水质(包括降低TOC的含量)的要求越来越高，促使水处理技术不断地向前发展，RO被视为解决的方案。随着预处理过程的提高、更高级的RO膜被开发出来，使RO在应用初期所遇到的问题逐渐地被克服了。

　　随着时间的推移，RO逐步为世人所接受，同时诸如逆流再生设计、满室床离子交换及专用树脂的开发等后续的离子交换技术也得到了相应的发展。由于这些新工艺的广泛应用，费用得到了降低，但RO/混床系统与目前的化学方式再生的离子交换系统相比，仍具有一定的经济性，对于前述的这些技术目前还有一定的需求。

　　RO/混床系统满足了工业部门对高纯水水质的多方面要求，它们可将不溶性杂质处理至十亿分之几，同时也降低了TOC的含量。无论如何，工业上仍需继续依赖混床技术作为除盐的最后阶段，对混床阶段化学药剂的使用及相关设施的要求意味着RO所带来的益处未能充分地体现出来，进一步降低化学药剂的使用促成了第二次技术革命。

　　通常称为EDI的电去离子法40多年前作为非化学工艺首先被开发应用于试验室工作，开发EDI技术使彻底消除对化学再生药剂的依赖成为现实，而且它还可以带来一系列别的益处。

　　EDI的工作原理

　　典型的EDI系统涉及到这样一个处理工序：预处理-RO-EDI。EDI使用普通的离子交换树脂连续地从水中除去离子，但由于它是运用电流对树脂进行连续的再生，因而它完全不用进行定期的化学再生。

　　典型的EDI膜堆是由夹在两个电极之间的一定对数的单元组成(见图1 EDI的工作原理图)。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室即D室，收集所除去杂质离子的浓水室即C室。D室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位于两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。

　　树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，电压使进水中的水分子分解成H+及OH-，水中的这些离子受相应电极的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，当这些离子透过交换膜进入浓室后，H+和OH-结合成水。这种H+和OH-的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。

　　当进水中的Na+及CI-等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时，这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应，并相应地置换出H+及OH-。一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到H+及OH-向交换膜方向的迁移，这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移，因此杂质离子得以集中到浓水室中，然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。

　　在典型的EDI系统中，进水的90-95%直接通过D室，5-10%的进水被分配进C室。浓水用泵打循环并使其在膜堆中达到较高的流速，这样可以起到提高除盐效率、促进水流的混合、降低可能的结垢等作用。浓缩离子可以通过从浓水循环回路中排除一定比例的水后而从膜堆中除去，这种PH在5-8的水可以回收或直接打回到预处理系统的入口。

　　在电去离子的过程中，将进水中的杂质离子去除后即制得高品质的除盐水。

　　EDI的优点

　　EDI在传统的水处理系统中可替代现有的混床，它能够连续稳定地制出高纯度的水。EDI的优点在于不用化学药剂进行再生，因而不需要化学再生药剂贮存罐及相应的中和池，而且无须对有害的化学废水进行收集、贮存及处理，结果使EDI大大的简化了系统。

　　RO的应用降低了对大型设备间的要求，而EDI技术则完全地排除了这一点。由于EDI系统仅要求天花板的高度不超过18英尺(5.49米)，即在通常的设备间内无高罐存在，在要求成套设备迅速地安装起来以投入运行时，对高度规格无特别的要求是极为重要的。

　　还有一个优点是，EDI排出的浓水中仅含有进水中的杂质成分，通常这种水的水质比预处理系统的进水水质要好，故浓水可以直接地排至RO的入口，这样就有效地消除了对废水的排放。相反，混床的再生是一个一次性的过程，由于使用化学药剂再生树脂床，其废液中含有比一般EDI浓水高3-4倍的废弃离子，这类废液通常不回收到预处理系统中，而是排放于废水中和池内。

　　RO-EDI的运行过程是连续的，其生产的水质稳定，它不象混床在每一个再生周期的开始及结束阶段因离子的泄漏而影响出水水质。这种连续运行的方式也简化了操作，无需设置与循环的再生工作相关的操作人员及操作程序。

　　新的EDI技术

　　EDI在十余年前才有了工业方面的应用，但这项技术存在着较多的问题。昂贵的费用限制了它只能应用于较低出力的场合，更严重的是早期的EDI技术还存在着稳定性等问题，而且系统设计也较复杂。

　　现在的EDI已能满足高出力的要求了，模块式技术使其流量在达到2000gpm(454.2m3/h)及以上时仍具有较好的经济性，它的出力可以通过增减膜堆的方式简单地进行调整。

　　EDI装置在经济性上可以与混床相媲美，简化膜的合成及减少膜的数量等新工艺使其比早期的EDI技术有明显的经济性，EDI的运行费用也与混床相当，其电耗与混床再生的药剂费用大致相当。

　　目前的EDI技术所带来的好处已经大大地超越了我们过去在制药及电子工业中应用的其它技术。EDI系统实现了真正的工业化设计，它可以在压力达100Psi(7kgf/cm2)的情况下连续运行而不会出现泄漏。

　　EDI技术采用模架式设计，模堆式的EDI系统可以进行扩展，容易安装及维护。与RO系统类似，组成EDI的标准模块很容易更换，可以成批量地生产，从而进一步地降低了它的费用。如果系统设计的容量有富余的话，首先应考虑购买适合现有流量要求的膜堆数。

　　当混床设备需要进行维修时，它必须要解列才能进行，而EDI(与RO相似)系统中的任一膜堆需要维修时，整个的系统运行不受影响，其负荷只需要在剩余膜堆中进行分配即可。正如前面所指出的那样，EDI膜块式的结构也允许水处理系统按给定建筑物的具体空间要求进行设计。

　　目前应用的EDI膜堆可以生产出电阻率超过16MW(0.063ms/cm)的纯水，事实上以RO-EDI组合而成的后端处理系统可产出目前工业上所要求达到的较高水质。正是由于进展，使目前的EDI技术可以满足今天大多数用户的要求，而且获得了工业界的广泛赞誉。

　　EDI市场

　　EDI技术的市场占有率目前正迅速地扩大，它如同RO的早期市场开发一样，其广泛的销售策略已经赢得了大量的供应商，并获得了一批可为用户提供服务的地方专家。

　　目前世界上有许多水处理公司可以销售RO-EDI系统，任何一个有名的化学水处理设备供应商(或作为水处理系统的咨询顾问)，都会一致地将EDI视为那些要求降低酸碱使用的客户的一个解决方案。

　　今天，EDI已经达到了高流量的工业化要求-不仅在电子工业，而且在制药、造纸、电力及化工生产等领域，这些系统提供的流量可达2000gpm及以上。事实上，由于新技术的开发，EDI系统在出力上的限制取决于其它的因素，而不是EDI系统的自身。

　　工业水处理的未来

　　目前的RO-EDI技术大大地降低了化学药剂的使用，简化了运行操作，降低了总的固定投资费用。尽管在工业水处理中还面临着进一步降低化学药剂使用的要求，但我们可以预期，随着过滤及RO膜技术的提高，RO-EDI系统的经济性将会得到进一步的提高。

　　将来会如何变化?我们会看到在所有的工业单元中降低对化学药剂的使用将是肯定的。可以预计，在3到5年的时间内，85%的工业水处理系统将会采用RO/EDI系统，剩余15%的部分则是应用在预处理的费用较高或者不能抵消非化学方法的RO-EDI系统所带来的固有益处的场合。

　　EDI现在已完全确立了其市场地位，而且获得了工业界的广泛接受，此项技术的发展将取决于工业界对采用非化学方法制取纯水的不断需求。

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