全文共5452字 | 建议阅读10分钟

Electropure EDI 简介

采用美国 SnowPure 公司的 Electropure EDI专利产品-电去离子设备( EDI 设备)可以满足日益增长的高纯水需求。SnowPure,前身为HOH水处理技术公司,在20世纪80年代引领全球EDI技术发展,并于1984年发布O’Hare专利奠定了全球EDI技术的基础。

EDI工艺系统代替传统的DI混合树脂床来制造去离子水。与DI树脂不同的是,EDI在更换树脂床或使用化学试剂进行树脂再生时并不需要关闭系统。正因为如此,EDI具有优势:水质不稳定因素较少;更少的运行成本。

EDI主要是从反渗透(RO)及其它纯化设备处理过的水中去除离子。我们的高质量模块可以连续生产电阻率高达17.5 MΩ.cm以上的超纯水。EDI可以连续运行或者间歇运行。

比传统离子交换DI优越之处:

●EDI不需要酸碱化学试剂用于再生(离子交换系统DI树脂再生消耗酸碱);

●连续生产,产品水水质稳定;

●自动化程度高,运行维护高效、简单;

●Electropure EDI模块相同通量情况下具有更小、更轻便的膜对单元,模块更紧凑占地面积更小;

●能耗低;

●运营成本低。

Electropure EDI 工艺详细描

Electropure EDI的设计包括了两个成熟的水净化技术-电渗析技术和离子交换树脂除盐技术。Electropure EDI通过直流电场让进水中的带电荷离子在电场中进行移动,使阴阳离子从进水流中分离出来,通过离子选择透过性膜进入浓水中,达到净水的效果。EDI与ED不同的是在淡水室中使用了树脂-这种树脂使得离子在很低电导率的水中更快地迁移。树脂处于稳定工作状态时,树脂类似于一个离子输送导体,与进水中阴阳离子进行交换,进而在电场作用下离子沿树脂表面进入浓水。

电去离子(EDI)工艺采用一种离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下两个电极之间(阳极(+)和阴极(-)),在两极间的直流电源电场从RO预处理过的水中去除离子。

离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料,他们用于将某种特定的离子进行分离。阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子,阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子,这两种膜不允许水透过。

通过在一个层状、框架式的组件中放置不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜,就建立了并列交替的淡水室和浓水室。离子选择性膜被固定在一个惰性的聚合体框架上,框架内装填混合树脂就形成淡水室,淡水室之间的层就形成了浓水室。

EDI基本重复单元叫做“膜对”,见插图3。模块的膜对放置在两个电极之间,两电极提供直流电场给模块。在提供的直流电场电势差作用下,离子通过膜从淡水室被输送到浓水室。因此,当水通过淡水室流动时,逐步达到无离子状态,这股水流就是产品水流。

流入Electropure EDI模块的RO水被分成了三股独立的水流:

●产水水流(高达99%的回收率)

●浓水水流(一般为5~10%,可以循环回流到RO进水)

●极水水流(10~30L/h,0.05~0.15gpm,持续排放)

注:为了浓水流的回收,我们建议用中间水箱和水泵,不直接回流到RO膜系统。

电极水流持续不断地流过阳极和阴极。阳极水流首先通过阳极室流过阳极,阳极室是由隔网垫形成的,位于阳极和相邻的阴离子选择性膜之间,此室里pH值变为酸性,并有O2(气)和少量的Cl2(溶解性)产生。这股酸性水流接着流入阴极水室,阴极室形成于阴极和相邻的阳离子选择性膜之间,此室里的pH值为中性,并有H2(气)产生。因此通过电极侧,废水就带走了不需要的氯气、氧气和氢气。独特的Electropure电极系统是无结垢设计,因为任何一股水流的pH值都不会高,Electropure阳极的未来设计是尽可能减少氯气(强氧化性)的产生。

EDI 连续去除离子特性

在EDI除盐过程中并不能同等效率的去除所有的离子,故会影响到产品水的品质和纯度。

首先去除简单离子。离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。这些典型的离子包括:H+、OH、Na+、Cl、Ca2+和SO42-(和一些相似的离子)。EDI模块的第一个区域,相较其它离子,这些离子优先被去除。这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。自H+和OH离子变得平衡后,pH值接近7.0。EDI模块的第一个区域被称为“工作床”。

其次去除中等强度离子和极化离子(例如,CO2)。CO2是最常见的EDI进水组成。CO2有着复杂的化学发应,依据其H+在模块中局部的浓度,被认为是可以适度的离子化:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3 ⇌ 2H+ + CO32-

当pH值在这个部分接近7.0左右时,大部分CO2以重碳酸盐(HCO3)形式存在。重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附,如此仍然不能与“简单”离子(例如Cl、和SO42-)相抗衡。在EDI模块的第二个区域,CO2(包括它所有的形式)相较于强度更加微弱的离子优先被去除。EDI进水中CO2和HCO3的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。在Electropure XL和EXL系列产品中发现,只要CO2(其所有形式)少于5mg/L,就能得到高品质的超纯水。如果CO2含量是大于10mg/L,它会影响离子的总体去除率以及严重影响EDI产品水的品质和二氧化硅的去除。

最后去除强度微弱的离子(例如.,溶解的二氧化硅和硼)。二氧化硅分子的离子化能力相当微弱,并且难吸附在离子交换树脂上,使用任何反电离过程都很难将之去除。如果已经去除了所有的“简单”离子,并且去除了所有CO2,EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。在模块第三个区域的停留时间非常重要。停留时间越长,去除效率就越高。第三个区域较长的停留时间,需要RO产品水的电导率达到最小(去除大量“简单”离子)同时使RO产水中CO2的数量最少化。EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为“抛光床”。

EDI进水中不同的离子种类,以及它们的浓度,直接影响着EDI的工作性能和效率。

EDI 进水污染物的影响

消极影响EDI工艺的主要污染物包括:硬度(钙、镁)、有机物(TOC)、颗粒、SDI、活性金属(铁、锰)、氧化剂(氯、臭氧)和二氧化碳。

为RO/EDI系统设计的预处理工艺要能够从进水流中尽可能除去这些污染物。在以下的进水章节给出了最低要求。为了加强EDI的性能,较好的系统设计应该会大大低于这个水平。手册后面还列出了水处理方法的建议。

高硬度(钙、镁):能够导致反渗透和EDI单元引起结垢。这时,在浓水室中阴离子选择性膜表面pH值很高形成结垢,浓水室中的压力降将会升高,电流效率则会降低。Electropure EDI模块的设计可以避免结垢,然而最小的进水硬度可以延长两次清洗之间的时间。

有机物质(TOC):能被树脂和膜表面吸附,会引起活性层受阻,一旦树脂和膜受阻,去离子的效率将会降低,模块电阻也会增加。

颗粒物质、胶体和悬浮颗粒(SDI):大量涌入会造成膜和树脂的阻塞。树脂的微孔阻塞使通过模块的压力降上升。

铁和其它活性金属:可以催化氧化树脂,并且可以强烈地被树脂和膜吸附,从而使其能力衰减,金属离子浓度较低时就会发生。

氯和臭氧:会损坏离子交换树脂和离子选择性膜并且导致树脂疏松,从而降低容量。氯是一种氧化剂,氧化后使TOC显著增长,其副产物会使阴离子树脂和膜引起污染,降低树脂交换性能,氧化也能引起树脂裂解和压力降上升,模块寿命缩短。理想的浓度水平为零。

二氧化碳:有两个影响。第一,CO32-与Ca2+和Mg2+起反应形成碳酸盐结垢。这种水垢随进水浓度、温度和pH值的变化而变化。第二,因为CO2的电荷随它的pH值的变化而变化,而且通过RO或EDI去除它都要依电荷而定,所以它的去处效率将会不断变化。即使低的CO2水平(低于5ppm)也能影响产品水电阻率和硅硼的去除效率。

术语表

阴离子:一种带有一个或多个负电荷(如Cl、OH、SO42-)的离子(带电原子或原子团)。阳极:一种带正电的电极,吸引阴离子,表层涂钛。

阳极电解液:阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。

阴极:一种带负电的电极,吸引阳离子,通常由不锈钢制作。阴极电解液:阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。

阳离子:一种带有一个或多个阳电荷(如Na+、NH4+和Ca2+)的离子(带电原子或原子团)。浓水流:流经浓水室并收集离子的水流。

电导率:水传导电流能力的一个电学测量参数,其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。单位是μS/cm,一般是指25 ℃。

直流(DC)电流:电流不改变状态,在EDI系统中与移动的离子数量成比例,包括水裂解的离子。

直流(DC)电压:电压不改变极性。电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。在直流电压中会有一些交流的电压成份存在。

电极:传导电场的金属板(阳极和阴极),并且促进电化学反应发生,电极通过导线与外部电源相连。

电解液:电极附近的离子溶液。Electropure单元将两种电解液汇成一股,在通过“电解液出口”导出端口将它们输送到模块之外。

进水:垂直进入EDI模块的水。它将供应给淡水室、浓水室和极水室。这种水的水源就是反渗透的产品水。

GPM:加仑每分钟。水流量的一个测量参数。1.0gpm相当于227升/小时,4.4gpm相当于1.0m3/h。

离子交换膜:含有离子交换基团,对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜,且不允许水通过。离子交换树脂:含有离子交换基团,对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。

兆欧:(MΩ.cm)电学测量参数的单位,用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。它是一个电阻参数。不含杂质的超纯水在25ºC时可以达到18.24兆欧.厘米(MΩ·cm)。

pH值:氢离子(H+)浓度的一个测量参数。pH值用对数从0到14来表述。pH值为0或在0附近的是强酸性,pH值为7为中性,pH值为14或在14附近是强碱性。

分解:水在电流的作用之下分解成H+和OH,这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情况下。它导致水的分解以传导电流。一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。pH值的波动一般跟分解作用有关。水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。

ppb:十亿分之一,或μg/l。用于衡量水中离子的数量,如:超纯水中的硅含量。

ppm:百万分之一,或mg/l。用于标识水中总溶解固体数目(TDS)的参数单位。这个参数单位一般用于描述进入EDI模块的水流的纯度。在低电导率时,1ppm近似等于2μs/cm。

产品水(淡水):流经纯化室或淡水室的水流。这股水流就是去离子水。

纯化水:从技术上讲就是把水净化到美国药典USP标准。对于美国药典USP的注射用水WFI,纯化水是一个先决条件。

电阻率:描述水阻挡电流的能力的测量参数。离子浓度降低,电阻率就增加;离子浓度增加,电阻率就降低。这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。不含杂质的超纯水在25 ℃ 可以达到18.24MΩ.cm。

盐:由金属阳离子或带正电的根完全或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。举例:

酸   金属阳离子或带正电的根  盐

●HCl     钠(Na+)       NaCl

●H2SO4   (Ca2+)        CaSO4

●HNO3    镁(Mg2+)      Mg(NO3)2

●H2SO4    钾(K+)       KHSO4

TOC总有机碳:水样中总的有机物水平的量度。非有机碳总量(CO2)为从总碳中减去有机碳后剩下的部分。用ppm或毫克/升表示。

USP超纯水:USP质量要求,被采用蒸馏、离子交换、电去离子技术、或其它恰当的工艺将水纯化,遵从EPA(美国环保总署)饮用水规则并且包含无额外物质存在。

加先进、高效、环保的水处理解决方案。推动科技成果转化和企业进步,为水处理行业的创新和发展贡献自己的力量。

 

菜单