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超純水EDI裝置工作原理
來源:    發布時間:2015-11-26

EDI(Electrodeionization)又稱連續電除鹽技術,它科學地將電滲析技術和離子交換技術融為一體,通過陽、陰離子膜對陽、陰離子的選擇透過作用以及離子交換樹脂對水中離子的交換作用,在電場的作用下實現水中離子的定向遷移,從而達到水的深度凈化除鹽,并通過水電解產生的氫離子和氫氧根離子對裝填樹脂進行連續再生,因此EDI制水過程不需酸、堿化學藥品再生即可連續制取高品質超純水,它具有技術先進、結構緊湊、操作簡便的優點,可廣泛應用于電力、電子、醫藥、化工、食品和實驗室領域,是水處理技術的綠色革命。 出水水質具有最佳的穩定度。


中文名:連續電除鹽技術 

外文名:EDI系統 

全稱:Electrodeionization 

類型:純水制造技術 


系統簡介:EDI(Electrodeionization)是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術相結合的純水制造技術。它巧妙的將電滲析和離子交換技術相結合,利用兩端電極高壓使水中帶電離子移動,并配合離子交換樹脂及選擇性樹脂膜以加速離子移動去除,從而達到水純化的目的。

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因而,這里的EDI系統是一種純水制造系統。


在EDI除鹽過程中,離子在電場作用下通過離子交換膜被清除。同時,水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子,這些離子對離子交換樹脂進行連續再生,以使離子交換樹脂保持最佳狀態。


EDI超純水設備超純水制造歷史進程第一階段:預處理過濾器——>陽床——>陰床——>混合床第二階段:預處理過濾器——>反滲透——>混合床目前階段:預處理過濾器——>反滲透——>EDI(無需酸堿)  近幾十年以來,混床離子交換技術(D)一直作為超純水制備的標準工藝。由于其需要周期性的再生且再生過程中消耗大量的化學藥品(酸堿)和工業純水,并造成一定的環境問題,因此需要開發無酸堿超純水系統。  正因為傳統的離子交換已經越來越無法滿足現代工業和環保的需求,于是將膜、樹脂和電化學原理相結合的EDI技術成為水處理技術的一場革命。其離子交換樹脂的的再生使用的是電能,而不再需要酸堿,因而更滿足于當今世界的環保要求。


工作原理:電去離子(EDI)系統主要是在直流電場的作用下,通過隔板的水中電介質離子發生定向移動,利用交換膜對離子的選擇透過作用來對水質進行提純的一種科學的水處理技術。電滲析器的一對電極之間,通常由陰膜,陽膜和隔板(甲、乙)多組交替排列,構成濃室和淡室(即陽離子可透過陽膜,陰離子可透過陰膜)。淡室水中陽離子向負極遷移透過陽膜,被濃室中的陰膜截留;水中陰離子向正極方向遷移陰膜,被濃室中的陽膜截留,這樣通過淡室的水中離子數逐漸減少,成為淡水,而濃室的水中,由于濃室的陰陽離子不斷涌進,電介質離子濃度不斷升高,而成為濃水,從而達到淡化、提純、濃縮或精制的目的。


系統特點:自從1986年EDI膜堆技術工業化以來,全世界已安裝了數千套EDI系統,猶其在制藥、半導體、電力和表面清洗等工業中得到了大力的發展,同時在廢水處理、飲料及微生物等領域也得到廣泛使用。



EDI設備是應用在反滲透系統之后,取代傳統的混床離子交換技術(MB-DI)生產穩定的超純水。EDI技術與混合離子交換技術相比有如下優點:

①水質穩定  ②容易實現全自動控制  ③不會因再生而停機  ④不需化學再生  ⑤運行費用低  ⑥廠房面積小  ⑦無污水排放

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EDI工作原理:

EDI模塊將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元。EDI工作原理如圖所示。 EDI模塊中將一定數量的EDI單元間用格板隔開,形成濃水室和淡水室。又在單元組兩端設置陰/陽電極。在直流電的推動下,通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜進入到濃水室而在淡水室中去除。而通過濃水室的水將離子帶出系統,成為濃水. EDI設備一般以二級反滲透(RO)純水作為EDI給水。RO純水電阻率一般是40-2μS/cm(25℃)。EDI純水電阻率可以高達18 MΩ.cm(25℃),但是根據去離子水用途和系統配置設置,EDI超純水適用于制備電阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的純水。


影響運行因素: 

(1)EDI進水電導率的影響。在相同的操作電流下,隨著原水電導率的增加EDI對弱電解質的去除率減小,出水的電導率也增加。如果原水電導率低則離子的含量也低,而低濃度離子使得在淡室中樹脂和膜的表面上形成的電動勢梯度也大,導致水的解離程度增強,極限電流增大,產生的H+和OH-的數量較多,使填充在淡室中的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。

(2)工作電壓-電流的影響。工作電流增大,產水水質不斷變好。但如果在增至最高點后再增加電流,由于水電離產生的H+和OH-離子量過多,除用于再生樹脂外,大量富余離子充當載流離子導電,同時由于大量載流離子移動過程中發生積累和堵塞,甚至發生反擴散,結果使產水水質下降。

(3)濁度、污染指數(SDI)的影響。EDI組件產水通道內填充有離子交換樹脂,過高的濁度、污染指數會使通道堵塞,造成系統壓差上升,產水量下降。

(4)硬度的影響。如果EDI中進水的殘存硬度太高,會導致濃縮水通道的膜表面結垢,濃水流量下降,產水電阻率下降;影響產水水質,嚴重時會堵塞組件濃水和極水流道,導致組件因內部發熱而毀壞。

(5)TOC(總有機碳)的影響。進水中如果有機物含量過高,會造成樹脂和選擇透過性膜的有機污染,導致系統運行電壓上升,產水水質下降。同時也容易在濃縮水通道形成有機膠體,堵塞通道。

(6)進水中CO2的影響。進水中CO2生成的HCO3-是弱電解質,容易穿透離子交換樹脂層而造成產水水質下降。

(7)總陰離子含量(TEA)的影響。高的TEA將會降低EDI產水電阻率,或需要提高EDI運行電流,而過高的運行電流會導致系統電流增大,極水余氯濃度增大,對極膜壽命不利。

另外,進水溫度、pH值、SiO2以及氧化物亦對EDI系統運行有影響。


進水水質控制: 

(1)進水電導率的控制。嚴格控制前處理過程中的電導率,使EDI進水電導率小于40μS/cm,可以保證出水電導率合格以及弱電解質的去除。

(2)工作電壓-電流的控制。系統工作時應選擇適當的工作電壓-電流。同時由于EDI凈水設備的電壓-電流曲線上存在一個極限電壓-電流點的位置,與進水水質、膜及樹脂的性能和膜對結構等因素有關[4]。為使一定量的水電離產生足夠量H+和OH-離子來再生一定量的離子交換樹脂,選定的EDI凈水設備的電壓-電流工作點必須大于極限電壓-電流點。

(3)進水CO2的控制。可在RO前加堿調節pH,最大限度地去除CO2,也可用脫氣塔和脫氣膜去除CO2。

(4)進水硬度的控制。可結合除CO2,對RO進水進行軟化、加堿;進水含鹽量高時,可結合除鹽增加一級RO或納濾。

(5)TOC的控制。結合其他指標要求,增加一級RO來滿足要求。

(6)濁度、污染指數的控制。濁度、污染指數是RO系統進水控制的主要指標之一,合格的RO出水一般都能滿足EDI的進水要求。

(7)Fe的控制。運行中控制EDI進水的Fe低于0.01mg/L。如果樹脂已經發生了“中毒”,可以用酸溶液作復蘇處理,效果比較好。

(8) EDI系統進水水質要求


綜合以上各方面的分析,對于EDI進水的水質要求如表所示,可以保證其出水指標達到電子行業半導體制造需要的高純水的要求。

       

EDI技術被制藥工業、微電子工業、發電工業和實驗室所普遍接受。在表面清洗、表面涂裝、電解工業和化工工業的應用也日趨廣泛。 YR-EDI 進水要求成 分 范 圍總可交換陽離子(包括Co2) < 25mg/L(以CaCo3計) PH值 5-9 硬度(CaCo3計) < 0.1 < 0.5 < 0.75 < 1.0 回收率 95% 90% 85% 80% 活性Sio2 < 0.5mg/L 總有機碳(TOC) < 0.5mg/L 游離氧 < 0.5mg/L YR-EDI 技術規格參 數 范 圍單個模塊流量 7.2-15GPM(1.6-3.4m3/h)正常回收率 80-95% 溫度 40-100°F(5to38°C)進口壓力 45-100psi(3.1-6.8Bar)輸入電壓 600VDC(最大)電耗 0.32-0.66KW.h/m3 外形尺寸 12"Wx24"Hx19"D 300mmWx610mmHx90mmD


應用領域:

1、半導體及電子行業-超純水

2、生物及制藥行業-純化水

3、發電廠-鍋爐補給水

4、表面涂裝

5、消費品及化妝品行業

6、代替各類蒸餾水

7、其它對水的純度要求高的行業 

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