EDI技术的发展及及经济特点
电去离子(EDI-electrodeionisation)是一种将离子交换树脂和离子膜相结合,在电场作用下连续去除离子的水处理方法。该技术是随着工业生产对纯水质量要求不断提高和环保对水处理中水利用率和化学物品的排放控制要求提高而逐步发展起来的。
历史上,早期的纯水的需求主要来自于医药、化工、发电、造纸等行业,水质要求相对较低。在六、七十年代,纯水制备主要采用蒸馏和离子交换。前者能耗很高,后者需要化学药剂再生,既麻烦又不经济,而且由于强型树脂对一般有机分子去除效果很差,出水中TOC含量高。随着半导体工业的发展,对纯水质量要求不断提高,从而大大推动了纯水技术的发展。到八十年代,膜技术得到广泛应用,微滤、超滤、电渗析和反渗透(RO)等先进的水处理技术得到长足发展。RO-混床系统取代了传统的离子交换系统,解决了TOC问题,满足了诸如电子行业对纯水质量要求。但是,由于RO脱盐率有限,混床需要化学药剂再生的问题仍未解决,并且出于环保需要,减少化学再生药剂使用的呼声越来越大,因而以电化学为基础的EDI技术便得到了重视。
早在四十年前,EDI就作为一种不用化学药剂再生的水处理方法而用于实验室。EDI技术的长足发展是近十年,尤其是近几年来的事情。初期的EDI系统设计不完善,可靠性有问题,而且价格偏高,只适合于小流量用户。EDI与RO一样设计成标准模块,可大批量生产和大规模组合,水量也能满足工业用水量要求。
2、EDI结构和工作原理
EDI常与RO连用,构成RO-EDI纯水系统。如上所述,EDI已设计成标准模块,EDI单元就是由若干模块组合而成。每个EDI模块有数个双腔室夹在两个电极(加直流电)之间,呈层叠式板框结构;双腔室包括淡水腔(用D表示)和浓水腔(用C表示);二腔之间隔以一对阴、阳离子膜(亦称阴向膜或阳向膜),阴、阳膜间装填阴阳树脂混合床构成D室;该阴、阳膜分别与另一D室中的阳、阴膜间构成C室
3、EDI的经济技术特点及环保价值
EDI技术的最大特点是用电场和离子膜取代离子交换树脂的化学再生,使RO-EDI纯水系统在设备结构、使用操作、运行费用等方面与RO2混床相比具有明显优势;并克服了再生树脂所产生的废水排放问题
(1)EDI与RO配套使用,可调节电流以改变出水质量,用标准模块组合改变出水量。十多年的商业应用表明,该系统在100磅/平方英寸(7kg/cm2)压力下运行稳定,出水电阻率可达到16M8·cm以上,含Si量在20ppb以下,水质可靠,能满足目前最严格的工业用水质量要求,出水量可高达2000加仑/分(450立方米/小时)。
(2)EDI不用再生树脂,免除了树脂化学再生配套设施(如酸碱贮罐、泵和管道)使纯水系统设备结构简化,投资节省,操作简化,运行费用降低。近年来,对RO-EDI与RO2混床纯水系统的技术经济性能作了专门的比较研究。结果表明,前者的用工是0.5人时/日,后者为2人时/日;EDI安装费用比混床低得多。设备投资安装和运行费用按10年摊还期计,EDI投资系数为10%,EDI在低流量情况下较混床系统经济得多;在大流量时相当。上述比较中未考虑占地和环保管理等费用,在这方面EDI占明显优势。
(3)技术经济比较还表明,EDI比混床系统更能适应进水中TDS变化而不影响出水质量,而且对制水成本影响很小。
(4)EDI环境效益显著,表现在二个方面:①克服了树脂化学再生造成的废水污染;②EDI排放的浓水可直接回到RO之前再利用,这样EDI单元可以做到没有废水排放。
4、EDI技术应用前景
由于EDI上述优点,EDI技术和产品发展很快。目前,国际上已有多家公司生产销售RO-EDI系统。其应用不仅在制药、造纸、化工、发电等工业部门,而且还应用于其他领域。用于分析实验室用纯水制备,其EDI出水质量符合分析实验室用纯水二级标准。事实上,EDI已在国际上形成稳定市场,并在不断拓展。随着环境意识的加强和环保要求的提高,与需要化学再生而产生大量废水污染的传统混床相比,EDI技术将倍受青睐。并且随着膜技术的不断发展,RO-EDI系统可望有进一步的改进。有关专家预测,未来3～5年内85%的工业水处理系统将采用RO-EDI技术。
RO反渗透设备工作原理：
RO反渗透设备采用当代最先进、节能有效的膜分离技术，反渗透设备其原理是在高于溶液渗透压的作用下，使其他物质不能透过半透膜而将其它物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此反渗透设备能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，反渗透设备可以生产纯水、高纯水，以满足不同行业、不同需求的用户。
当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透(RO)处理的基本原理。
EDI 膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位於两个膜之间：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。这些杂质离子由於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。
系统特点
⊙ 产水水质高而稳定。
⊙ 连续不间断制水，不因再生而停机。
⊙ 无需化学药剂再生。
⊙ 设想周到的堆叠式设计，占地面积小。
⊙ 操作简单、安全。
⊙ 运行费用及维修成本低。
⊙ 无酸碱储备及运输费用。
⊙ 全自动运行，无需专人看护。