一、高含盐量时工况
这种工况是指EDI用于制备部分脱盐水时的工况.这时,EDI的进水是自来水或经除悬浮物预处理的原水,其含盐量一般在200～300mg/L左右.这种部分脱盐水分别用于作为低压锅炉补给水和一般工业上用来调配涂料及清洗的用水.
按我国低压锅炉水质标准规定,蒸汽锅炉采用锅外化学水处理时给水标准应达到硬度≤0.03mmol/L,而对热水锅炉则放宽硬度到≤0.6mmol/L.标准对水含盐量没有限制,应由采用此含盐量给水时核算锅炉排污率在经济上是否合理来定.一般工业用户对部分脱盐水水质的要求未作规定,根据用途不同,对水质的要求也有所差别,但对水质的一般要求与对工业锅炉给水的要求不相上下.这类用户采用EDI脱盐时,EDI就处在高含盐量时的工况.
与低含盐量时工况相同,脱盐一开始,不计离子的电渗析迁移.等淡水室工作一段时间后,树脂层必然会出现图2(b)所示的离子交换层谱.这一层谱,自上而下,对阳离子,是Fe3+和Ca2+(含Mg2+)失效层、Ca2++Na+的工作层以及Na+(可能含少量H+)保护层;对阴离子,则是SO42-和Cl-失效层、Cl-+HCO3-(含HSiO3-)工作层以及HCO3-(含HSiO3-可能还含少量OH-)保护层.
与EDI处在低含盐量工况时一样,高含盐量工况时EDI树脂层的自再生仍然靠直流电场作用下水的电离.在EDI正常运行中,自再生主要是在保护层中进行.如果EDI能间隔运行,那么停运的EDI利用更改运行参数如提高电压[9],可实现EDI树脂层的彻底再生,此时靠水电离出H+和OH-离子,将树脂全部转变为H型和OH型,一旦EDI重新投运,则其树脂层又很快建立起上述离子交换层谱,见图2(b),从而实现高含盐量工况下水的电去离子处理.
如果在高含盐量工况下使用EDI时淡水室内离子交换层能稳定地建立起来这种层谱,那么EDI的出水就是部分脱盐的软化水.这种EDI出水与用Na离子交换软水不同,从阳离子来看,它直接除去欲处理水的Fe3+、Ca2+(含Mg2+),且不再从树脂交换出Na+来补充,而从阴离子来看,还除去部分SO42-和Cl-,从而使EDI出水的总含盐量大幅度减少.
这种电去离子处理与单纯的电渗析或反渗透不同,此时由于离子交换作用参与,在正常运行下不会出现出水含有硬度离子Ca2+(含Mg2+)的现象,而经单纯电渗析或反渗透的水可能都含有少量钙、镁离子.
EDI处理与其它膜处理一样,要注意灭菌和防垢.灭菌是指除去水中细菌,防止细菌在膜和树脂上滋生繁殖,常用紫外光照射.防垢是防止膜表面结垢,常用调节pH值先经软化处理,使EDI倒极[10]运行等方法,当EDI处在低含盐量工况时,因其进水含Ca2+极少,不会发生膜结垢问题.
为了防止膜结垢,如要采用上述防垢处理,不如采用一般的倒极电渗析作初步脱盐处理,这不但解决了EDI的膜结垢问题,同时也减轻了EDI的脱盐负担.
因此,对于含盐量>300mg/L的高含盐量水,如要用EDI处理,更应先用普通的电渗析除去大部分钙和降低含盐量为宜.
二、结论
电去离子方法是一种将电渗析和离子交换有机地结合在一起的离子分离方法.根据已有的大量实践和理论,将电去离子过程进行时所发生化学反应分清主次、前后和地点,得出描述电去离子的反应叠加实用分析方法,用它能圆满解释应用EDI除去水中电解质离子制备超纯水、纯水、软化水和部分去离子水等实用问题,从而有利于EDI的推广应用.
在应用EDI来除去水中电解质离子时,EDI可在两种状态下工作:在低含盐量时,靠水电离产生H+和OH-自行再生离子交换树脂,树脂H型和OH型工作,用EDI制得超纯水和纯水,供电子、医药等行业和火力发电厂使用,这种净水器称为电去离子纯水器[4];在高含盐量时,树脂呈盐基型,用EDI制得软化水和部分去离子水,供工业锅炉及有关工业使用,这种净水器称为电去离子软水器[11]. 电去离子净水技术的推广普及,将实现不用酸碱盐化学药剂再生离子交换树脂,从而完成离子交换水处理工艺过程的重大变革,将它变为一种对环境无害的工艺.