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EDI技术与水处理摘要：离子交换技术与电渗析技术在工业水处理方面都有很长的历史。而随着现代化学技术的不断发展和创新，传统的水处理方式逐渐显现出弊端。同时，不断有各种新的处理方法出现。水处理的方式也逐渐从单一方法转化为综合处理方法。而EDI技术就是离子交换技术与电渗析技术的综合应用。本文主要关于EDI的原理，结构分类，工艺流程，影响因素，优势，缺陷等方面做了一系列论述。同时研究了EDI技术的改进方法，发展方向。 Abstract: Ion exchange technique and electrodialysis method both has a long history in industrial water treatment. And with the innovate and the development of the modern chemical technology, disadvantages of the traditional water treatment method have gradually appeared. Meanwhile,various new treatment methods keep arising. As the time goes, the treatment methods have turned into comprehensive ones from a single one. The EDI technology is the comprehensive.Application of ion exchange technique and electrodialysis method. This article analyzes mainly about the theory of EDI and the chemicals by class, process flows, influencing factor, advantages and disadvantages. Then some improvement methods and the future development direction are added in the end of the paper.关键词：EDI 分类 影响因素 优劣分析 发展方向现代工业生产中，人们对水质的要求越来越高，且更倾向于采用更经济更绿色的方法进行工业水处理。同时，利用更加先进，绿色，高效的方法处理工业用水已成为21世纪的必然倾向。传统的工业水处理方式已经不能满足人们的工业需求，所以对传统水处理技术进行改进和综合利用或研发新型水处理技术是十分必要的。而EDI技术就是一种将传统水处理技术进行综合利用的一种新型技术。EDI技术即连续电去离子技术，是将电渗析的选择性阴，阳离子交换膜间填充以特殊混合的离子交换树脂，成为填充床电渗析器，从而把电渗析器和离子交换床二者的优点结合起来的一种深度脱盐技术。EDI技术的起源和发展美国Walters等人自20世纪50年代起开始论述电去离子过程。1987年Millipore公司制造出Ionpure产品，Ionpure公司从1988年以来销售额已达5000万美元，最大容量已达440gpm;Ionics销售额已达32700万美元。1990年Ionpure又制造出了改进产品，并在市场上推出。改进后的产品在浓水区也填充了特殊飞离子交换树脂，利用树脂的导电能力维持装置的电流，使系统更为简化。1992年4月，美国南加州爱迪生发电厂实现了34m2/h组合系统在1000MW,2400psi压力下的应用，并取得了脱盐，脱硅，脱CO2和有机物的效果。（1）自二十世纪末，我国电子，电力等领域在反渗透技术迅速发展之后，EDI技术也正在加快发展。EDI技术的基本原理EDI技术主要利用电场的作用，将水中的离子连续迁移至浓水侧，同时电流促使水分子分解成氢离子和氢氧根离子。EDI装置由淡水室和浓水室构成，淡水室和浓水室之间设置有选择性的阴离子交换膜或阳离子交换膜。氢离子和氢氧根离子使淡水室中的混合离子交换树脂经常处于再生状态，始终存有交换容量，而浓水室中的浓水不断被排走。EDI装置在通电状态下，可不断制出纯水，内部填充的树脂不需要使用酸碱进水再生。EDI装置每个制水单元均由一组树脂，离子交换膜和隔网组成。多个制水单元并联起来组成完整的EDI装置。反应可分为四个过程（1,2）1, 交换树脂上的离子在电场作用下向浓水室前移； 2，进水中的离子与树脂结合； 3，水的电离和迁移； 4，由于电场作用，离子不断从树脂上离解，同时在较高的电压梯 度作用下水会电解产生大量的H+和OH-，使树脂不断再生。它们 在电场作用下达成平衡 （以Na+为例）：Na+R-SO3-R-SO3-Na Na+R-SO3HH+ R-SO3-Na H+OH-H2OEDI结型构类的分类（1） 板框式结构EDI（1） 1.宽式单元的EDI:一般宽式单元中淡水室的宽度为810mm,相应流量为550gfd. 2.窄式单元的EDI:淡水室宽度23mm,相应流量一般为150gfd. 板框式结构是目前应用最为广泛的结构，一般EDI的淡水区可分为两个部分，下部分为加强传递区，上部分为电离解区。在电离解区，电流的形成更多地依靠电解水分子形成的氢离子和氢氧根离子的迁移，在加强传递区电流形成多依靠阴阳离子的迁移。所以下部树脂的再生程度更高，对弱离子的脱除能力更强。 板框式结构易于操作，工艺简单。但板框式结构易于结垢，易于有胶体和颗粒物质的堵塞，所以一般需要对水进行预处理，保证板框式EDI结构的效率和正常工作。同时，板框式利用多层机械密封，容易发生渗漏。 ( 2 ) 螺旋卷式结构EDI 淡水从底部进入EDI原件，经进水分布器后进入垂直的淡水室，并流经填充于淡水室的离子交换树脂层。浓水从底部通过中心管进入到元件，经布水机构进入浓水室。氢离子和氢氧根离子持续再生填充于淡水室的离子交换树脂。带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子分别被吸附到相应树脂上，在电场的作用下，通过相应的树脂迁移穿过阴，阳膜进入浓水室而被除去。通过离子交换，水分解，离子迁移以及再生等多种作用，进入水中的离子连续进入浓水室而被出去，高纯度的淡水连续从淡水室流出，从而实现水的深度除盐过程。 螺旋卷式结构采用了不同的流向设计，使装置中不易结垢。从而降低了对水进行前处理的要求，降低了处理成本。且螺旋卷式结构可利用顶盖和底盖实现可靠密封。由于此结构中阴极和阳极间的距离被大大缩短，去除离子所需的能耗被大大降低。EDI工艺流程及分析EDI装置一般用于处理反渗透出水，用于制备超纯水。且由于离子交换树脂易于结垢，胶体和颗粒物质容易堵塞，EDI装置要求进水要经过预处理达到一定指标。以保证装置的合理运行，降低对装置的能耗和负担,降低组件清洗率。以节约水处理过程中的成本达到资源的合理利用。且EDI装置要求（2，3）: 1.进水总盐量（CaCO3记）： 25ppm 2.TOC :0.5ppm 3.PH :5.09.0 4.余氯：0.05ppm 5.硬度（CaCO3记）: 2.0ppm 6.Fe,Mn,H2S :0.01ppm 7.可溶硅:0.5ppm预处理设备 一级RO装置 二级RO装置 EDI 工业用水先经过砂滤，碳滤，软化保安过滤器等一系列预处理措施，完成水的预处理流程后通过两次RO装置的处理通入EDI装置。工业中EDI处理技术一般与RO(反渗透技术)结合使用，EDI装置的出水水质可以达到1018M.cm。EDI装置对进水的回收率一般达到80%95%.无污染的浓水可直接排放，为进一步节约用水，也可以回收返回到反渗透系统进口。EDI的组件结构主要包括（4）：淡水室（将离子交换树脂填充在阴，阳离子交换膜之间形成淡水单元），浓水室（用网状物将每个EDI单元隔开，形成浓水室）,极水室，绝缘板，压紧板，电源及水路连接。实际应用中可以将EDI并联运行以获得更大的流量。影响EDI技术处理效果的因素EDI技术受到一系列参数的影响，进水电导率，进水流量，运行电压，运行电流，水的PH值，温度，压力（包括入水，产水，极水，），硬度等。一般工业应用中，EDI技术经常与RO技术同时应用。所以，基本EDI技术的进水由RO系统所提供。因此，入水电导率，温度，PH三项参数是基本确定的。电压电流对EDI处理效率的影响对于固定容量的EDI装置，产水流量和给水浓度不变时，运行时可增大电流，促进水的电解分离，加强电离解区的导电率。电离解能力的增强会使树脂的再生程度提高，可提高弱电子的脱除能力。即电子的脱除能力与系统的电流成正比。同时对于给定系统，产水流量增加或淡水室宽度增加，若要保持相同的电流效率，需要给系统提供更大的电流。但电流增加会加重EDI膜堆的浓差极化，对离子交换树脂的压力增大，不利于离子交换树脂的可再生过程。因此，在满足水质要求的情况下，电流不宜过高，以延长使用寿命（5,6）。水流量对EDI处理效率的影响淡水流量较低时，进入淡水室中的离子数量较少。离子在淡水室中的停留时间较长，离子交换和迁移过程充分。但低流量会造成工作效率降低，电耗增加。同时，流量过低还会导致产水水质下降。因此，淡水流量应根据实际情况来确定。浓水流量在实际运行中不应过低，若浓水流量过低则不利于水的均匀分布。同时增加浓水流量可增强浓水湍流，减小设备运行过程中水的结垢率。但浓水流量增加会使浓水中离子浓度降低，浓水室电阻增大导致膜堆电流降低，电耗增加。因此实际应用中可采取保持较大的进水流量，以防止结构。同时降低进水的硬度，增加电导率提高电流效率（5,6）。进水成分对EDI处理效率的影响进水的硬度升高会使浓缩水通道的膜表面结构影响产水水质，而有机碳会导致树脂和选择透过性膜的污染，导致运行系统的电压升高，也容易在浓缩水通道形成有机胶体，堵塞通道，造成产水水质下降。重金属粒子（Fe ,Mn等）会导致树脂和选择透过性膜的中毒，造成出水水质的迅速恶化，尤其是硅的去除率迅速下降。进水中二氧化碳的含量增加会导致EDI中树脂的负担加重，使出水水质恶化（7）。EDI处理技术中结垢的影响膜堆的结构是影响EDI装置长期稳定运行的关键问题之一。结垢的主要位置是在膜堆阴极室和浓水室靠近阴膜表面的碱性环境中。在EDI技术实际处理过程中，淡水室阴膜表面水分子剧烈解离产生大量的氢氧根离子，进入浓水室导致浓水室PH值增加，浓水室浓缩了大量的钙离子，形成结垢环境。由于结垢，浓水电导率出现下降，电流也明显降低。结垢对膜堆的损害相当严重。在电渗析中通常采用LSI来判断结垢形成的趋势，LSI与水的PH，浓度，硬度，温度，TDS等一系列因素有关（8）。因此，在EDI技术处理过程中采用预防结垢膜堆设计是十分必要的。以下方法被应用于预防膜堆结垢：1，浓水循环并添加酸，阻垢剂；2，采用特殊的浓水室结构设计（例：浓水室中添加离子交换树脂）；3，改变浓，淡水流的操作方式等（9）。一般EDI装置的合适条件和表征仪器利用流量计控制进水压力不超过0.5MPa,设计进水压力0.20.3MPa，产水压差0.07MPa浓水压差0.05MPa。利用电流表调试电流2A左右。利用流量计控制极水，浓水，纯水，浓水补水等一系列水流量。控制进水温度约为1525EDI技术的优缺点分析优点：（1） 无化学污染，持续的电解水再生树脂使该系统在正常的运行情况下不需要使用化学药品；（2） 持续运行，连续再生，是该设备不需要使用再生备用；（3） 运行操作简单，实现了自主控制，甚至可以达到无人值守；（4） 运行费用低，不需要使用酸碱，同时，降低再生用水，废水处理，污水排放的费用；（5） 水回收率高，出水稳定，且出水品质高；（6） 占地面积小，不需要再生和废水综合处理系统（10）。缺点： （1）投资略高，EDI装置的投资略高于传统的混床离子交换设施； （2）对水的预处理要求较高，适用于对工业废水的深度处理。EDI技术的改进和发展方向EDI技术的发展空间主要有，能源，经济，可持续运行灯几个方面。降低能耗：淡化室填充材料的选择是整个ED处理过程的关键。现代工业中一般采用带功能性基团的高分子链的树脂作为填充材料。其直径范围为0.51.2mm,离子的扩散和迁移距离较大，传递速率小。同时树脂的转型膨胀会使产水量降低，密封性变差。新型离子交换纤维使传递速率增大，时间缩短，提高了生产效率，降低了电能的消耗（11）。降低处理成本：在一级反渗透处理后，为使高硬度的水质能满足EDI装置进水硬度的要求，通常仍需通过软化器处理，增加盐溶解再生系统或使用二级渗透系统，这会使投资增加。因此应进一步提高EDI装置的处理范围，降低对预处理的要求，降低预处理的成本。延长EDI设备的使用年限：一般EDI设备的使用年限为五年，为延长使用年限要致力于研发离子阻垢剂保证离子交换树脂的稳定工作，降低结垢对离子交换树脂和设备的损坏，同时应结合更先进的预处理技术，结合二氧化碳除去设备降低进水中二氧化碳的浓度，降低有机物的含量防止交换树脂的污染中毒，有机胶体堵塞通道。以此来提高设备的可持续利用性能，延长使用周期，同时保证出水水质。总体应用EDI技术是一种当前比较先进的工业水处理技术，同时也基本完成了在我国工业水处理过程中的普及应用，是水处理中深度脱盐的趋势。同时EDI技术在经济上是一种运行费用低，同时基础设施成本合理且不断降低的技术，在环境上是一种绿色环保的技术，在产品性能上是一种高品质高精度的技术，在产业自动化上是一种可实现无人工操作的技术。所以，EDI技术完全符合经济，环保，高精度，高度机械化等一系列要求。因此，EDI水处理技术被广泛应用于：药用纯水，电子级水，化工，电镀，电冶，血液透析，气象，离子色谱，原子吸收，发射光谱，环保实验等。同时，随着现代化学工业的进一步发展，EDI技术会得到进一步的