翻译 - 电去离子工艺的研究—ROEDI系统制备高纯水

本科生毕业设计（论文）1中文译文电去离子工艺的研究RO/EDI 系统制备高纯水摘要：反渗透之后采用电去离子技术（EDI），取代化学药剂，用于高纯水的连续制备。本课题在实验室进行研究。离子交换膜有八对隔间，四个为稀释隔间，其中填满了离子交换树脂。进水为自来水的电导率大约是 400s/cm，但是经过反渗透的水电导率低于 20s/cm。EDI 实现了产水量为 20L/h 和电阻率 12-18M cm 的水。此外，EDI 系统的 V-I 和 pH-I 特征的研究，表明 ED 和 EDI在浓度极化上反映出来的差异。关键词：反渗透；混合过程；高纯水；离子膜；海水淡化；1 论文简介EDI 也被称为 CDI， 是一种新型的在一个单元中用离子交换树脂膜混合结合离子交换法的分离过程。EDI 的过程被发现于上个世纪 50 年代的一个实验室里,主要在商业上生产高纯度的水是在 1987 年,。现在反渗透技术已经被发现,并将会在无数的工程领域中应用。原理显示在图 1 里。混床里充满了稀释离子交换树脂，它们是通过直流电作为动力而实现的。几乎整个过程都是通过离子交换树脂，而不影响水的通过。在一定条件下，一个水分子在稀释室里发生分裂反应，然后相对较高的浓度的氢离子和氢氧根离子在这种树脂中不断再生。因为其独特的电再生，EDI 也可以被视为一种混床离子交换柱的连续再生,因此能够更深的变形。比较电渗析和离子交换，EDI 在海水淡化方面已具有优良的结果。2 实验RO/EDI 系统流程图显示在图 2。高纯度水的工艺生产从自来水包括预处理RO 和 EDI。预处理单元为下一步骤提供良好的安全环境,和反渗透单位提供的渗透,是软化超过 95%（低于 20s/cm）和直接输入的电子数据交换的阶段。EDI 的模块有四个稀释的小隔间和五个没电极的隔间。每个长 10 cm 和宽 30 cm。离子交换膜的有效面积为 158 cm2。去盐的水和离子交换的水的流动速率分别是 20 L/h 和 2 L/h。 本科生毕业设计（论文）2图 1 EDI 的过程图 2 EDI/RO 的流程图3 结果和讨论3.1 V-I 特点我们做电子数据交换和高压电流曲线的叠加的试验，被显示在图 3 中。可以看出,在整个实验中,电流的堆栈的增加更多更快于电压,并没有（限制电流）极化曲线的高压和电流是一样的 ED 过程。其原因是,即使应用低电压,大量的氢离子和氢氧根离子也能有稀释的成份。电压越高,更适合氢离子和氢氧根离子的生成。阴离子渗透膜 阳离子渗透膜阳离子渗透 膜 阴离子渗透膜集中分隔浓缩水集中分隔浓缩水生产水自来水排水集中水去盐水 本科生毕业设计（论文）3图3 EDI 工程特点3.2 pH-I 特点图 4 显示了电流的影响,然后把注意力集中在脱盐水的 pH 值上。自从氢离子和氢氧根离子用电化学方法产生稀释可以再生树脂并测其酸碱度,去盐的水的PH 一直保持稳定并且有的不断增加。pH-I 精确的曲线表明,极限电流分解水的情况会发生在你的边界层的阴阳离子交换膜界面的可能性远低于的新型阴离子交换膜,这也是很大的不同,一个典型的 ED 的过程。进一步的研究表明,EDI 和ED 的浓差极化存在着许多差异。3.3 水的质量对电子数据交换(EDI)的产品质量进行测试时, 进行 RO 渗透。用 20V 稳定的电压持续 100 小时，结果显示水的导电率在(14-18s/cm),结果显示在图5。EDI 提供了一种能 达到 99%以上的方式,是传统的 ED 过程无法实现的。生产用水的电阻率在 12-18 兆欧 厘米之间。在多数的操作,产品质量胜于15 兆欧 厘米 。60 个小时后,产品的电阻率是 16.37-17.73 兆欧 厘米。 去盐的 水的酸碱度仍然或多或少稳定在 6.2 到 7.8 之间。电压电流 本科生毕业设计（论文）4图 4 EDI 过程的特点图 5 水质稳定生产电流（mA）时间生产电阻率 本科生毕业设计（论文）5RO、EDI 和 UF 分别保证高水的纯度Christ Gmb 的制药纯水系统是为了应用于制药、生物技术和生命科学工业设计的。当与超滤膜进化处理器相配合，此设备还能提供高纯度的水。最新的模型是允许添加和内部设计的，很灵活的构造实现了最终用户的全自动。例如，从生产纯净水到高纯度纯净水并提出了新的完全的外部封闭的设计。纯水制造时通过逆渗透使内外能够合成一体。RO 和 EDI 处于领先地位是因为它的过滤器和软水剂来产生质量高的给水，应用于装饰品、化学或者生物科学业。预过滤器是弹药筒形状，由聚丙烯构成。第一个过滤器是在制药纯水系统的习口处，在逆渗透设备之前。它能够移动 100 m。如果第二个逆渗透设备确定位置，另一个过滤器就在其入口处位置。它能将杂质在尺寸上移动 5m。聚砜膜被利用在了逆渗透单元。它能消除细微程度到 5m 大小。一个聚砜（PES）膜 在反渗透的在范围 500-5000 升/ 小时（L / h）适合。最小的操作温度是 5 摄氏度，最高的温度是 30 摄氏度。进口压力是 4.5 到 6 帕斯卡，而出口压力为 0.5 到 1 帕斯卡。制药纯水系统的流量在 2000L/H 以下的，是一个小的尺（2850mm2115mm 1700mm）。更高的 5000L/h 的模型是3300mm 宽，2115mm 高，1700mm 深。当它运行的时候，原先的软水剂，流经最初的过滤器并产生抵触最大的压强。大量的水透过聚砜膜，将溶解的物质留下。下一步是电去离子膜快速去除残留的矿物质。这个环节同时也减少了水中的细菌也由于高的 PH 梯度（从PH2 到 PH12）大大减少了微生物的数量。最后，水从逆渗透部位式过滤净化部位流经。如果使用者偏向于超滤膜净化处理器将利用到不均匀的有孔的光纤隔膜。所有主系统的组架管子都是不锈钢的，并且装运准备连接。另外，纯净水是根据现在美国与欧洲药典上的规定制成。它能够转换逆渗透和电去离子的化学退化和清洁处理，为了就是能保护微生物的生长。Allen Bradlley，Siemens 和 Automationx 根据最终用户的编好提供系统控制技术。全自动系统上也没有类似的计量器和指示器。所有测量的数值显示在屏幕上，通过可编程控制器表现出来，为使用者提供便利。数据能够被传到控制中心，如果该装置配有控制中心的话。测量转换器软件可在线自由使用工业产品网站上的“Click in Convert” 软件是一款免费的测量转换器，该设计帮助了那些想冲出国内市场的使用者们。特别针对北美和欧洲的公司，那些需 本科生毕业设计（论文）6要个字处理公制和英制的公司。Specifiers 和 OEM 也将也会发现工具有用。该软件能转换不同种类的，数量繁多的计量，包括对过滤与分离单位的专业人员很重要的测量领域，如流量、压强、能源、浓度和电力。其他领域包括一般的工程技术测量，能效力，加速度和质量和一些更加常见的变换，如升变为加仑，摄氏转为华氏等等。Click 和 Convert 不需要有任何专业知识安装设置，只需要通过 Hayward 的主页就能进去。 本科生毕业设计（论文）7特写在下面这篇文章中,安东尼班纳特作为自由撰稿人描述了过滤+分离,而且定义了高纯度水，他评论的技术可用于生产,并描述了来自美国的四个案例研究和英国使用工艺组合并产生各种档次的高纯度水。他也展示了为进一步纯化技术，反渗透（RO）和 EDI 或混床离子交换已经越来越多地被用来除去源水的离子。高纯水过滤技术的进展高纯水的定义也就是除去离子化的水，纯化的、不至热的、超纯的水，它的电阻率在 10 megohm-cm 或者更高，它硅的含量（如二氧化硅）一般少于20g/l，主要表现在表一上。电除盐（EDI ）或混床离子交换（MBIX）可以生产所需纯度高的水。进一步处理水以减少总有机碳（TOC）的含量,有效的存储及配电系统生产稳定的电阻率为 18 megohm-cm 的水，纯度有达到最高理论水平的可能。高纯度水利用于电力行业，主要是工业锅炉给水及超临界暖气和电力组合（CHP）系统。除去二氧化硅以防止蒸汽提高系统的沉积和机械故障是至关重要的。还有在各种工业应用清洁组件是必需用高纯度水的。根据工作性质的自然水、去离子水在逐渐被人们所发现的反渗透后才进行额外的净化。反渗透是一个交叉的膜分离过程中提供过滤下来的水，并对离子盐含量进行了去除和溶解。从膜渗透生产出的大多数的含盐水转移到废水中。通常反渗透膜的去除率为给水的 95%到 98%，进而降低离子到下一步的离子交换树脂的数量。EDI 和 MBIX 则是在生产高纯度的水中的两种技术类型。电子数据交换（EDI）技术是一种连续化、紧凑、消除了再生化学品并且使废物中和，它满足生产高纯度水的要求。它的作用是进一步除去水中离子、二氧化碳、剩余的TDS 和 TOC。系统对一些离子膜有选择,并利用离子交换树脂和电 ，能够始终如一地生产高质量的水。当 RO 渗透生产水大于 0.3megohm-cm 电阻率，CDI-LX 系统 能达到 99%的盐去除率并且生产出 18megohm-cm 电阻率的水。MBIX 包含了阳离子交换和阴离子交换树脂相结合。阳离子树脂具有固定的氢离子作为附件与其他阳离子（如钙离子、镁离子）转换。阴离子树脂以固定的氢氧根离子作为附件与其他阴离子（如硫酸根离子、氯离子）转换。由树脂释放出来的氢离子和氢氧根离子结合生成水。MBIX 树脂可以容易获得，比如从罗门哈斯有限公司及国际有限公司。用 MBIX 和用 EDI 生产出的水是等效 本科生毕业设计（论文）8的。随着 MBIX 去除氢离子、氢氧根离子性能的恶化，混合树脂疲惫开始老化。这工厂是利用盐酸或硫酸、氢氧化钠、再生水和空气再生的。反洗的水是从重的阳离子树脂到轻的阴离子树脂。向上通过稀释酸阳离子树脂稀释氢氧化钠，往下通过阴离子树脂，组合的阴阳离子树脂在树脂界面通过采集系统从流出口流出,并被传送到废物中和系统。酸再生阳离子树脂与氢离子,而氢氧化钠再生阴离子树脂与氢氧根离子。流出的离子会转移到废水。然后使用低压空气进入混合树脂。MBIX 可以比 EDI 更经济，在 MBIX 过程中回收的化学物质已可放在网站上，需要消耗大量的电力成本。另一方面,EDI 紧凑系统更有效,并且电力使用的成本低。详细的评估每个站点都是为了需要确定最合适的技术。下列案例研究回顾 4 个具体情况,高纯度水已经要求各种应用。太阳能给水系统制造工程2001 年，一个全球最大的综合光伏系统诞生了，它设置了新处理水的系统，在美国 FrederikMargland 工厂生产工纯度的水。BP SOLAR 根据 USFilter的建议用电子数据替代了现存的 MBIX 系统来达到要求的水质量规格，同时消除酸性和腐蚀性物质再生，减少消耗。规格为 46m/h 的给水系统提供15megohm-cm 并且少于 100g/L TOC 的质量的水。这个系统式由 USFilter 设计并安装的。此系统包括多媒体过滤器和软化器和石墨过滤器及两个 FLOWMAX RO 系统。EDI 系统如同表所示。纯水生产包括一个 25 立方米的存储池在通过水杀菌消毒设备前，通过后压控制阀门进到池子当中。2001 年 5 月开始，该系统超过 BP solar 的规格，水质量有 18 megohm-cm电阻系数和少于 100g/L TOC。该厂一直非常简单的操作和维护先前存在的体系。Brian Davidson 经理说“ 我们过去的 RO/DI 系统，我们需要 3 到 4 个人，但是现在我们不需要任何资源来管理该系统”。他又说道： “我是最爱这个系统的地方特别是 CDI-LX 是因为它超出了想象与眼界。如果我不去系统所在处甚至一星期不去，我不会感到愧疚。但是如果还是旧系统我每天到要去检查二到三次。一般工业用地2001 年 AWS 在英国的格雷特姆和提兹塞德大学密封地区 设置了高含量水处理系统来满足工业上用水，纯水的电阻率大于 0.05 megohm-cm。该系统全自动化，并且包括集中的 RO 系统，它通过 12 千米的环形电路连接哈特尔浦的 Huntsrman North Fees 电站。在 Huntsman 还用 MBIX 技术在过于 本科生毕业设计（论文）9的设备上生产纯水。该系统与附近的 AWS 的 RO 系统相连。而且都是由 Ac Wa 设计和安装的。图1 太阳能 EDI 系统中心的设计是由 AWS 指定提供经济方式来满足现行要求，但是 在将来也允许顾客提供意见。反渗透水来源是一个氯化供电线路的水，那是比较高的硬度,因为碳酸钙存在的原因，它存在 120mg/L 的钙离子、60mg /L 镁离子和400mg/L 的 HCO3。总的来说，反渗透系统包含七道相同的设备，每个设备额定生产 82m/h 的去离子水,共生产水 574 m/h。该系统利用 TFC 除去反渗透