EDI 原理介绍(MK-3)

1、E-Cell EDI技术技术(MK-3)沈殷伟2008.5.30EDI是什么是什么?EDI(Electrodeionization)中文全称中文全称“连续电去连续电去离子技术离子技术”,其主要用于替代传统的混床技术其主要用于替代传统的混床技术.EDI工艺原理是工艺原理是:在电场的作用下在电场的作用下,通过导电物质将离子化物质从通过导电物质将离子化物质从产水中迁移出去产水中迁移出去,以达到生产高纯水的过程以达到生产高纯水的过程.水处理技术的发展过程水处理技术的发展过程 预预 处处 理理 预预 处处 理理 预预 处处 理理阴阴/ /阳床阳床 混床混床 反反 渗渗 透透 混床混床反反 渗渗 透透第一

2、代第一代 二十世纪六七十年代二十世纪六七十年代第二代第二代 二十世纪八九十年代二十世纪八九十年代第三代第三代 二十世纪九十年代末二十世纪九十年代末E-Cell EDI是一场技术革命是一场技术革命阴阴/阳电极板阳电极板阴阴/阳离子交换膜阳离子交换膜阴阴/阳离子交换树脂阳离子交换树脂浓水室流道浓水室流道淡水室流道淡水室流道极水室流道极水室流道E-Cell EDI 模块结构组成模块结构组成:EDI(MK-3)结构组成淡水进水淡水进水-阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜高纯水高纯水阳极阳极废水废水浓水浓水Anode阳极阳极 (+)Catho

3、de阴极阴极(-)阴极阴极废水废水高纯水高纯水浓水进水浓水进水MK-3流程图产水出产水出极水排放极水排放浓水排放浓水排放浓水进口浓水进口进水进水淡水进口淡水进口浓水进口浓水进口淡水出口淡水出口淡水冲洗口淡水冲洗口E-CELL模块模块浓水排放浓水排放极水出口极水出口MK-3示意图MK-3压力示意图淡水和浓水的压淡水和浓水的压降降进水进水产水产水浓水排放浓水排放浓水入口浓水入口极水出口极水出口压力压力进水进水产水产水浓水进口浓水进口浓水排放浓水排放阴极板阴极板阴离子交换膜阴离子交换膜浓水室浓水室阳离子交换膜阳离子交换膜淡水室淡水室E-Cell 模块分解图模块分解图:CH3N+CH3CH3CH3N+

4、CH3CH3CH3N+CH3CH3Cl-Cl-Cl-Mobile Counter AnionsWater-Filled PassageFixed Cation SitesPolymer Support Structure阴离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜Mobile Counter CationsWater-Filled PassageFixed Anion SitesPolymer Support StructureS O-OOS O-OOS O-OONa+Na+Na+阳离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜 高纯产水高纯产水HCO3- - - -阴极阴极 (-)+ +

5、 + +阳极阳极 (+)SiO2CO2Na+SO4=Cl-Ca+阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜EDI工作原理工作原理EDI去水中盐分可分为两个阶段去水中盐分可分为两个阶段: 第一阶段第一阶段: 强电离性离子迁移时段强电离性离子迁移时段(高盐分区域高盐分区域) 第二阶段第二阶段: 弱电离性物质电离时段弱电离性物质电离时段(低盐分区域低盐分区域)EDI工作原理工作原理第一阶段第一阶段:强电离性离子迁移阶段强电离性离子迁移阶段树脂呈饱和状态树脂呈饱和状态.强电离性离子在树脂表面可控制的扩散强电离性离子在树脂表面可控制的扩散. 离子通过扩散从水中扩散进树脂中离子通过扩散从水中扩散进树

6、脂中. 离子在电场作用下离子在电场作用下,沿树脂表面运动沿树脂表面运动. 离子到达并穿过离子交换膜进入浓水室离子到达并穿过离子交换膜进入浓水室.第二阶段第二阶段:弱电离性物质电离阶段弱电离性物质电离阶段 树脂呈树脂呈H+ 或或OH-状态状态(再生状态再生状态) 通过电离反应通过电离反应,去除水中弱电离性物质去除水中弱电离性物质(弱酸弱酸,弱弱碱碱) CO2 + OH- - HCO3- HCO3- + OH- - CO3= SiO2 + OH- - HSiO3- H3BO3 + OH- - B(OH)4- NH3 + H+ - NH4+强电离性离子迁移阶段强电离性离子迁移阶段去除去除强电离性离子

7、强电离性离子弱电离性物质电离阶段弱电离性物质电离阶段去除去除弱弱电离性物质电离性物质 高纯产水高纯产水HCO3- - - -阴极阴极 (-)+ + + +阳极阳极 (+)SiO2CO2Na+SO4=Cl-Ca+阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜EDI工作原理工作原理离子交换过程离子交换过程阳离子阳离子树脂树脂阴离子阴离子树脂树脂Na+Cl-H+OH-H2O+淡水室淡水室阳树脂阳树脂阴树脂阴树脂阳离子交换膜阳离子交换膜阴离子交换膜阴离子交换膜OH-OH-Cl-Na+H+H+OH-H+淡水室淡水室 离子迁移离子迁移阳树脂阳树脂阴树脂阴树脂OH-H2OH+Na+Cl-OH-H+淡水室淡

8、水室-水分子的裂解和树脂再生水分子的裂解和树脂再生E-Cell EDI脱盐过程脱盐过程浓水室浓水室阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜淡水室淡水室淡水室淡水室Cl-OH-Na+H+Cl-Na+-高高pH低低pH阳离子不能透阳离子不能透过阴离子交换膜过阴离子交换膜 阴离子不能透阴离子不能透过阳离子交换膜过阳离子交换膜阴极室化学反应阴极室化学反应_阴极阴极2H2O + 2e- = 2OH-(aq) + H2(g) 氢气氢气(H2)产生产生 7.0 mL(STP)/安培安培/分钟分钟 高高pH 有结垢的可能性有结垢的可能性.阳极室化学反应阳极室化学反应+阳极阳极产生氧气产生氧气 3.5

9、mL (STP)/安培安培/分钟分钟微量氯气产生微量氯气产生 1-2 ppm in Eout (400 uS/cm NaCl) 低低pH2H2O = 4H+(aq) + O2(g) + 4e- (2Cl-(aq) = Cl2 (g) + 2e-) E-Cell 系列模块系列模块模块正面图模块正面图浓水出口浓水出口 淡水淡水进口进口淡水出口淡水出口极水出口极水出口浓水进口浓水进口模块背面图模块背面图MK-3进出水管接口进出水管接口:淡水进口淡水进口: 1” (25 mm)产水出口产水出口: 1” (25 mm) 浓水进口浓水进口: 5/8” (15.8 mm)浓水出口浓水出口: 5/8” (15

10、.8 mm)极水出口极水出口: 3/8” (9.5 mm)进水要求参数参数MK-3总可交换阴离子总可交换阴离子 25mg/l (TEA as CaCO3)CO2 8mg/l 电导率电导率43 S/cm (NaCl)硬度硬度(as CaCO3) 1.0mg/l 二氧化硅二氧化硅1.0mg/lTOC(总有机碳总有机碳)0.50mg/l总氯总氯0.05mg/l温度温度5 38 deg CpH4 11Fe, Mn, H2S0.01mg/l浊度浊度5-10psi(0.35-0.7bar)回收率回收率 90 - 95% 电压电压 0-400VDC电流电流 1.0-5.2ADCE-Cell 操作参数操作参数

11、回收率回收率 = 产水流量产水流量 进水流量进水流量进水流量进水流量 = 产水流量产水流量 + 极水排放量极水排放量 +浓水排放量浓水排放量EDI系统回收率系统回收率:E-Cell 操作参数操作参数E-Cell 系统的基本设计系统的基本设计1. 软化器软化器 + 1级级RO + EDI系统系统活性炭活性炭过滤器过滤器软化器软化器RO浓水排放浓水排放EDI多介质多介质过滤器过滤器EDI浓水回流浓水回流使用点使用点极水极水排放排放原水原水2. 1级级RO +软化器软化器+ EDI系统系统活性炭活性炭过滤器过滤器软化器软化器RO浓水排放浓水排放EDI多介质多介质过滤器过滤器EDI浓水回流浓水回流使用

12、点使用点极水极水排放排放原水原水3. 2级级RO + EDI系统系统 第一级第一级 RO加碱加碱第二级第二级RO浓水排放浓水排放使用点使用点EDIEDI浓浓水回流水回流活性炭活性炭过滤器过滤器多介质多介质过滤器过滤器二级二级RO浓水回流浓水回流极水极水排放排放原水原水加阻垢剂加阻垢剂为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?现有的混合离子交换技术需要现有的混合离子交换技术需要 :大量再生用酸碱消耗大量再生用酸碱消耗间歇运行，定期再生间歇运行，定期再生含有害物质的废水排放含有害物质的废水排放E-Cell 提供了环保型的选择方案提供

13、了环保型的选择方案:无需用化学药剂再生无需用化学药剂再生连续运行连续运行，操作简便操作简便减少设备占用空间减少设备占用空间无有害废水排放无有害废水排放 为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?不需要运输和储藏危险的不需要运输和储藏危险的化学品化学品操作更安全操作更安全1. E-Cell 无需用化学药剂再生无需用化学药剂再生为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?混床再生用酸碱的运输混床再生用酸碱的运输, ,储存储存, ,处理处理为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?混床混床, ,间歇运行过程间歇运行过程电阻率电阻率时间时间18.2 M消除了间歇运行弊

14、端，保证水质的连续稳定消除了间歇运行弊端，保证水质的连续稳定不需要操作人员的人工干预不需要操作人员的人工干预无需复杂的操作步骤无需复杂的操作步骤2. E-Cell 连续运行连续运行,操作简便操作简便E-Cell,连续运行过程连续运行过程E-Cell 可连续生产可连续生产16 - 18 Mohm.cm 高纯水高纯水时间时间电阻率电阻率18.2 M为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?不需要很高的厂房不需要很高的厂房占地面积小占地面积小系统所需预留空间最小系统所需预留空间最小 运输和安装重量轻运输和安装重量轻 阴阴/阳床阳床+混床混床RO + 混床混床RO + EDI3. 减少设备

15、占用空间减少设备占用空间不再需要废酸不再需要废酸/废碱中和池废碱中和池 浓水排放可以循环利用浓水排放可以循环利用 更符合环保要求更符合环保要求 支持支持 ISO 14000 的要求的要求为什么为什么 E-Cell 优于传统混床优于传统混床?4. 无有害废水排放无有害废水排放Markus Kyburz - 2004EDI进水的要点所有EDI的进水限制-硬度进水的硬度超标会导致结垢 高硬度导致的结垢可以导致热损伤. 系统需要及时的清洗 为了降低结垢,MK-3应该在逆流状态下运行所有EDI的进水限制-CO2在大多情况下,进水中的CO2 是进水离子负荷的重要组成 模块中的树脂可能超负荷 仅监测EDI进

16、水中的电导率是不够的,CO2同样需要检测 请确保建立在进水水质的基础之上的设计 定期监测CO2 进水必须达到RO出水水质标准必须避免物理,微生物和化学污染 物理污染:PVC屑;进水屑;污垢;灰尘;花粉;焊屑;树脂粒/碎屑 化学污染:氧化物如氯;高价阳离子如铁,锰等污染源:敞开的水箱,脱气塔或者在E-Cell之前未设保安过滤器的软化床所有EDI的进水限制-进水通用标准故障及检查注意下列变化性能:1. 产水电阻率2. 电压,电流3. 淡水室与浓水室压差4. 回收率可能引起污染的因素:1.进水水质不符合要求.例如: 硬度1.0 ppm2.系统回收率太高3.E-Cell 系统的储藏或停机超过3天而没有

17、经过正常的长期停机程序污染的种类:1.硬度2.金属氧化物3.有机物4.生物污染污染的征兆:1.模块压差增大2.产水,浓水或极化水流量减小3.电压增大4.产水水质降低产水电阻率低原因分析产水电阻率低原因分析: 可以分析如下运行情况:1.各模块的平均电流2.各模块的实际电流3.淡水室和浓水室的压力4.产水、浓水与极水的流量5.运行情况随时间变化的趋势 产水电阻率低原因分析产水电阻率低原因分析: 可以分析检测仪表:1.电极常数2.校验3.温度补偿4.探头接线5.仪表接地6.取样流经探头的流量太小而导致取样很差产水电阻率低原因分析产水电阻率低原因分析:可以分析进水以下参数:1.电导率2.pH3.CO24.硅含量5.硬度6.检查反渗透设备情况7.对水质作实验室分析产水电导率大于进水电导率原因产水电导率大于进水电导率原因:1.一个或多个模块电极反向 浓水室反向