E-CellEDI的基本原理和技术(MK-3)

1、E-Cell EDI的基本原理和技术(MK-3)EDI是什么?EDI(Electrodeionization)中文全称“连续电去离子技术”,其主要用于替代传统的混床技术.EDI工艺原理是:在电场的作用下,通过导电物质将离子化物质从产水中迁移出去,以达到生产高纯水的过程. 水处理技术的发展过程 预 处 理 预 处 理 预 处 理阴/阳床 混床 反 渗 透 混床反 渗 透第一代 二十世纪六七十年代第二代 二十世纪八九十年代第三代 二十世纪九十年代末E-Cell EDI是一场技术革命阴/阳电极板阴/阳离子交换膜阴/阳离子交换树脂浓水室流道淡水室流道极水室流道E-Cell EDI 模块结构组成:EDI

2、(MK-3)结构组成淡水进水HSiO3- CO3=OH-H+Cl-SO4=NO3-HCO3-阴离子交换膜阳离子交换膜Na+Ca+Mg+Na+阴离子交换膜阳离子交换膜高纯水Ca+Mg+Na+H+阳极废水浓水Anode阳极 (+)Cathode阴极(-)阴极废水高纯水浓水进水HSiO3- CO3=OH-Cl-NO3-HCO3-HSiO3- SO4=H+MK-3流程图产水出极水排放浓水排放浓水进口进水淡水进口浓水进口淡水出口淡水冲洗口E-CELL模块浓水排放极水出口MK-3示意图MK-3压力示意图淡水和浓水的压降进水产水浓水排放浓水入口极水出口压力进水产水浓水进口浓水排放阴极板阴离子交换膜浓水室阳离

3、子交换膜淡水室E-Cell 模块分解图:CH3N+CH3CH3CH3N+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HCO3-Ca+Na+SO4=Cl-M

4、g+OH-H+HSiO3- CO3=高纯产水HCO3- - - -阴极 (-)+ + + +阳极 (+)SiO2CO2Na+SO4=Cl-Ca+阴离子交换膜阳离子交换膜EDI工作原理EDI去水中盐分可分为两个阶段:第一阶段: 强电离性离子迁移时段(高盐分区域)第二阶段: 弱电离性物质电离时段(低盐分区域)EDI工作原理第一阶段:强电离性离子迁移阶段树脂呈饱和状态.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.离子在电场作用下,沿树脂表面运动.离子到达并穿过离子交换膜进入浓水室.第二阶段:弱电离性物质电离阶段树脂呈H+ 或OH-状态(再生状态)通过电离反应,去除水中弱电离性

5、物质(弱酸,弱碱) 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去除强电离性离子弱电离性物质电离阶段去除弱电离性物质HCO3-Ca+Na+SO4=Cl-Mg+OH-H+HSiO3- CO3=高纯产水HCO3- - - -阴极 (-)+ + + +阳极 (+)SiO2CO2Na+SO4=Cl-Ca+阴离子交换膜阳离子交换膜EDI工作原理离子交换过程阳离子树脂阴离子树脂Na+Cl-H+OH-H2O+淡水室阳树脂阴树脂阳离子交换膜阴离子交

6、换膜OH-OH-Cl-Na+H+H+OH-H+淡水室 离子迁移阳树脂阴树脂OH-H2OH+Na+Cl-OH-H+淡水室-水分子的裂解和树脂再生E-Cell EDI脱盐过程浓水室阴离子交换膜阳离子交换膜淡水室淡水室Cl-OH-Na+H+Cl-Na+-高pH低pH阳离子不能透过阴离子交换膜 阴离子不能透过阳离子交换膜阴极室化学反应_阴极2H2O + 2e- = 2OH-(aq) + H2(g) 氢气(H2)产生 7.0 mL(STP)/安培/分钟 高pH 有结垢的可能性.阳极室化学反应+阳极产生氧气 3.5 mL (STP)/安培/分钟微量氯气产生 1-2 ppm in Eout (400 uS/

7、cm NaCl) 低pH2H2O = 4H+(aq) + O2(g) + 4e- (2Cl-(aq) = Cl2 (g) + 2e-) E-Cell 系列模块模块正面图浓水出口 淡水进口淡水出口极水出口浓水进口模块背面图MK-3进出水管接口:淡水进口: 1” (25 mm)产水出口: 1” (25 mm) 浓水进口: 5/8” (15.8 mm)浓水出口: 5/8” (15.8 mm)极水出口: 3/8” (9.5 mm)进水要求参数MK-3总可交换阴离子 25mg/l (TEA as CaCO3)CO2 8mg/l电导率43 S/cm(NaCl)硬度(as CaCO3)二氧化硅TOC(总有机

8、碳)总氯温度5 38 deg CpH4 11Fe, Mn, H2S浊度5-10psi(0.35-0.7bar)回收率 90 - 95% 电压 0-400VDC电流 E-Cell 操作参数回收率 = 产水流量 进水流量进水流量 = 产水流量 + 极水排放量 +浓水排放量回收率 = 产水流量 产水流量 + 极水排放量 +浓水排放量EDI系统回收率:E-Cell 操作参数淡水进口浓水进口淡水出口淡水冲洗口E-CELL模块浓水排放极水出口MK-3示意图E-Cell 系统的基本设计1. 软化器 + 1级RO + EDI系统活性炭过滤器软化器RO浓水排放EDI多介质过滤器EDI浓水回流使用点极水排放原水2

9、. 1级RO +软化器+ EDI系统活性炭过滤器软化器RO浓水排放EDI多介质过滤器EDI浓水回流使用点极水排放原水3. 2级RO + EDI系统 第一级 RO加碱第二级RO浓水排放使用点EDIEDI浓水回流活性炭过滤器多介质过滤器二级RO浓水回流极水排放原水加阻垢剂为什么 E-Cell 优于传统混床?为什么 E-Cell 优于传统混床?现有的混合离子交换技术需要 :大量再生用酸碱消耗间歇运行,定期再生含有害物质的废水排放E-Cell 提供了环保型的选择方案:无需用化学药剂再生连续运行, 操作简便减少设备占用空间无有害废水排放 为什么 E-Cell 优于传统混床?不需要运输和储藏危险的化学品操

10、作更安全1. E-Cell 无需用化学药剂再生为什么 E-Cell 优于传统混床?混床再生用酸碱的运输,储存,处理为什么 E-Cell 优于传统混床?混床,间歇运行过程电阻率时间18.2 M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无需复杂的操作步骤2. E-Cell 连续运行,操作简便E-Cell,连续运行过程E-Cell 可连续生产16 - 18 Mohm.cm 高纯水时间电阻率18.2 M为什么 E-Cell 优于传统混床?不需要很高的厂房占地面积小系统所需预留空间最小 运输和安装重量轻 阴/阳床+混床RO + 混床RO + EDI3. 减少设备占用空间不再需要废酸/

11、废碱中和池 浓水排放可以循环利用 更符合环保要求 支持 ISO 14000 的要求为什么 E-Cell 优于传统混床?4. 无有害废水排放EDI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

12、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 系统的储藏或停机超过 3 天而没有经 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: 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.流量过低5.运行情况随时间变化的趋势 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:可以分析进水以下参数:1.电导率4.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:1.一个或多个模块电极反向 浓水室反向进入淡水室 立即停止EDI系统运行,并检测原因2. 浓水室压力大于淡水室压力电流增加,产水水质反而下降原因: 1