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<div align="center"><h1 class="aTitle"></h1></div><table width="97%" align="center"><tbody><tr><td width="120"></td><td align="center"></td><td align="right" width="100"> </td></tr></tbody></table><div style="CLEAR: both; LEFT: 0px; FLOAT: left; VERTICAL-ALIGN: top; TOP: 0px;"><!--Element not supported - Type: 8 Name: #comment--></div><div id="content"> ０ 引言<br/> 电去离子（Ｅｉｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｚａｔｉｏｎ,简称ＥＤＩ）技术很好地融合了电渗析技术和离子交换技术,是一种将混床树脂填充于离子交换膜之间,在直流电场作用下实现连续除盐的新型水处理方法。它兼有电渗析技术的连续除盐和离子交换技术深度脱盐的优点,又避免了电渗析技术浓差极化和离子交换技术中的酸碱再生等带来的问题。该技术源于２０世纪５０年代,在现代工业飞速发展的背景下,于２０世纪９０年代取得了突破性进展,现在广泛地应用于电子、医药、能源等行业及实验室,可望成为未来主流的水处理技术。<br/> 本文主要通过在浙江嘉兴<a title="点此访问中华电力网" href="http://www.zhdl.net/c42.aspx">发电</a>有限责任公司的ＥＤＩ系统运行试验研究,考察该电厂反渗透出口的预脱盐水,通过脱碳处理后,能否通过ＥＤＩ处理达到满足锅炉用水水质的要求,同时也为ＥＤＩ系统用于<a title="点此访问中华电力网" href="http://www.zhdl.net/">电力</a>生产时的运行、维护提供相应的数据和经验。<br/><br/>１系统概述<br/>１．１ＥＤＩ原理<br/> ＥＤＩ在我国也称之为填充床电渗析。电渗析器的淡水室装了阴、阳混合离子交换剂（颗粒、纤维或编织物）,将电渗析和离子交换两个过程在同一容器中进行,使两个过程内在地联系在一起（如图１）。<br/> 图１ＥＤＩ装置工作原理图<br/> 一般认为ＥＤＩ的原理在横向上可以分为离子交换、直流电场下离子的选择性迁移和树脂的电再生３方面［１］。在高纯水中,离子交换树脂的导电性能比与之相接触的水要高２～３个数量级,所以几乎全部的从溶液到脂面的离子迁移都是通过树脂来完成的。水中的离子,首先因交换作用吸附于树脂颗粒上,再在电场作用下,经由树脂颗粒构成的离子传播通道迁移到膜表面并透过离子选择性膜进人浓水室。同时,在树脂、膜与水相接触的界面处,界面扩散中的极化使水解离为氢离子和氢氧根离子。它们除部分参与负载电流外,大多数又起到对树脂的再生作用,从而使离子交换、离子迁移、电再生３个过程相伴发生、相互促进,达到连续去离子的目的。<br/> 在纵向上我们又可以把ＥＤＩ工作过程由进水侧到产水侧分成３部分,靠近进水侧称为饱和区,即这部分区间里,填充的树脂已和进水的离子发生离子交换;靠近出水侧的称为再生区,即在这部分区间里,出水的大部分离子已经除去,少量弱电离离子在这里得到去除,同时纯水在这个区间里被电离,生成的Ｈ+和ＯＨ-得以再生填充的树脂。在饱和区和再生区之间称为工作区,离子交换和电再生在这个区电里趋向平衡。<br/>２．２ＥＤＩ技术的特点<br/> 化学除盐系统工艺中,离子交换装置从一级复床发展到两级复床,直到混床。采用离子交换法可制得质量接近理论纯水电阻率为１８．２ＭΩ·ｃｍ的高纯水。然而,离子交换树脂可反复再生这一优点却带来了树脂再生的废酸碱,造成了环境污染。为了克服污染,反渗透技术被引入到水的脱盐系统,即反渗透+混床脱盐系统,其废酸碱排量与离子交换脱盐系统相比,减少了９０%,基本上解决了废酸碱排放的问题。但是随着对工艺要求的提高,此法暴露出两个缺陷:混床再生需要贮备酸碱,操作繁琐。随着ＥＤＩ技术的发展,以ＥＤＩ设备代替混床,形成ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统,可以克服污染,进行自动化纯水生产。<br/> ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统的特点:不用酸碱,不污染环境;可连续生产,不需备用装置;无人值守,水质稳定;占地面积小,运行费用低;对ＲＯ设备和ＥＤＩ设备的进水有特殊要求。<br/>２．３系统工艺流程的选择<br/> 目前嘉兴<a title="点此访问中华电力网" href="http://www.zhdl.net/c42.aspx">发电</a>有限责任公司的化学补水给水系统由一级ＲＯ+两级离子交换除盐组成,据此,本次运行试验采用了一级ＲＯ和ＥＤＩ系统结合的模式来进行。具体工艺流程如下:<br/> 一级ＲＯ→反渗透后的预脱盐水箱→升压泵→脱碳器→ＥＤＩ升压泵→ＥＤＩ模块→出水<br/> 由于反渗透后的预脱盐水中含有游离的ＣＯ２,为了减小ＥＤＩ模块的负担,在ＥＤＩ模块前安装了ＣＯ２脱碳器。系统见图２。<br/> 图２ＥＤＩ小型试验系统图<br/>２．４ＥＤＩ系统启动阶段的数据统计<br/> 从启动阶段的数据中可以看到,在电压保持不变的情况下,系统的电流和出水的电阻都变大。<br/> 图３ＥＤＩ启动时电压、电流、进水电导率、产水电阻率<br/><br/>３ＥＤＩ系统运行影响因素分析<br/> ＥＤＩ作为一项新型的水处理技术,其系统特性和技术维护一直是人们予以研究的焦点,下面对ＥＤＩ系统运行中的主要影响因素进行分析,包括进水电导率、进水流量、电压与电流、水的ｐＨ值、温度及压力的影响等。<br/>３．１进水电导率对脱盐效果的影响<br/> 在保证其它条件不变的前提下,随着原水电导率的上升,脱盐效果变差。这是因为进水电导超过一定范围后,模块的工作区间往下移动,乃至再生区消失,工作区穿透,模块内的填充树脂大部分呈饱和失效状态。同时水中的离子浓度增加,在电压恒定不变的情况下,电流增加,从而电离水的过程减弱,相应的水电离出的Ｈ+,ＯＨ-减少,直接导致树脂的再生变差。这样,在进水水质变差的情况下,模块会由弱电离子开始慢慢穿透;系统的电流会增加,因为存在水的电离现象,在电压恒定的情况下,电流的上升是非线性的。<br/>３．２进水流量的影响<br/> 图４进水电导和产水电阻之间的关系<br/> 图５进水流量和产水电阻之间的关系<br/> 进水流量与ＥＤＩ模块的处理能力,进水水质以及进水压力有关。在ＥＤＩ模块产水能力恒定条件下,进水水质越差,模块的单位处理负担就越重,进水流量应当调节的越小。在模块的启动阶段,应注意当瞬间流量过大时,会造成膜的穿孔。<br/> 由于模块中的电子流主要通过填充树脂传递的,所以浓水电流在一定程度上成了影响模块中电子流迁移的关键。在实际的试验中可以发现,减少浓水的流量可以提高系统的电流,并且在一定程度上提高水质。但是浓水流也并非越小越好,当浓水流量过小时会导致膜两侧浓度差过大,而形成浓差扩散［２］,影响水质。另一方面,由于弱电离子Ｓｉ及其离子态化合物的溶解度很小,所以容易在低流量的浓水中形成饱和,从而影响弱电离子的去除。根据现场试验可以大致得到浓水流量一般为进水的５%～１０%为宜。<br/> 电极水的作用主要是给电极降温和带走电极表面产生的气体。一般电极水的流量是进水的１%左右。当电极水过小时,不能及时带走电极表面的气体,会影响整个模块的运行。<br/>３．３电压和电流的影响<br/> 电压的确定和模块的设计有关,电压是使离子迁移的动力,它使得离子从进水中迁移到浓水中,同时电压也是电解水用于再生树脂的关键。在规定范围内如果电压过低,会导致电解水减少,产生的Ｈ+和ＯＨ-离子不足以再生填充树脂,同时电压太低使得离子的迁移动力减弱,最终使模块的工作区间下移,产水水质变差。如果电压过高,就会电解出过剩的Ｈ+和ＯＨ-,使电流升高的同时也使离子极化和扩散加剧,导致产品水水质变差。电压是否过高可以从电极水出水中的气泡多少加以判断。最佳电压范围的确定主要由进水电导和浓水的流量决定,比如当进水电导变大,浓水的浓度也变大的情况下由于系统的电阻减少,所以系统的电压也应当相应的下调。<br/> 电流与进水电导及总的离子迁移数有直接关系［３］。总的离子迁移包括水中原来的离子如Ｎａ+,ＣＩ-等,也包括新生成的Ｈ+和ＯＨ-,而Ｈ+和ＯＨ-与电压有直接关系,所以电压升高,电流也升高,但是两者的变化不是线性的,因为电流一部分用于杂质离子的迁移,一部分用于水的解离。<br/>３．４进水的ｐＨ值、温度及压力的影响<br/> 进水的ｐＨ值表示了进水中Ｈ+的含量,一般进水控制在５～９．５之间。通常情况下ｐＨ值偏低是由于ＣＯ２的溶解所引起的。由于是弱电离物质,ＣＯ２也是导致水质恶化的因素之一,所以在进ＥＤＩ系统之前,一般可以安装一个脱碳装置,使得水中的ＣＯ２控制在５ｍｇ／Ｌ以下。水中ｐＨ值和ＣＯ２存在一定溶解关系,理论上当ｐＨ＞１０时,去除效率最佳［４］,对于弱电离子Ｓｉ,也是同样的道理,因为硅酸的ｐＫｉ是９．８。高ｐＨ值有助于去除弱电离子,但是前提是必须在进ＥＤＩ系统前除去Ｃａ２+,Ｍｇ２+等离子。<br/> 温度对系统压力,产水电阻有直接影响。通常ＥＤＩ的进水温度应控制在５～３５℃之间,最佳温度是在２５℃左右。温度的降低会使水的活性降低,即水中离子的布朗运动减弱,宏观上表现为水的黏性增加,系统压力上升。离子迁移减弱的另一个结果是离子和填充树脂及膜的交换速度降低,浓差极化将成为影响速度的瓶颈。而且膜的交换能力一般也随着温度的下降而降低。如果温度上升,则会表现出大致相反的现象。此时水中的离子活性增加,运动剧烈,水的电导相应增加,此时如果给定电压不变的话,电流就会上升。当温度超过一定温度以后,产水水质会逐渐变坏,这主要是由于离子和填充树脂、离子交换膜的交换过程受离子活性等影响而减弱,所以进水温度低时,我们要适当提高电压,以增加离子迁移的动力和更有效的电离水分子;而当我们使用相对温度较高的进水来运行时,也可以以节能降低电压的方式来取得同样的出水水质。压力的变化和控制是使得ＥＤＩ模块能够正常运行的另一个重要因素。<br/> 通常情况下产品水的压力＞浓水压＞电极水压。这样才能有效防止浓水扩散污染产品水的现象。压力的变化还是判断ＥＤＩ模块是否被污染,管路是否被堵的有效手段［５］。特别是当浓水进出口压力差变大时,常伴随的问题是浓水管路有堵,此时就需要人为的清洁管路,进行化学清洗或其他手段来降低压差。因此在ＥＤＩ系统进口,应保证进水的污染指数在合格范围。<br/><br/>４系统平衡的判断、调节及维护<br/> ＥＤＩ系统在运行过程中存在一个平衡状态,即:进离子总数＝出离子总数,宏观表现就是３个工作区间相对稳定,不发生上下移动。如果模块的工作条件发生变化,则需要比较长的时间来达到平衡状态。<br/> 系统在运行中可调因素大致有进水流量、浓水流量、电压等。<br/> 进水流量增加,模块的工作压力也相应增加,如果超过ＥＤＩ的处理范围,出水水质会显著变差。所以当进水的电导比较高时,适当地调节进水的流量是必需的。当进水的电导比较小时,也可以在ＥＤＩ系统压力允许的范围内增加进水的流量,以提高产水的效率。<br/> 浓水流量的变化是另一个调节系统平衡的要素,特别是对于系统中的电流有直接影响。浓水的流量对去除弱电离子Ｓｉ也有一定关系。由于Ｓｉ在２５℃,ｐＨ值是６～８的水体中的溶解度是１２０ｍｇ／Ｌ。所以进水的浓缩倍率达到一定程度后,Ｓｉ在浓水中就会饱和,导致不能进行更深度的除硅,这也是确定浓水流量下限的条件之一。<br/> 如果电压降低或是进水的总离子水平提高的话,那么系统中的树脂会更多的和离子发生交换,相应的工作区间就往出水侧移动,直至达到新的平衡,或是穿透,这一过程中,出水电导会发生一定的变化,出水的弱电离子增加是最明显的表现。如果电压上升或是进水离子减少,则系统的工作区间会向进水侧发生移动,表现为出水水质变好,弱电离子的含量减少。所以判断系统的平衡状态可以通过出水水质变化,弱电离子的漏出多少来实现,并可以通过工作区间的移动来解释。<br/><br/>５结语<br/> 通过嘉兴<a title="点此访问中华电力网" href="http://www.zhdl.net/c42.aspx">发电</a>有限责任公司化学除盐系统的ＥＤＩ小型试验,我们得到很多有关ＥＤＩ实际操作的经验。通过试验表明进水的电导、施加的电压、浓水的流量、水温等都是控制ＥＤＩ模块系统正常运行的重要因素。根据实际情况因地制宜地协调和确定各操作条件之间的关系,也是ＥＤＩ系统用于<a title="点此访问中华电力网" href="http://www.zhdl.net/">电力</a>生产的关键。可以设想在处理好以上问题后,ＥＤＩ技术将凭借自身的优势在未来的水处理行业中,占据重要的地位。</div> |
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