电去离子净水技术

电力18讯：    摘　要:介绍了电去离子(ＥＤＩ)净水技术,讨论了笔者建立的反应叠加实用分析方法,并用它分析说明低含盐量时和高含盐量时应用ＥＤＩ净水的工况.
关键词:电去离子(ＥＤＩ);膜技术;水的净化
中图分类号:ＴＱ028.7　　文献标识码:Ａ1    文章编号:1007-8924(2001)02-0050-05
收稿日期:2000-01-31;修改稿收到日期:2000-03-14
作者简介:王　方(1938～),男,教授.


1 电去离子净水技术
    电去离子净水技术是一种将电渗析和离子交换相结合的脱盐新工艺,其英文名称为ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎ ｉｚａｔｉｏｎ,缩写成ＥＤＩ.
    50年代起,美国Ｗａｌｔｅｒｓ等[1]曾首先论述过电去离子过程,并用它来进行放射性废水的浓缩处理,但以后它在水处理脱盐领域应用的进展不大.30多年后,Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ公司才推出以商品名为ＩｏｎｐｕｒｅＴＭＣＤＩ的第一台电去离子净水器;同时又研制出按电去离子原理工作的ＥＬＩＸ组件,将它作为Ｍｉｌｌｉ-ＲＸＴＭ分析级纯水器配件一起投放国际市场.1990年,Ｉｏｎｐｕｒｅ公司又制造出改进组件[2].近年来,加拿大Ｅ-Ｃｅｌｌ公司还推出ＥＤＩ产品组件Ｅ-ＣｅｌｌＴＭ,并组合成最大产水量达450ｍ3/ｈ的整套装置.据报道,目前采用ＥＤＩ脱盐与采用混床相比,在国际上两者售价已不相上下.使用ＥＤＩ脱盐的用户数,历年成指数曲线增长.电去离子净水技术在水处理脱盐领域内已得到工业应用和推广.
    我国称电去离子净水技术为填充床电渗析.核工业部原子能研究所、国家海洋局杭州水处理中心和742厂等一些单位,从70年代起,曾作过填充床电渗析试验装置及相关技术的研究,也取得一些科研成果.但遗憾的是由于种种原因,使我国填充床电渗析技术停步不前,停滞了10多年,以致商品化的填充床电渗析器至今尚未面世.
    ＥＤＩ,除能连续出水外,一不需化学药剂(酸、碱、盐)再生,从而不污染环境;二可无人值守,从而为实现自动化创造条件;三适应性广,从而可用于各行各业用水处理;四运行成本低,经济性好,易于普及推广.国外一些专家的论证与分析[3]表明,在当今的水处理脱盐系统中,采用反渗透(ＲＯ)与ＥＤＩ组合工艺,可确保获得最佳的水处理工艺性能,其经济性也不错,为这种组合工艺的推广,提供了良好的发展前景.
    采用一般的电渗析脱盐处理来制取超纯水的进程中,当淡水室溶液中电解质离子的浓度极低时,电渗析过程就难以再进行下去.当电解质浓度过低时,溶液电阻升高,耗电量增加,效率下降,以至实际上无法用一般的电渗析脱盐来制得高质量的纯水.通常,采用电渗析脱盐与离子交换联合脱盐来制取超纯水,即将电渗析作为前处理,进行脱盐的粗加工,用它脱去原水含盐量的80%～90%,再用离子交换作为精加工,来脱除余下的10%～20%.这样,既发挥电渗析器脱盐能量消耗低、不使用酸碱、无污染、制水成本低等优点,又减轻了离子交换器的负担.从而,离子交换器的工作周期延长,再生次数减少,再生剂的总耗量大幅度降低,节约了能源,大幅度地减少了废酸碱的排放.这种电渗析与离子交换联合脱盐是属于两者外表的串联结合.
    填充床电渗析是属另一种结合,即电渗析与离子交换两者内在的合成一体的结合,见图1.从图1可见,所谓填充床电渗析器就是在电渗析器中的淡水室填装了阴、阳混合离子交换剂(颗粒、纤维或编织物)[4,5],将电渗析和离子交换置于一种容器中,两者内在地联合成一体.由于纯水中离子交换剂的导电能力比一般所接触的水要高2～3个数量级,由于交换剂颗粒不断发生交换作用与再生作用而构成了"离子通道",结果使淡水室体系(溶液、交换剂和膜)的电导率大大增加,从而减弱了电渗析器的极化现象,提高了电渗析器的极限电流,达到高度淡化.
    图1　ＥＤＩ工艺示意图
1 阴离子交换膜;2 阳离子交换膜;3 阴离子交换剂;4 阳离子交换剂;5 浓水室;6 淡水室
    此外,当淡水室内填装离子交换剂时,淡水室中的液流速度比普通电渗析器中的大得多,而且交换剂起着搅拌作用,促进离子扩散,改善了水力学状态,从而也导致淡水室体系电导率的增大,极限电流密度也相应地提高.填充床电渗析器在运行电流超过极限电流时,膜和树脂附近的界面层发生极化,它使水离解,产生ＯＨ-和Ｈ+,这些离子,除一部分被迁移至浓水室外,大部分将使淡水室中的阴阳离子交换剂再生,保持其交换能力.同时,交换剂的水解作用会使其本身得到部分电化学再生.
    填充床电渗析脱盐处理过程中同时进行着如下三个主要过程:1)在外电场作用下,水中电解质离子通过离子交换膜进行选择性迁移的电渗析过程;2)阴、阳混合离子交换剂上的ＯＨ-和Ｈ+离子对水中电解质离子的离子交换过程(从而加速去除淡水室内水中的离子);3)电渗析的极化过程所产生的Ｈ+和ＯＨ-及交换剂本身的水解作用对交换剂进行的电化学