电去离子过程的实验研究

电力18讯：    刘红斌,龚承元,苏建勇,朱孟府(军事医学科学院卫生装备研究所,天津　300161)
摘  要:通过对反渗透(ＲＯ)后接电去离子(ＥＤＩ)过程的实验研究,考察了不同操作条件对ＥＤＩ过程产水水质的影响,探讨了ＥＤＩ过程去离子的最佳操作参数,同时还考察了ＥＤＩ产水过程的稳定性。实验表明,ＥＤＩ过程可以长时间连续运行,并能获得高质量的纯水。同时还发现,提高ＥＤＩ膜堆的操作电流可以得到高质量的纯水;进入ＥＤＩ膜堆的原水电导率越低,ＥＤＩ的产水水质就越好;适当提高ＥＤＩ膜堆水回收率可以得到纯度较高的产水;适当提高ＥＤＩ原水的温度对发挥ＥＤＩ脱盐效果,获得高质量的纯水有利。　　
关键词:电去离子水;纯水;电渗析;离子交换膜　　
中图分类号:ＴＵ991.26+3　 文献标识码:Ａ　 文章编号:1005-829Ｘ(2000)09-0011-03
作者简介:刘红斌(1968-　),1997年毕业于天津大学化学工程研究所,博士,助理研究员。
收稿日期:2000-04-06


　　电去离子(Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ,简称ＥＤＩ)是电渗析与离子交换有机结合形成的一种新型膜分离技术,它既保留了电渗析可以连续脱盐和离子交换树脂可以深度脱盐的优点,又克服了电渗析不能深度脱盐以及浓度极化所造成的不良影响和离子交换树脂需用酸、碱再生的麻烦和造成的环境污染。ＥＤＩ可以使去离子过程长时间连续运行,并能获得高质量的纯水,因此在高纯水制备上有着广阔的应用前景。
　　本文通过对ＥＤＩ过程的实验研究,考察了不同操作条件对ＥＤＩ过程产水水质的影响,探讨了ＥＤＩ过程去离子的最佳操作参数,同时还考察了ＥＤＩ产水过程的稳定性。

1　实验部分
1.1　实验组件
　　ＥＤＩ膜堆自制,全部采用国产原材料。
1.2　实验流程
　　自来水预滤活性炭反渗透ＥＤＩ功能微孔滤膜产品水。
1.3　实验数据的采集
　　用万用表测量ＥＤＩ膜堆的电压和电流。用量筒与秒表测量ＥＤＩ浓、淡水的流量,以Ｖｃ和Ｖｐ分别表示浓、淡水流量。原水和浓水电导率采用带温度补偿的ＤＤＳ-307型电导率仪测量。淡水电导率用ＲＭ220电阻率仪在线测量,然后换算成电导率。
1.4　实验方法
　　以反渗透水为ＥＤＩ的原水。在ＥＤＩ淡室隔板中填充混床离子交换树脂,阴、阳树脂按一定体积比混合。在不同操作条件下,记录ＥＤＩ膜堆的电流、电压以及产水电导率,考察ＥＤＩ过程产水电导率的影响因素。

2　结果与讨论
2.1　ＥＤＩ膜堆的电压―电流特性
　　ＥＤＩ有着与电渗析不同的电压―电流特性,原水电导率为14μＳ/ｃｍ时,其电压―电流特性曲线示于图1。
    图1　ＥＤＩ膜堆的电压―电流关系曲线
　　膜堆电流随电压的增大而增大,当电压增大到一定程度时,电流增幅明显增大,而电渗析,当电压增大到一定程度时,电流增幅明显减小。从图1可以看到,电流大约为120ｍＡ时,电压―电流曲线上出现一个拐点。
　　出现上述现象的原因是,当膜堆电压逐渐升高时,淡室中树脂与膜表面的浓度扩散层中的水在电势梯度作用下发生水解离现象,产生Ｈ+、ＯＨ-,它们不仅能负载部分电流,同时也将填充在淡室中的混床树脂上的盐离子置换下来,将树脂电再生为Ｈ型和ＯＨ型,使得有更多的离子参与负载电流。随着电压的升高,膜堆电流增大,当膜堆电压升高到一定程度,水解离加剧,淡室中产生过量的Ｈ+、ＯＨ-,进一步改善淡室的导电性能,从而造成膜堆电流增幅变大,在电压―电流的关系曲线上出现了一个拐点。
2.2　操作电流对产水电导率的影响
　　从图1得知,不同的操作电压可以导致不同的膜堆电流,而不同的膜堆电流将导致ＥＤＩ过程具有不同的运行状态,这必将影响ＥＤＩ产水的电导率。因此膜堆电流是影响ＥＤＩ产水电导率最重要的因素之一。在一定的浓、淡水流量以及原水电导率为12μＳ/ｃｍ的条件下,改变膜堆的操作电流,记录产水电导率的变化情况,结果示于图2。
    图2　ＥＤＩ产水电导率与操作电流的关系
　　随着电流的增大,ＥＤＩ产水电导率迅速减小(如图2Ａ所示)。如果以双对数坐标对图2Ａ重新作图,如图2Ｂ所示。可以看到,在电流为100ｍＡ时,也出现了一个拐点,即产水电导率随电流的升高而下降的幅度变小。这是由于,随着膜堆电流的升高,淡室中的水解离程度增大,产生Ｈ+、ＯＨ-数量多,对树脂的再生效果好,所以ＥＤＩ产水电导率下降;当膜堆电流继续升高时,淡室中的水解离程度进一步增大,使得离子交换与树脂的再生逐渐达到平衡,产水电导率进一步下降,但随着膜堆电流继续升高,除了再生树脂外,剩余的Ｈ+、ＯＨ-主要用于负载电流,导致膜堆的电流继续增大,而产水电导率下降的幅度变小。
2.3　原水水质对产水电导率的影响
　　在浓、淡水流量分别为5Ｌ/ｈ、21Ｌ/ｈ,操作电压为50Ｖ,以不同电导率的原水作ＥＤＩ进水,在去离子过程达到稳态后,选取了一段时间内产水电导率的实验数据,对实验时间作图,来揭示ＥＤＩ产水电导率与原水电<