電去離子出水水質(zhì)的影響因素分析

來(lái)源：上海力達(dá)儀器設(shè)備有限公司 2009年05月11日 11:52

電去離子（Electrodeionization，簡(jiǎn)稱(chēng)EDI）技術(shù)是將電滲析和離子交換相結(jié)合的一種新型膜分離技術(shù)，其主要特點(diǎn):

1）樹(shù)脂用電再生而不需使用酸堿，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn);
2）設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)就自行再生，因此其相當(dāng)于連續(xù)獲得再生的混床離子交換柱，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)深度脫鹽;
3）產(chǎn)水水質(zhì)好、制水成本低，日常運(yùn)行管理方便。

1 ＥＤＩ基本原理

圖1是EDI原理示意圖。

在電滲析器的淡水室填充陰、陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂，將電滲析和離子交換置于一個(gè)容器中而使兩者有機(jī)地結(jié)合為一體。水中離子首先因交換作用而吸附于樹(shù)脂顆粒上，然后在電場(chǎng)作用下經(jīng)由樹(shù)脂顆粒構(gòu)成的"離子傳輸通道"遷移到膜表面并透過(guò)離子交換膜進(jìn)入濃室，存在于樹(shù)脂、膜與水相接觸的擴(kuò)散層中的極化作用使水解離為Ｈ+和ＯＨ-，它們除部分參與負(fù)載電流外大多數(shù)對(duì)樹(shù)脂起再生作用，從而使離子交換、離子遷移、電再生三個(gè)過(guò)程相伴發(fā)生，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)去除離子的過(guò)程。

2 試驗(yàn)裝置與流程

試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖2。

ＥＤＩ裝置采用二級(jí)五段，在其淡水室中填充混合陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（陰∶陽(yáng)=2∶1），每段4個(gè)膜對(duì)。淡室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ（聚氯乙烯硬板，四室無(wú)回路暗道式進(jìn)出口為自制）;濃室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ（橡膠板，無(wú)回路）;離子交換樹(shù)脂:陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂;離子交換膜:陽(yáng)膜和陰膜;電極:陽(yáng)極采用鈦涂釕，陰極采用不銹鋼。

3 結(jié)果與分析

3.1原水電導(dǎo)率對(duì)脫鹽效果的影響

在進(jìn)水流量為120Ｌ/ｈ時(shí)，改變?cè)妼?dǎo)率則得到出水電導(dǎo)率與原水電導(dǎo)率的關(guān)系曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 原水電導(dǎo)率對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的影響

由圖3可以看出，在相同的操作電流下，隨著原水電導(dǎo)率的增加則ＥＤＩ出水的電導(dǎo)率也增加。因?yàn)樵妼?dǎo)率低則離子的含量也低，同時(shí)低離子濃度使得在淡室中樹(shù)脂和膜的表面上形成的電勢(shì)梯度也大，這導(dǎo)致水的解離程度增強(qiáng)，極限電流增大，產(chǎn)生的Ｈ+和ＯＨ-的數(shù)量較多，使填充在淡室中的陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生效果良好。

從圖3還可看出，在原水的電導(dǎo)率為21.5μＳ/ｃｍ時(shí)，隨著操作電流的增大而ＥＤＩ出水的電導(dǎo)率一直很小（0.1～0.05μＳ/ｃｍ），這是因?yàn)樵妼?dǎo)率越小則水解離越劇烈，產(chǎn)生的Ｈ+和ＯＨ-也越多，樹(shù)脂電再生的效果就越好（使其保持良好的交換性能）。當(dāng)操作電流繼續(xù)升高時(shí)，Ｈ+和ＯＨ-除用于再生樹(shù)脂外還用于負(fù)載電流，故淡室中的水解離程度繼續(xù)增大，使得離子交換與樹(shù)脂的再生逐漸達(dá)到平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定。因此，原水電導(dǎo)率是影響產(chǎn)水水質(zhì)的zui重要因素之一。當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率較高時(shí)，隨著操作電流的增加其產(chǎn)水水質(zhì)有所下降。以原水電導(dǎo)率為100μＳ/ｃｍ時(shí)的曲線為例，當(dāng)操作電流從0逐漸增加到時(shí)ＥＤＩ出水的電導(dǎo)率從0.17μＳ/ｃｍ上升到0.5μＳ/ｃｍ左右（水質(zhì)有所下降），其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱，樹(shù)脂幾乎沒(méi)有獲得再生，此時(shí)離子交換起了主要作用，短時(shí)間內(nèi)樹(shù)脂就被鹽離子所飽和，而這時(shí)樹(shù)脂主要起到增強(qiáng)離子遷移的作用。

從圖中還可知，無(wú)論進(jìn)水含鹽量高或低，二級(jí)五段的ＥＤＩ設(shè)備對(duì)其都有很好的脫鹽效果（脫鹽率>99%），出水的電導(dǎo)率能夠達(dá)到高純水標(biāo)準(zhǔn)（電導(dǎo)率<1μＳ/ｃｍ）。

3.2流量對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的影響

當(dāng)原水流量分別為60、80、100及120Ｌ/ｈ時(shí)，ＥＤＩ出水的電導(dǎo)率隨操作電流的變化見(jiàn)圖4。

圖4 流量對(duì)出水電導(dǎo)率的影響

由圖4可以看出，不同進(jìn)水流量時(shí)ＥＤＩ出水的電導(dǎo)率隨操作電流變化很小，這是因?yàn)樵陔娐飞希抑械娜芤合嗯c樹(shù)脂相是并聯(lián)關(guān)系，由于所填充的離子交換樹(shù)脂的導(dǎo)電能力遠(yuǎn)高于電滲析產(chǎn)水，因此樹(shù)脂相電阻成為淡室電阻大小的決定因素。離子傳輸主要通過(guò)樹(shù)脂相進(jìn)行，而在一定的淡水流量范圍內(nèi)流量對(duì)樹(shù)脂相電阻影響很小，故膜堆總電流不發(fā)生明顯變化，產(chǎn)水電導(dǎo)率變化也很小，因此進(jìn)水流量對(duì)水解離程度的影響很小。

3.3操作電壓對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的影響

當(dāng)原水電導(dǎo)率為21.5μＳ/ｃｍ、流量為120Ｌ/ｈ時(shí)ＥＤＩ出水電導(dǎo)率與操作電壓的關(guān)系如圖5所示。

圖5 操作電壓對(duì)出水電導(dǎo)率的影響

由圖5可知，ＥＤＩ出水水質(zhì)與操作電壓密切相關(guān)。操作電壓過(guò)小則不足以在純水排出之前將離子從淡室移出，電滲析過(guò)程和樹(shù)脂電再生過(guò)程都比較微弱，此時(shí)主要進(jìn)行的是離子交換過(guò)程。隨著操作電壓的增大則水解離程度增大、樹(shù)脂的再生效果好，使得淡水的電導(dǎo)率下降，當(dāng)操作電壓增加到一定程度時(shí)離子交換過(guò)程與樹(shù)脂的再生過(guò)程達(dá)到了平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率進(jìn)一步下降并趨于穩(wěn)定。但操作電壓過(guò)大將引起過(guò)量的水電離和離子反擴(kuò)散而降低產(chǎn)水水質(zhì)。所以，建議ＥＤＩ在適當(dāng)?shù)碾妷合逻\(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

提高ＥＤＩ膜堆的操作電壓可得到高質(zhì)量的純水，但從提高膜堆電流效率的角度出發(fā)則操作電壓不宜太高;ＥＤＩ膜堆進(jìn)水電導(dǎo)率越低（即預(yù)處理效果好）則ＥＤＩ產(chǎn)水的電導(dǎo)率越低，產(chǎn)水水質(zhì)越好;另外適當(dāng)增加進(jìn)水流量即增加隔室流速可提高產(chǎn)水水質(zhì)。（end）

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