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EDI技術在超純水生產中的應用

2010-11-01

  EDI技術在超純水生產中的應用

  前言

  隨著環保法規的日益嚴格、用水品質要求提高和水源匱乏加劇,世界各地的電廠、半導體微電子廠、化工、冶金企業正重新評估他們的超純水處理設備,EDI作為無需化學品的一種經濟實用的環保型先進超純水處理技術,正在逐步取代混床,這正在為全球超純水處理帶來一場革命。

  技術能夠將二氧化硅和礦物質含量降至1ppb以下,能夠將電阻率提高到16Mohm•cm以上,滿足了高壓及超高壓鍋爐、精細化工和電子行業對于超純水的需要。同時E-CellTM EDI大大減少了水處理系統的維護成本,提高了生產效率,延長了設備的生命周期,并將生產現場的危險降至最低。

  1、EDI介紹

  EDI是英文Electrodeionization的縮寫,中文全稱為“連續電去離子技術”,其主要用于替代傳統混床技術。超純水的生產在過去的二十年間,在成本、環境及品質等因素的驅動下,其供水系統發生了許多變化,特別值得一提的事,目前存在一個明確的方向,就是減少對離子交換工藝的依賴性,以便盡可能減少化學藥品的使用,并提高產水量。有一項重要的事實可以說明該趨勢—反滲透作為陰陽床的替代技術正在普及。反滲透作為有效的脫鹽技術,其脫鹽率可以達到95~99%。但是,RO對離子的去處效果有一定的限度,一般來說,產水電導率0.5us/cm(2 MOhm-cm)是其脫鹽的極限。當產水水質有更高的要求的時候,就需要采用混床或等同技術。EDI能高效去除殘余離子和離子態雜質, 尤其當用戶產水水質要求高,比如對電阻率(>10 或者16MOhm-cm), 二氧化硅(<10ppb或者<1ppb),鈉離子,硼等有嚴格的要求的時候, EDI技術更體現了其品質的優 越性,且EDI系統的運行成本明顯低于與混床,與混床裝置及其輔助設備相比,其設備的生命周期總成本占有優勢。EDI技術在大約50年前就出現了,但是大型的商業化直到1986年才真正開始,時至如今EDI制造商已經為全球制造了1000套以上的EDI系統。

EDI.jpg

  2、EDI工作原理

  混床在運行過程中,其內部的樹脂分為飽和區,交換區,新生區。飽和區的樹脂已經被離子飽和,不再具有從進水中交換離子的能力;交換區的樹脂處于部分飽和狀態,離子交換主要在交換區完成;新生區的指樹脂尚未發生離子交換。隨著混床的運行,飽和區和交換區將逐步向上移動,新生區的空間將減少,直到被穿透。新生區的存在是產水水質的保證,而新生區被穿透的時候,也就意味著混床產水水質將下降,混床需要用化學藥品再生。EDI在運行過程中,樹脂分為交換區和新生區,在運行過程中,雖然樹脂不斷進行離子交換,但電流連續不斷的使樹脂再生,從而形成了一種動態平衡;EDI模塊內將能始終保持一定空間的新生區;這樣EDI內的樹脂也就不再需要化學藥品的再生,且其產水品質也得到了高品質的保證。EDI由陰/陽離子交換膜,混床樹脂,淡/濃水室和陰/陽電極構成。EDI技術將電滲析和離子交換技術完美的結合在一起。

  EDI工作主要有三個過程

  1)、淡水進水淡水室后,淡水中的離子與混床樹脂發生離子交換,從而從水中脫離。

  2)、被交換的離子受電性吸引作用,陽離子穿過陽離子交換膜向陰極遷移,陰離子穿過陰離子交換膜向陽極遷移,并進入濃水室從而從淡水中去除。

  離子進入濃水室后,由于陽離子無法穿過因離子交換膜,因此其將被截留在濃水室,同樣,陰離子無法穿過陽離子交換膜,被截留在濃水室,這樣陰陽離子將隨濃水流被排出模塊;與此同時,由于進水中的離子被不斷的去除,那么淡水的純度將不斷的提高,待由模塊出來的時候,其純度可以達到接近理論純水的水平。

  3)、水分子在電的作用下被不斷的離解為H+和OH-,H+和OH-將分別使得被消耗的陽/陰樹脂連續的再生。

  過程1和過程3是樹脂的消耗和再生的兩個相反過程,這兩者會在模塊內部形成一個動態平衡。進水從模塊底部進入淡水室,并從頂部出來;濃水從模塊底部進入模塊,從模塊頂部出來,濃水經過濃水循環泵后,大部分濃水將回流到模塊的濃水室中循環,小部分濃水將排放;極水的進水與濃水進水為同一水流,只是分別進入不同的室(極水室和濃水室),并從模塊頂部排出。淡水從模塊底部進入淡水室,從頂部出來;濃水從模塊頂部進入模塊,從模塊底部出來;極水的進水與淡水進水為同一水流,只是分別進入不同的室(極水室和濃水室),并從模塊頂部排出。

  3、EDI與混床的比較

  EDI相對與混床具有如下的優勢:無需再生化學品的再生;不需要中和池及中和的酸堿;地面和高空作業能夠極大地減少;所有的水處理系統操作都能夠在控制室內完成 – 無需前往現場;減小了EHS風險;連續工作,不是間歇操作,長時間穩定的出水水質;沒有廢棄樹脂污染排放的風險。

  3.1無需再生化學品的再生

  無需化學品再生,意味著不需要相關化學品的運輸,儲存和使用(如圖6),也避免了相關的ESH風險,并且大大降低了系統的運行費用。

  3.2 沒有中和藥劑的需要

  混床再生會生成酸/堿廢液,需要用堿/酸對之進行中和處理。相比之下,EDI無酸堿廢液產生,因此也就不需要酸堿中和池。此外,一般情況下,EDI的濃水可以完全回用;而且極水也可以在氣液分離后回用。EDI系統能很好的滿足ISO14000的要求。

  3.3 運行成本低

  EDI的運行的費用幾乎全部為電耗,成本大幅往往低于混床。以E-Cell MK-3為例,平均產水1噸,其運行所需的電耗僅為0.132~0.396KWhr;而且其運行過程中,幾乎不需要人工操作,降低了人工費用。

  3.4 水利用率高

  以E-Cell MK-3為例,相比于混床,由于沒有化學再生的需要,其系統的水利用率為95~99%,這對于中大型系統、水資源緊缺地區的節水效益尤為明顯。

  3.5 極大地減少了地面和高空作業

  E-cell是EDI模塊化設計技術的倡導者和領導者,現在E-cell模塊化技術已經成為一種行業標準。這種設計既使得EDI模塊及其系統的安裝十分簡便,不同水量的系統就像搭積木一樣方便。

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