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電去離子凈水技術—實用分析方法的應用討論

2010-12-20

  電去離子凈水技術

  一、高含鹽量時工況

  這種工況是指EDI用于制備部分脫鹽水時的工況.這時,EDI的進水是自來水或經除懸浮物預處理的原水,其含鹽量一般在200~300mg/L左右.這種部分脫鹽水分別用于作為低壓鍋爐補給水和一般工業上用來調配涂料及清洗的用水.

  按我國低壓鍋爐水質標準規定,蒸汽鍋爐采用鍋外化學水處理時給水標準應達到硬度≤0.03mmol/L,而對熱水鍋爐則放寬硬度到≤0.6mmol/L.標準對水含鹽量沒有限制,應由采用此含鹽量給水時核算鍋爐排污率在經濟上是否合理來定.一般工業用戶對部分脫鹽水水質的要求未作規定,根據用途不同,對水質的要求也有所差別,但對水質的一般要求與對工業鍋爐給水的要求不相上下.這類用戶采用EDI脫鹽時,EDI就處在高含鹽量時的工況.

  與低含鹽量時工況相同,脫鹽一開始,不計離子的電滲析遷移.等淡水室工作一段時間后,樹脂層必然會出現圖2(b)所示的離子交換層譜.這一層譜,自上而下,對陽離子,是Fe3+和Ca2+(含Mg2+)失效層、Ca2++Na+的工作層以及Na+(可能含少量H+)保護層;對陰離子,則是SO42-和Cl-失效層、Cl-+HCO3-(含HSiO3-)工作層以及HCO3-(含HSiO3-可能還含少量OH-)保護層.

  與EDI處在低含鹽量工況時一樣,高含鹽量工況時EDI樹脂層的自再生仍然靠直流電場作用下水的電離.在EDI正常運行中,自再生主要是在保護層中進行.如果EDI能間隔運行,那么停運的EDI利用更改運行參數如提高電壓[9],可實現EDI樹脂層的徹底再生,此時靠水電離出H+和OH-離子,將樹脂全部轉變為H型和OH型,一旦EDI重新投運,則其樹脂層又很快建立起上述離子交換層譜,見圖2(b),從而實現高含鹽量工況下水的電去離子處理.

  如果在高含鹽量工況下使用EDI時淡水室內離子交換層能穩定地建立起來這種層譜,那么EDI的出水就是部分脫鹽的軟化水.這種EDI出水與用Na離子交換軟水不同,從陽離子來看,它直接除去欲處理水的Fe3+、Ca2+(含Mg2+),且不再從樹脂交換出Na+來補充,而從陰離子來看,還除去部分SO42-和Cl-,從而使EDI出水的總含鹽量大幅度減少.

  這種電去離子處理與單純的電滲析或反滲透不同,此時由于離子交換作用參與,在正常運行下不會出現出水含有硬度離子Ca2+(含Mg2+)的現象,而經單純電滲析或反滲透的水可能都含有少量鈣、鎂離子.

  EDI處理與其它膜處理一樣,要注意滅菌和防垢.滅菌是指除去水中細菌,防止細菌在膜和樹脂上滋生繁殖,常用紫外光照射.防垢是防止膜表面結垢,常用調節pH值先經軟化處理,使EDI倒極[10]運行等方法,當EDI處在低含鹽量工況時,因其進水含Ca2+極少,不會發生膜結垢問題.

  為了防止膜結垢,如要采用上述防垢處理,不如采用一般的倒極電滲析作初步脫鹽處理,這不但解決了EDI的膜結垢問題,同時也減輕了EDI的脫鹽負擔.

  因此,對于含鹽量>300mg/L的高含鹽量水,如要用EDI處理,更應先用普通的電滲析除去大部分鈣和降低含鹽量為宜.

  二、結論

  電去離子方法是一種將電滲析和離子交換有機地結合在一起的離子分離方法.根據已有的大量實踐和理論,將電去離子過程進行時所發生化學反應分清主次、前后和地點,得出描述電去離子的反應疊加實用分析方法,用它能圓滿解釋應用EDI除去水中電解質離子制備超純水、純水、軟化水和部分去離子水等實用問題,從而有利于EDI的推廣應用.

  在應用EDI來除去水中電解質離子時,EDI可在兩種狀態下工作:在低含鹽量時,靠水電離產生H+和OH-自行再生離子交換樹脂,樹脂H型和OH型工作,用EDI制得超純水和純水,供電子、醫藥等行業和火力發電廠使用,這種凈水器稱為電去離子純水器[4];在高含鹽量時,樹脂呈鹽基型,用EDI制得軟化水和部分去離子水,供工業鍋爐及有關工業使用,這種凈水器稱為電去離子軟水器[11].

  電去離子凈水技術的推廣普及,將實現不用酸堿鹽化學藥劑再生離子交換樹脂,從而完成離子交換水處理工藝過程的重大變革,將它變為一種對環境無害的工藝.

經典工程案例

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