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EDI超純水設備用戶使用說明

2011-12-29

  EDI超純水設備用戶使用說明

  1.1EDI描述

  連電除鹽續(EDI,Electrodeionizatio或CDI,Continuous Electrodeionization),是利用混和離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子,同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下,分別透過陰陽離子交換膜而被去除的過程。通過這樣的技術更新可以代替傳統的離子交換裝置,生產出電阻率高達18 MΩ?cm的超純水。

  1.2EDI技術是的水處理工業的革命

  和傳統離子交換(DI)相比,EDI所具有的優點:

  EDI無需化學再生。

  EDI再生時不需要停機。

  提供穩定的水質。

  能耗低。

  操作管理方便,勞動強度小。

  運行費用低。

  利用反滲透技術進行一次除鹽,再用EDI技術進行二次除鹽就可以徹底使純水制造過程連續化并避免使用酸堿再生,因此EDI技術給水處理工業帶來了革命性的進步。

  1.3 EDI過程細節

  一般城市水源中存在鈉、鈣、鎂、氯化物、硝酸鹽、碳酸氫鹽等溶解物,這些化合物由帶負電荷的陰離子和帶正電荷的陽離子組成。通過反滲透(RO)的處理,98%以上的離子可以被去除。RO純水(EDI給水)電阻率的一般范圍是0.05-0.25 MΩ?cm,即電導率的范圍為20-4μS/cm。根據應用的情況,去離子水電阻率的范圍一般為1-18.2 MΩ?cm。另外,原水中也可能包括其它微量元素、溶解的氣體(例如CO2)和一些弱電解質(例如硼,二氧化硅),這些雜質在工業除鹽水中也必須被除掉。但是反滲透過程對于這些雜質的清除效果較差。

  下圖表示了EDI的工作過程。在圖中,離子交換膜用豎線表示,并標明它們允許通過的離子種類。這些離子交換膜是不允許水穿過的,因此,它們可以隔絕淡水和濃水水流。

  

edi原理.jpg

 

  離子交換膜和離子交換樹脂的工作原理相近,可以使特定的離子遷移。陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽離子透過;而陽膜只允許陽離子透過,不允許陰離子透過。在一對陰陽離子交換膜之間充填混合離子交換樹脂就形成了一個EDI單元。陰陽離子交換膜之間由混合離子交換樹脂占據的空間被稱為淡水室。將一定數量的EDI單元羅列在一起,使陰離子交換膜和陽離子交換膜交替排列,并使用網狀物將每個EDI單元隔開,形成濃水室。在給定的直流電壓的推動下,在淡水室中,離子交換樹脂中的陰陽離子分別在電場作用下向正/負極遷移,并透過陰陽離子交換膜進入濃水室,同時給水中的離子被離子交換樹脂吸附而占據由于離子電遷移而留下的空位。事實上離子的遷移和吸附是同時并連續發生的。通過這樣的過程,給水中的離子穿過離子交換膜進入到濃水室被去除而成為除鹽水。

  帶負電荷的陰離子(例如OH-、Cl-)被正極(+)吸引而通過陰離子交換膜,進入到鄰近的濃水室中。此后這些離子在繼續向正極遷移中遇到鄰近的陽離子交換膜,而陽離子交換不允許其通過,這些離子即被阻隔在濃水中。淡水流中的陽離子(例如Na+ 、H+)以類式的方式被阻隔在濃水中。在濃水中,透過陰陽膜的離子維持電中性。

  EDI組件電流量和離子遷移量成正比。電流量由兩部分組成,一部分源于被除去離子的遷移,另一部分源于水本身電離產生的H+和OH-離子的遷移。

  在EDI組件中存在較高的電壓梯度,在其作用下,水會電解產生大量的H+和OH-。這些就地產生的H+和OH-對離子交換樹脂進行連續再生。

  EDI阻件中的離子交換樹脂可以分為兩部分,一部分稱作工作樹脂,另一部分稱作拋光樹脂,二者的界限稱為工作前沿。工作樹脂主要起導電作用,而拋光樹脂在不斷交換和被連續再生。工作樹脂承擔著除去大部分離子的任務,而拋光樹脂則承擔著去除象弱電解質等較難清除的離子的任務。

  EDI給水的預處理是EDI實現其最優性能和減少設備故障的首要的條件。給水里的污染物會對除鹽組件有負面影響,增加維護量并降低膜組件的壽命。

  1.4污染物對除鹽效果的影響

  對EDI影響較大的污染物包括硬度(鈣、鎂)、有機物、固體懸浮物、變價金屬離子(鐵、錳)、氧化劑(氯,臭氧)和二氧化碳(CO2)以及細菌。

  設計RO/EDI系統時應在EDI的預處理過程除掉這些污染物。給水中這些污染物的濃度限制見3.2節。在預處理中降低這些污染物的濃度可以提高EDI性能。其它有關EDI設計策略將在本手冊其它部分詳述。

  氯和臭氧會氧化離子交換樹脂和離子交換膜,引起EDI組件功能減低。氧化還會使TOC含量明顯增加,污染離子交換樹脂和膜,降低離子遷移速度。另外,氧化作用使得樹脂破裂,通過組件的壓力損失將增加。

  鐵和其它的變價金屬離子可對樹脂氧化起催化作用,永久地降低樹脂和膜的性能。

  硬度能在反滲透和EDI單元中引起結垢。結垢一般在濃水室膜的表面發生,該處pH值較高。此時,濃水入水和出水間的壓力差增加,電流量降低?藏悹?組件設計采取了避免結垢的措施。不過,使入水硬度降到最小將會延長清洗周期并且提高EDI系統水的利用率。

  懸浮物和膠體會引起膜和樹脂的污染和堵塞,樹脂間隙的堵塞導致EDI組件的壓力損失增加。

  有機物被吸引到樹脂和膜的表面導致其被污染,使得被污染的膜和樹脂遷移離子的效率降低,膜堆電阻將增加。

  二氧化碳有兩種效果。首先,CO32-和Ca2+、Mg2+形成碳酸鹽類結垢,這種垢的形成與給水的離子濃度和pH有關。其次,由于CO2的電荷與pH值有關,而其被RO和EDI的去除都依賴于其電荷,因此它的去除效率是變化的。即使較低的CO2都能顯著地降低產品水的電阻率。

  細菌導致藻類生長和粘垢形成,使模塊的壓力損失增大,水質下降。

  2.1 EDI的應用領域

  超純水經常用于微電子工業、半導體工業、發電工業、制藥行業和實驗室。EDI純水也可以作為制藥蒸餾水、食物和飲料生產用水、發電廠的鍋爐補給水,以及其它應用超純水的工業。

   EDI組件單件流量范圍從2 gpm到16 gpm。每個組件都有一個推薦的流量范圍。組件并行排列可以產生一個幾乎無限規模的系統。根據給水和運行的條件,組件可生產出電阻率達10-18.2 MΩ•cm的純水。

  2.2 EDI的組件結構

  EDI主要由以下幾個部分組成:

  (1)淡水室 將離子交換樹脂填充在陰、陽離子交換膜之間形成淡水單元。

  (2)濃水室 用網狀物將每個EDI單元隔開,形成濃水室。

  (3)極水室

  (4)絕緣板和壓緊板

  (5)電源及水路連接

  2.3 EDI組件優勢

  獨特的淡水室、濃水室和極水室設計。

  低電壓、低能耗。

  并排排列管線,連接更簡單。

  結實的機械設計。

  安裝、維護、運行簡單。

  所有水路和電源均在一側。

  防水電源接頭。

  不斷追求技術創新。

  3 運行條件

  3.1 標準運行條件

  EDI組件運行結果取決于各種各樣的運行條件,其中包括系統設計參數。用于測試組件的水經活性炭、精密過濾器、一級或雙級反滲透處理,TDS = 2.5~4.0 ppm。測試電壓和流量按下表各組件范圍中間值。

型號
CP-500
CP-1000
CP-2000
CP-3000
電壓(V,DC)
30-60
80-120
160-240
220-330
電流(A,DC)
2-3
2-3
2-3
2-3
產品水流量(m3/h)
0.3-0.5
0.7-1.0
1.6-2.0
3.0-3.6
產品水流量(gpm)
1-2
4-5
7-9
12-16
濃水流量(m3/h)
0.03-0.15
0.07-0.30
0.16-0.60
0.30-1.08
極水流量(m3/h)
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06

  3.2 給水要求

  以下是保證EDI正常運行的最低條件,為了使系統運行結果更佳,系統設計時應適當提高。

   給水:通常為一級反滲透+軟化或二級反滲透來水,一般電導率為1-40μS/cm。進水的電導率值是參考性指標,還需要詳細的水質報告。

   TEA(總可交換陰離子):小于25ppm,以CaCO3 計。由于進水中所含的 CO2 會轉化成HCO3- 或 CO32-,因此TEA(總可交換陰離子)中應包括CO2 的量。

   TEC(總可交換陽離子):小于25ppm,以CaCO3 計。

   pH :6.0~9.0(最佳電阻率性能對應的pH范圍為 7.0~9.0,但是,在此pH條件下,硬度不能太高)。

   溫度: 5-35°C。

   進水壓力:最大為4bar(60psi)。注意:組件壓力損失取決于流量。

   出水壓力:濃水和極水的出口壓力必須低于產品水的出口壓力。

   硬度(以CaCO3計):最大為1.0 ppm,取決于回收率高低。

  注意:EDI工藝需要限定進水硬度以免結垢。在進水硬度 <0.1 ppm時坎貝爾™ EDI系統最高的回收率是 95%;而當進水硬度 >0.1 ppm時濃水中需要加鹽,而且需要定期清洗。在進水硬度超過0.5 ppm時必須事先得到易蒂艾公司的書面確認,否則坎貝爾™ EDI的質量保證無效。若在超過允許的最大回收率下運行坎貝爾™ EDI模塊,會造成結垢和不可修復的損壞。

   有機物(TOC):最大為0.5 ppm。

   氧化劑:Cl2最大為0.05 ppm,O3最大為0.02 ppm。

   變價金屬:Fe最大為0.01 ppm,Mn最大為0.01 ppm 。

   H2S :最大為0.01 ppm。

   二氧化硅 :一般應小于0.5 ppm。

   SDI 15min:小于1.0。

   色度:小于5 APHA 。

   二氧化碳的總量:二氧化碳含量和pH值將明顯影響產品水電阻率。如果CO2 大于10 ppm,坎貝爾™ EDI系統不能制備高純度的產品水?梢酝ㄟ^調節反滲透進水 pH 值或使用脫氣裝置來降低CO2 量。

  3.3 濃水循環

   EDI系統一般需要濃水循環。但在某些條件下也可以不循環,例如EDI給水硬度<0.1 ppm 并且電導率較高的情況。

   濃水室的進出口壓力必須小于淡水室的進出口壓力,所以濃水的流量由壓力決定。

   在運行過程中,濃水循環可以增加濃水室的導電性,同時有助于提高濃水的流速以避免結垢。

   EDI模塊的濃水流量最小不能低于產品水的10%。低于該流量運行時,濃水室容易結垢,也可能造成模塊內部組成受熱變形而漏水。

  為避免濃水中離子過度積累,需要排放少量濃水,排放掉的濃水由進水補充。

   控制濃水的電導率在50 到600S/cm之間。

  3.4 系統加鹽

  進水電導率低時,坎貝爾™ EDI模塊的電流較小,這樣會影響產品水水質。這時可以選擇加鹽裝置,來提高濃水電導率。

   加鹽裝置一般包括計量泵、鹽箱和低液位開關。

   計量泵最好由PLC控制自動運行,當濃水循環泵啟動并且濃水電導率低于設定值時計量泵開始工作。

   加鹽的規格如下:

           氯化鈉                      >99.00%
           鈣和鎂 (以Ca計)            <0.05%
           鐵            <0.1ppm
           重金屬 (以Pb計算)      <0.1ppm

          注意: 某些雜質可能引起模塊結垢。

  4 運行參數及影響

  4.1 供電電壓

  電壓是使離子從淡水室進入濃水室的推動力。同時,局部的電壓梯度使得水電解為H+和OH-并使這些離子遷移,由此實現組件中的樹脂再生。

  4.1.1 純水質量與電壓的關系

  獲得高質量的純水對應著一個最佳電壓。若低于此電壓,在產品水離開組件前,因推動力不足,部分離子將不能遷移入濃水室,而殘留于淡水室中。若高于此電壓,多余的電壓將電解水,從而增大電流;同時引起離子極化并產生反向擴散,降低產品水的電阻率。

  4.1.2 電流與給水電導率的關系

  當給水的電導率為5-8uS/cm,在給定電壓下,坎貝爾™ EDI組件的一般電流為1.5-3A。

  電流與離子遷移數量基本上成正比,這些離子包括給水中雜質離子,如Na+、Cl-,也包括由水電解產生的H+、OH-。水的電離速率取決于電壓梯度,因此施加于淡水室的電壓較高時,H+、OH-遷移量也大。

  一部分電流與給水的離子含量(TDS)或者電導率成正比,另一部分的電流隨電壓增加非線性地增加。

  在每個組件建議的電壓范圍內,最佳電壓取決于給水電導率和水的回收率。給水中較多的離子遷移流量和較高的水回收率使得離子在濃水室中高度濃縮,這將降低膜堆的電阻,從而使最佳電壓降低。

  4.1.3 穩定運行狀態

  運行條件改變后,組件將需要運行8-24個小時才能達到穩定狀態。穩定狀態是指進出組件的離子達到物料平衡。

  如果電壓降低或給水離子濃度增加,樹脂將會吸收多余的離子。在這種狀態下,離開組件的離子數將小于進入組件的離子數。最后達到新的穩定狀態時離子遷移速率和給水離子相協調。此時,離子交換樹脂的工作前沿將向出水端移動。

  如果電壓升高或給水離子濃度減小,樹脂將會釋放一些離子進入濃水,離開組件的離子數將大于進入組件的離子數。最后達到新的穩定狀態時離子遷移速率和給水離子相協調。此時,離子交換樹脂的工作前沿將向給水端移動。

  進出組件的離子達到物料平衡是判斷EDI組件是否處于穩定運行狀態的有效手段。

  4.2 離子性質

  EDI從水中去除離子的能力與離子的特性有關。與傳統混床一樣,樹脂對某種離子的吸收能力與離子的大小、水合度以及樹脂類型有關。

  此外,在EDI中,離子的電荷數量更為重要,因為它是推動離子沿著樹脂表面遷移并透過膜的原動力。

  4.2 .1 離子大小

  下表是在25°C的溶液中離子的有效尺寸,其中包括了水合分子。離子的有效尺寸越大,離子擴散速率越低,越難以被EDI除去。另外,離子有效尺寸越大,電荷越分散,越不易被樹脂吸收。

Ionic Radius, Å
Cations
Anions
<3.0
K+, NH4+
Cl-, NO3-
3.5
 
OH-, F-
4.0-4.5
Na+
SO42-, CO32-
6.0
Li+, Ca2+, Fe2+
 
8.0-9.0
H+, Mg2+, Fe3+
 

  4.2 .2 離子電荷

  離子所帶電荷越多,使之通過離子交換膜需要供給的電壓越大,另外,這些離子有較高的水合度,而較大并較重的離子擴散速度也較慢。

  4.2 .3 離子相對樹脂的選擇系數

  下面的表格顯示了離子相對樹脂的選擇性。這是離子被樹脂吸收強度的一種量度,較強的選擇性使之不易從混床或EDI泄露出來。

  離子交換樹脂對離子的選擇性系數表

Cation
Selective
Coefficient
Anion
Selective
Coefficient
Li+
0.8
HSiO3-
 
H+
1.0
F-
0.1
Mg2+
1.2
HCO3-
0.5
Na+
1.6
OH-
0.6
Ca2+
1.8
Cl-
1.0
NH4+
2.0
NO3-
3.3
K+
2.3
I-
7.3

  4.2 .4 大而弱的帶電離子

  在常見的pH值和一般的運行條件下,二氧化硅(SiO2),硼(H3BO3)和二氧化碳(CO2)都帶有較弱的負電荷。它們不易被樹脂吸收,而電壓對它們遷移幾乎沒有推動力。

  為了有效地除掉這些離子,要使用其他的系統戰略。增加給水的pH值(注意先除硬),使之電荷增加,也就增加了它們被除去的可能性。在RO之前或之后,CO2可作為氣體被除去。硅酸(H2SiO3)的PK1是9.77;硼酸的PK1是9.28;碳酸的PK1是6.35,所以,在稍高的pH值時,碳酸氫鹽離子能被除去,而除去二氧化硅和硼就必須使pH值大于10。

  4.3 溫度

  4.3.1 壓力損失與溫度的關系

  壓力損失與溫度有關,主要是由于水粘性的改變。下面的表格顯示了在不同溫度下水的粘度。壓力損失和水的粘度成比例關系。

  水的粘度與溫度的關系表

Temperature ,°C
Viscosity
5
1.51
15
1.14
20
1.00
25
0.89
30
0.80
35
0.72

  4.3.2 水質與溫度的關系

  運行有一個最佳溫度。當溫度增加到接近35°C時,由于離子“泄漏”的增加,產品水水質將降低。該現象源于離子交換膜對離子的吸收率的降低。當溫度降低時,產水的表觀水質可以得到改善。其中有電阻儀溫度補償的誤差的原因,也有由離子交換樹脂對離子吸收率增強的原因。但是,如果溫度進一步降低,離子通過膜的擴散能力會按指數規律降低,因此使水質下降。

   在較低的溫度下,可以降低電壓以節省能源。

   在更低的溫度下,為了繼續有效地電解水,需要較高的電壓。

  4.3.3 電阻率儀表的溫度補償

  電阻率/電導率測量的標準溫度為25°C。在較高的溫度下,因為離子的遷移加快,含有離子的水的電導率增高。對于超純水,較高溫度時,水分解出來的H+和OH-的量更多,電導率增高。

  自來水和反滲透水的電導率隨溫度變化率大約為2%/°C。超純水電阻率的變化率約為5-7%/°C。因此如果工作溫度不是25°C,溫度補償很重要。

  較熱純水的電阻率是很難準確測量的,下表是不同溫度下純水的理論電阻率。

  不同溫度下純水電阻率表

Temperature ,°C
Resistivity ,MΩ.cm
15
31.8
25
18.2
35
11.1

  4.4 流量

  4.4.1 壓力損失與流量的關系。

  有三種膜壓力損失需考慮:

  1.產品水對給水的壓降

  2.濃水出口對入口的壓降

  3.極水出口對入口的壓降

  每個水流的流量增加均會使該水流的壓降增加。

  4.4.2 極水壓力損失

  在每個組件流量為60 lph時,壓力損失大致是20 psi。如果壓力損失大于該值,極水入水處可能有異物堵塞。由于每個組件只有一個陽極/陰極對,該流量與組件的尺寸以及型號無關。

  4.4.3 濃水壓力損失

  濃水流量與系統設計、運行設置和組件本身有關。濃水流量大致與組件的單元數量成正比。若運行期間濃水的壓力損失增加,則需要清洗組件;也可能是濃水進口有異物,濃水進水需經過精濾。

  下表給出了EDI新組件的壓力損失。

  組件的壓力損失表

型號
單元數
濃水流量(m3/h)
壓力損失(psi)
CP-500
6
0.03
2-5
0.15
10-20
CP-1000
12
0.07
2-5
0.30
10-20
CP-2000
24
0.16
2-5
0.60
10-20
CP-3000
42
0.30
2-5
1.08
10-20

  4.4.4 給水-純水的壓力損失:

  對每個膜組件,壓力損失隨流量的增加而增加,如上所述,壓力損失將隨水溫的降低而增加。

  對一個新組件,在流量下限(例如CP-2000),最初的壓力損失將接近5 psi。當流量增加時,壓力損失也增加,可以高達30 psi。

  壓力損失和流量增加接近正比。

  值得注意的是以上討論的是組件前后的壓力損失,如果管道選用不當,壓力的管道損失也可能是非?捎^的。

  4.4.5 出口壓力損失對水質和內部泄露的影響

  為了保證內部泄漏不影響純水水質,產品水出口壓力應當比濃水和極水出口壓力高。依此,任何內部泄漏將會稀釋濃水,而不是離子泄漏到純水中。

  濃水出口應當沒有任何的背壓。設計系統時,應當選用足夠粗的管子和盡量短的流程。濃水排放的部分如果送到反滲透入口或做它用,最好先進入一個儲水罐,然后再用泵打出去。

  4.5 給水電導率

  純水水質取決于組件從淡水室中除去離子的能力,單位時間內給水離子總量過高通常會導致較低的產品水水質。無論對強電解質(NaCl)還是弱電解質(二氧化硅、碳以及碳酸鹽),均如此。

  過高的給水離子總量導致兩個結果:第一是在EDI組件內部樹脂工作界限向出水端遷移,這導致拋光樹脂量減小,因此引起弱電解質清除率降低;第二是引起組件電流量增加。

  降低給水電導率,有助于改善二氧化硅的去除。

  增加給水電導率將增加電流量。

  4.6 優化運行條件

  如上所述,在出水水質中,樹脂的工作界限的位置是很重要的。為了得到較高電阻率和較低二氧化硅含量的產品水,則必須有較大量的拋光樹脂。為此:

  產品水流量應該在給定范圍的下限。

  電壓應該在給定范圍的上限。

  濃水流量應為給定范圍的上限。

  二氧化碳的含量應該盡量減少。

  pH值接近上限。

  如果較低質量的純水也能滿足要求,為節約能量,可以:

  提高產品水流量

  降低電壓

  降低濃水流量以提高水利用率

  給水預處理對EDI極其重要,對EDI的重要性和對反滲透的重要性一樣,組件的壽命、性能及維修量都取決于給水中的雜質含量。參考EDI給水的具體要求。

  如果給EDI提供較好的預處理水,組件的清洗頻率將會降低。

  5.1 EDI系統保護和控制

  為了保護EDI組件,使之有較長的使用壽命,一些系統保護是必要的。最關鍵的保護是當沒有水流量時,要斷電停機,否則,會對EDI組件造成致命的破壞。以下是EDI正常運行的必要條件:

  極水流量超過最小值 。

  濃水的流量超過最小值 。

  預處理正常。

  反滲透運行正常。

  溫度在限制范圍之內。

  5.2 EDI給水處理

  5.2.1 活性碳

  除掉氯和氯消毒副產物,以保護反滲透膜、離子交換樹脂和離子交換膜;钚蕴歼可以除去很多的有機物和殺菌劑以免這些化合物透過反滲透進入EDI。

  通?梢允褂妙w粒狀活性碳(GAC)。但是在給水被有機污染物高度污染的情況下,有必要使用其它除有機物設施。

  5.2.2 軟化器

  為防止在反滲透和EDI結垢,需要從給水中除去硬度(Ca2+、Mg2+)。軟化可以提高反滲透系統水利用率和提高給水pH值。并因此使反滲透和EDI更有效地除掉碳酸鹽和硅。軟化還可以去除鐵和其它過渡金屬,保護反滲透膜和EDI組件。

  軟化不是必須要有的設施,可以用阻垢劑解決硬度在反滲透膜上結垢的問題。但是,使用阻垢劑將增加反滲透純水的硬度,給EDI帶來壓力。另外,軟化也可以放在一級反滲透之后去除硬度。

  5.2.3 沉淀物過濾器

  為防止反滲透膜被堵塞,需從給水中除去不溶物質。

  5.2.4 除氣裝置

  為了得到高電阻率的純水,氣體應該從給水中被去除。其中,CO2的去除尤其重要。CO2含量低時EDI組件會更有效地去除二氧化硅。除氣裝置可用脫氣膜或除碳塔。該裝置最好放置在反滲透之后,也可以放在反滲透之前。

  5.2.5 反滲透系統

  除掉大部分溶解鹽類。正常情況下單級或雙級反滲透可以有效的除去高達99%的離子和有機物。

  反滲透將給水分成反滲透純水和濃水,只有反滲透純水才能進入EDI。

  反滲透剛剛開機幾分鐘內水質很差,這一部分水不能進入EDI。

  5.3 EDI系統組成

  壓力表:測定RO和EDI水的運行壓力。

  流量計:測量純水、濃水、極水流量。

  水質監視器:測量并顯示來自反滲透和EDI的水質,反滲透水一般用電導率測量,或用TDS(ppm)來表示。EDI純水一般用電阻率來表示。水質監視器作為系統的保護裝置的一部分,可以提供給水超標、純水超標信號,以便實施報警保護。

  控制中心

  提供包括自動和人工運行在內的系統控制。

  可以直接控制電源,使其達到最佳狀態。

  如果EDI給水流量過低,應當關閉電源。

  在反滲透純水的電導率上升到高于一定值時,EDI停機,發出警報,并將反滲透純水排放。

  當EDI給水壓力過高時,瀉流電磁閥啟動,將水排放,報警。

  電源:直流電源,配有電壓調節裝置、電壓表和電流表。還應當配備限流裝置。為保護EDI組件,當流經EDI組件的水流量低于某一點時,應關閉電源。

  流量開關:如果流入EDI組件的濃、極水流量過低,流量開關會促使系統關閉。

  EDI 組件

  為二級除鹽設施,反滲透純水經過EDI后分為三股水流:EDI產品水、EDI濃水和一小部分EDI極水。

  將EDI并聯運行,可取得更大流量。

  EDI濃水一部分循環(當給水硬度低、電導率高時,可以不循環),另外一部分可以返回到反滲透給水中,也可回收作為它用或直接排至下水道。

  EDI純水入水壓力應比EDI濃水壓力高,這樣可以防止濃水在EDI組件內泄露。

  使用調節閥和轉子式流量計來控制和指示純水、濃水和極水的流量。

  應將濃水和極水出口壓力降到最小。

  排氣口:電極廢水中包含Cl2、H2和O2氣體,需被安全地排放出去。

  注意:H2的爆炸極限是4%(v/v),因此氣體必須被稀釋排放。一般的安全界線是1%。

  6.1 安全

  請在安裝前讀懂本手冊的安全部分。特別值得注意的是,EDI設備是一個水電并存系統。另外極水包含危險氣體。

  6.2 組件安裝

  組件安裝請參考裝配圖?藏悹™ EDI系列組件直接用螺絲固定。

  搬動組件時不能讓水管道或電連接著力,也不要讓兩端不銹鋼板著力。

  不要將組件的前端和后端同時固定,因為這樣會影響模塊極板間距離的調整。

  

組件裝配.jpg

 

  EDI系列組件的外觀尺寸表

型號
CP-500
CP-1000
CP-2000
CP-3000
尺寸mm
570×240×95
570×240×130
570×240×200
570×240×300
Amm
35
70
140
240
Bmm
95
130
200
300
單元數
6
12
24
42

  注意:以上模塊尺寸僅供參考。

  6.3 組件方向

  坎貝爾™ EDI組件應垂直安裝。如果組件以水平位置安裝,在間隔室,氣體會被封住,將影響離子的去除。

  6.4 管件的連接

  標準組件為純水提供了1寸內絲管件,為濃水和極水提供了4分內絲管件,這些連接部分由PVC制成,在安裝前應將內絲保護好。將管件與組件連接時,應用扳手卡住組件上的管件,以免其在扭力作用下被損壞?藏悹™ EDI組件的電源和管路連接參考下頁圖。

  6.5 接地

  組件本身通過電源線接地。

  由于水也導電,電流可通過水接地,應該在各個給水和出水水流安裝三通,將一個導體通過三通與水流接觸,并把該導體接地。

  如果水流接地不當可能引起電導率和電阻率儀讀數不準。

  

組件連接圖.jpg

 

  6.6 電源連接和接線

  直流電源要適當地接到組件的正極和負極上。正極吸引陰離子,負極吸引陽離子。

  負極(-)為綠色

  正極(+)為紅色或者白色

  地線為黃色

  6.7 螺母扭力

  組件在出廠以前,兩端的螺母已扭好。組件在安裝后,運行之前應當將螺母緊度再次調整到20 ft-lbs(2.76Kgf•m),最大不超過25 ft-lbs(3.45Kgf•m)。緊螺母程序可參考附錄。

  7 組件的清洗及維護

  在運行中,如果將較差的給水引進組件,或者電源不足,就會增加維修工作量。

  給水中主要引起結垢的是TOC、硬度和鐵。

  給水硬度較高將引起離子交換膜濃水側結垢,而使純水水質降低。給水硬度、溶解的CO2和高pH會加速結垢?梢杂眠m當的酸溶液清洗污垢。清洗過程請參考附錄。

  給水中的有機物污染,會在離子交換樹脂和離子交換膜表面形成薄膜,因而將嚴重影響離子遷移速率,因此影響純水水質。當發生此現象時,純水室需用適當的清洗劑清洗。有機物清洗過程請參考附錄。

  如果EDI組件在無電或給電不足的情況下運行,混床內離子處于離子飽和狀態,純水的純度會降低。為了再生離子交換樹脂,將水流通過組件,并慢慢增加電源供應電壓,使被吸附的離子遷移出系統。樹脂再生時,組件將通過比正常運行更多的電流。

  警告:如果電源沒有過電流保護,注意不要超過電源的供電容量。

  電極連接器應該定期檢查,以防由周圍條件引起腐蝕或松弛,以免增加電阻,阻礙電流渡過,導致純水水質下降。

  一段時間后,需重新設置螺冒松緊度。螺冒太緊將導致膜堆的變形,太松將導致內、外部泄漏。最大的扭力為25ft-lbs,旋轉螺母應參考附錄。

  如果組件外部需要清洗,請僅使用溫和的清潔劑水溶液,不可使用溶劑。為了防止觸電,在清洗之前,要確定電源已斷開。清洗時還要注意以下幾點:

  禁止使用丙酮或其他的溶劑。

  當電源開啟時禁用水。

  擦洗時使用潮濕的布,可浸少量清潔劑。

  保護安全標簽。

  8.1 開機準備

  1) 準備好數據表格和運行記錄本,記錄起始數據和觀察到的任何現象。

  2) 通讀坎貝爾™ EDI的設計與使用手冊,并明確控制面板的內容。

  3) 完成所有的水管道和電路連接。

  4) 開機運行RO系統。在運行EDI之前,先將RO系統穩定運行一段時間,待水質穩定并能滿足EDI入水要求之后,再準備EDI開機。

  5) 將電導率儀設定在40μS/cm,電阻率儀設定在適當位置,直流電壓設定為“0”。

  8.2 組件啟動

  1) 打開EDI 系統控制電源。

  2) 開啟EDI給水泵,將純水入水和濃水補水調節閥緩慢旋開。

  3) 觀察EDI入水的電導率,超過設定值時自動排放,水質合格后入水電磁閥打開,排水電磁閥關閉。

  4) 開啟EDI濃水循環泵,慢慢旋開濃水和極水調節閥。

  5) 對濃水、純水和極水管道實行脈沖供水以進一步從EDI系統中排出空氣。在啟動時除去空氣很重要,因為組件里的氣體會影響流量和產品水電阻率。

  6) 將EDI 模塊電源打開。應盡快啟動電源供電,如果在供電前,過量的水被送到組件中,那么模塊有可能要進行再生以達到水質要求。

  7) 調節使純水壓力和流量、濃水流量、極水壓力和流量均達到設計范圍。

  8) 檢查純水出口壓力是否大于濃/極水的出口壓力。

  9) 檢查極水、濃水和純水的壓力損失是否大致正常。

  10) 檢查濃水電導率是否正常。

  11) 慢慢旋動“電壓調節”鈕至規定電壓。

  12) 觀察純水的產量及出水水質,水質超過設定值時,超標排放電磁閥自動打開。

  13) 檢查組件的初始電流。初始電流一般要高于正常運行電流,多個組件并聯時,兩個組件的初始電流應當近似。

  14) 檢查組件進出離子的物料平衡。如果正在再生則排出離子數多于進入的離子數,如果給電不足則相反。

  15) 檢查所有開關裝置、流量傳感器,設置是否合理且正確信號被送到控制中心。

  16) EDI運行一個小時之后,水質、電流應趨于穩定。

  17) 記錄電壓、電流、進出水水質和產品水、濃水、極水的流量以及運行時間。

  18) 運行中如果出現過載保護,按下復位開關重新工作。如果過載保護頻繁出現,應停機仔細檢查,并對運行參數做適當調整。

  8.3 關機

  1) 將EDI 模塊電源“電壓調節”旋至“0”。

  2) 關閉有關閥門。

  3) 切斷EDI給水泵、濃水循環泵的電源。

  4) 關閉EDI系統控制電源(SYSTEM POWER)。

  組件的故障處理

故障
可能原因
解決辦法
產品水流量低
模塊堵塞
參考附錄清洗模塊
閥門關閉
確認所有需要開啟的閥門都正常開啟
流量開關
檢查流量開關是否設定正確、運作正常
進水壓力低
判斷原因,加以解決
 
 
電源極性接反
立即切斷供電,核實接線
電壓太低或太高
把直流電壓調到規定范圍
一個或多個模塊沒有電流或電流低
檢查電路連接是否正確
電流太低
檢查濃水的電導率是否過低
溫度補償不準確
校驗電導率或電阻率表及其溫度補償
螺栓扭矩不夠或不均勻
參考附錄調整扭矩
離子交換膜結垢或污染
參考附錄清洗模塊
進水水質超出允許值
檢查進水水質,CO2 是水質差的常見影響因素
濃水壓力比給水和產品水壓力高
重新設定濃水壓力以獲得0.30 到1.0 bar 的壓差
給水流量不正常
把流量調到規定范圍
濃水
電導
率低
回收率低
檢查濃水排放量是否過大
進水電導率下降
濃水中加鹽液以提高電導率
加鹽裝置
確保鹽箱里有鹽液,計量泵正常工作
模塊壓差高
模塊堵塞
判別污染類別,按照相對應的流程清洗
流量過高
調節流量到規定范圍
模塊壓差低
流量過低
調節流量到規定范圍
濃水
流量
濃水循環泵
檢查濃水循環泵是否運行正常
模塊堵塞
參考附錄清洗模塊
閥門關閉
檢查濃水出口閥
流量開關
檢查流量開關的位置和接線
極水
流量
濃水循環泵
檢查濃水循環泵是否運行正常
流量開關
檢查流量開關的位置和接線
模塊堵塞
參考附錄清洗模塊
閥門關閉
檢查極水出口閥

  附錄1: 濃水側結垢酸清洗工藝

  建議:通過軟化,盡可能減小給水的硬度,以最大限度減少EDI模塊濃水側結垢。

  注意:酸及阻垢劑的添加導致鈣、鎂離子和CO2穿過RO膜的量增加,并順流至EDI內。軟化的另一個好處是從RO給水中除去了鐵和錳,延長了RO的壽命并防止了其對EDI的污染。

  輔助設備和消耗品:

  一臺泵:流量0.5gpm(0.114m3/hr),壓力30psi(21m),耐酸。

  兩個塑料容器:5-10加侖。

  塑料管件/管。

  配方1:(藥品徹底混合)

  這是一個簡單、安全、商用的方案。一份用無機酸、有機酸和螯合劑配制的2%酸度的溶液。

  去離子水 5.0 L

  清力公司Diamite LpH清洗液 125 ml

  配方2: (藥品徹底混合)

  這是一個僅使用有機酸的方案。一份5%弱酸溶液,pH約為9。

  去離子水 5.0 L

  檸檬酸 250 g

  配方3:(藥品徹底混合)

  這個方案配制一份2.5%的強酸溶液,再加入一種非離子表面活性劑以協助除垢。這是三個方案中最強有力的一種。

  去離子水 5.0 L

  37%分析純HCl溶液 350 ml

  酸洗流程

  測量并記錄通過極水室和濃水室的水流量和壓力降,

  直排口(極水室與濃水室出水口)通向一個大小合適的耐酸廢液回收池。

  將泵的出口連接到極水和濃水的入水口,調節流量為0.5gpm,壓力為30psi。

  不要將酸打入淡水室,否則需用很長的運行時間來再生樹脂。

  將泵的入口連接到裝滿上述一種清洗液的5加侖塑料箱里。

  用泵使清洗液循環清洗EDI 60秒,然后停泵用清洗液浸泡EDI 5分鐘以上。

  當EDI內清洗液消耗完時再次啟動泵清洗。

  避免將空氣抽入EDI中。

  在清洗箱中裝滿去離子水,然后用泵來沖洗殘留的清洗液。

  更換箱中去離子水,直到沖洗出水的TDS降至5ppm以下、pH在日常運行的范圍內。此時測定并記錄壓力降、流量、pH和TDS。

  將清洗臨時管路斷開,恢復原樣。

  在再生模式下運行EDI,直到離子進出平衡。

  在標準模式下運行EDI,直到出水品質恢復到正常水平。

  注意!安全混合酸液的步驟:先加水后加酸。

  附錄2: 淡水側有機物污染的表面活性劑清洗

  注意:

  有機物清洗液必須是單一的非離子表面活性劑,例如:

  去離子水 9.9 L

  Triton X(羅門哈斯),或其它商用的等效藥品 100 ml

  流程:

  推薦:通過RO和RO預處理系統,最大程度減少入水TOC,使EDI內樹脂的有機物污染降到最小。

  建議:在控制系統設計中采用三通閥門來避免清洗時用手斷開EDI的管路。

  斷開淡水進水口和產品水出水口管路連接。

  將一臺化工輸送泵的出口連接到淡水入水口,調整流量為0.5gpm,壓力為30psi。

  將泵的入口連接到一個裝滿5加侖(19升)100 F(38℃)非離子表面活性清洗劑的箱子上。

  將產品水出囗連接到清洗箱里。

  用泵使清洗液循環清洗EDI 60秒,然后停泵用清洗液浸泡5分鐘以上。

  當EDI內清洗液消耗完時再次啟動泵清洗。

  在清洗箱中裝滿100F的去離子水,打開泵將殘余清洗藥液沖清洗干凈。

  讓至少20加侖室內溫度的水循環沖洗EDI。如果沖出液TOC高于系統要求值,重復這一步驟。

  淡水入水囗和產品水出水囗恢復清洗前的連接

  運行系統4個小時,使清洗液全部排出。

  附錄3: 重新設置XL系列EDI模塊螺栓扭力矩

  螺銓扭力矩對EDI模塊很重要。它不僅關系到維持內部壓力以保證出水水質,而且關

  系到防止EDI模塊的內部和外部泄漏。

  必須在EDI安裝完之后、使用之前重新設置螺銓扭力矩。通常在產品水水質下降時要檢查螺銓扭力矩。至少每三個月檢查一次螺銓扭力矩,必要時作調整。

  下面是一個重新設置螺銓扭力矩用的插圖。依圖均勻地調整螺銓扭力矩,消除局部應力。每個模塊共有20根螺銓,需要一個16mm的六角形扳手。

  依圖示數字順序將螺栓擰緊,每次增加的扭力矩不要超過2磅尺 (0.276Kgf•m) ,直到所有的螺栓的扭力矩都設置在20磅尺 (2.76Kgf•m)。調整次序圖如下:

  

7.jpg

 

  附錄4: 模塊的除菌清潔過程

  對傳統的離子交換床來說,最好也最簡單的清潔方法是將樹脂分離,然后再生。強酸和強堿可以殺滅細菌并清除其繁殖的場所。工作電壓下的EDI模塊不斷地分解水,從而造成局部的pH很高或者很低。這種pH值有人認為能起到殺菌的作用,尤其在產品水側。

  Millipore在1990年發表了關于這個課題的一個研究成果。他們發現每周清洗的RO-EDI系統能維持較低的微生物數量,EDI濃水側的微生物數量與純水側相同。當中斷清潔維護三個月時,濃水側的微生物數量會上升,產品水側則尚未污染。他們因而得出結論:EDI模塊,特別是產品水側起著殺菌的作用。

  易蒂艾公司認為,最好的清潔方法,是保持EDI組件不間斷使用。這時,細菌不會繁殖,尤其在產品水側。EDI系統,EDI裝置,坎普爾EDI

  模塊的除菌清潔方法

  EDI沒有理想的清潔方法。清潔劑包括氧化型、離子型和有機型。有機清潔劑需要較長的沖洗時間以使出水的TOC符合要求。離子型清潔劑清洗后需要再生樹脂。氧化型殺菌劑可降解樹脂和膜,減短模塊壽命。

  定期清潔可以用以下我們推薦的方法:

  1. 產品水側用Triton-X表面活性劑清潔,之后需用水沖洗干凈并使模塊再生。

  2. 1%的Triton-x表面活性劑與20%USP級丙二醇(propylene glycol)混合清洗。

  3. 像清洗反滲透膜一樣使用過氧醋酸。例如Minntech生產的Minncare殺菌劑。使用1%的Minncare循環清洗1小時。

  模塊的長期停機保存

  我們推薦:用一種合適的殺菌清潔劑清洗,然后沖洗、排盡、將模塊密封。啟動時沖洗并再生。

  注意:我們雖然知道哪一種清潔劑可以控制細菌生長并且不會對EDI造成損害。但應該知道,任何一種藥品都有一定的副作用。

  1%的Minncare 過氧醋酸效果不錯。

  20%的丙二醇+1%Triton-x表面活性劑會防止細菌生長,但它對于長期保存的效果我們還不是太了解,而且這種方法需要長時間的沖洗,以除盡TOC。

  有機的殺菌劑可以用,但需要較長的沖洗時間,以除盡TOC。

  甲醛效果不錯,但它是致癌物。

  氧化劑會損害模塊,應避免使用。

  避免使用熱溶液(80-90攝氏度),否則會損害陽基陰離子交換樹脂和交換膜。

  附錄5: 術語匯編

   陽離子:一種帶有一個或更多正電荷的離子(原子,或者原子團)例如Na+、NH4+和Ca2+。

   陰離子:一種帶有一個或更多負電荷的離子(原子,或者原子團),例如Cl-、OH-和SO42-。

   陽極:帶正電的電極。

   陽極電解液:陽極區水,包括陰離子和聚集在陽極的氣體。

   陰極:帶負電的電極。

   陰極電解液:陰極區水,包括陽離子和聚集在陰極的氣體。

   濃水:通過濃水室并匯集了離子的水流。

   電導率:水的導電能力,取決于水中離子的濃度和水的溫度。

   DC電壓:直流電壓。

   極水:通過兩個電極區的水流。

   給水:進入 EDI組件的水。EDI給水一般是一級反滲透+軟化或二級反滲透來水。

   GPM(gpm) :加侖/分鐘,流量單位。1.0 gpm = 227 l/h, 4.4 gpm = 1.0 m3/hr。

  離子交換樹脂:由交聯結構的高分子骨架(母體)與能離解的交換離子兩個基本部分所構成的不溶性高分子電解質,有選擇性地將水中的陰離子或陽離子用OH-或H+交換。

   離子交換膜:由離子交換樹脂制成的膜,有選擇地允許陽離子或陰離子透過。

   兆歐:(Megohmּcm,MΩ•cm)電阻率的度量單位,水的純度的表示方法之一。在25°C時,絕對純水的電阻率為18.24 MΩ•cm。

   電阻率:水對電流阻礙能力的電量度,該值隨著離子濃度的降低而增大。

   pH :氫離子(H+)摩爾濃度的負對數。pH值范圍為0~14。水在pH值為0-7時呈酸性,在pH值為7時呈中性,在pH值為7-14時呈堿性。

   極化:水在電流的作用下被分解成H+和OH-。在淡水室,當離子濃度較低時較多的水分子被電離,以保證一定的電流量。極化經常會引起pH值的波動。EDI就是利用水的極化來再生離子交換樹脂的。

   PPM :一百萬分之一。1ppm = 1毫克/升。

   鹽:一種化合物,是陰離子和陽離子的結合物。

   TOC :有機碳的總數。水樣中有機物含量的量度。單位為ppm或mg/L。

   供電電壓:直流電施加于每個組件的陽極和陰極,該值與組件型號直接相關。

   電流值:通過每個組件的直流電流。該電流值的大小取決于反滲透給水中離子的濃度、水利用率、水分解的數量,與組件型號基本無關。

   組件電阻:供電電壓除以電流值。

   供電要求:電源需要提供必要的電流和電壓。

   電效率:理論上遷移離子需要的電流除以實際電流。

   給水:也稱純水,指進入淡水室轉變成產品水的水流。

   淡水流 :從淡水室流出的產品水。

   濃水流:從離子聚集的濃水室流出的水,一般占給水的10%-30%。

   電極水流:從陽極和陰極室流出的廢水。一般為給水的1-2%。

  回收率:產品水流量除以整個的給水流量。如果考慮到濃水返回前置RO,回收率一般為99 %。如果濃水被排放,回收率可為90%-95%。

  模塊的再生過程

  當一個模塊內部的樹脂被離子消耗盡的時候,為了使模塊在穩定狀態下運行,這時需要再生。再生過程將樹脂中多余的離子帶出模塊,通過在短時間內大幅度地改變系統操作參數,將樹脂中多余的離子從淡水室遷移到濃水室,從而被濃水帶出EDI組件。

  再生過程操作參數表

型號
純水流量
(m3/h)
濃水流量
(m3/h)
再生電壓
(V)
CP-500
0.3
0.09
80
CP-1000
0.7
0.21
150
CP-2000
1.6
0.48
280
CP-3000
3.0
0.90
400

  1、按上表設置模塊的純水流量(模塊流量的最低限)和濃水流量(給水流量的30%),設置極水流量為60 l/h。將電壓按上表設置,或者設置為通常的150%-200%,然后運行模塊。

  2、再生過程中EDI產水水質開始會有所下降,隨著再生的不斷進行產水水質會緩慢回升。

  3、繼續運行1個小時后,將電壓設置在日常操作值上(這一點非常重要)。

  4、極水流量在整個過程中是相同的。

  5、按正常操作條件運行EDI,此時模塊被充分再生,出水水質恢復日常水平。

  注:以上僅供參考,可根據實際情況調整。

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