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EDI技术在超纯水生产中的应用

随着环保法规的日益严格、用水品质要求提高和水源匮乏加剧,世界各地的电厂、半导体微电子厂、化工、冶金企业正重新评估他们的超纯水处理设备,EDI作为无需化学品的一种经济实用的环保型先进超纯水处理技术,正在逐步取代混床,这正在为全球超纯水处理带来一场。

E-CellTMEDI技术能够将二氧化硅和矿物质含量降至1ppb以下,能够将电阻率提高到16Mohm?cm以上,满足了高压及超、精细化工和电子行业对于超纯水的需要。同时E-CellTM EDI大大减少了水处理系统的维护成本,提高了生产效率,延长了设备的生命周期,并将生产现场的危险降至最低。

EDI装置的介绍

EDI是英文Electrodeionization的缩写,中文全称为连续电去离子技术,其主要用于替代传统混床技术。

超纯水的生产在过去的二十年间,在成本、环境及品质等因素的驱动下,其供水系统发生了许多变化,特别值得一提的事,目前存在一个明确的方向,就是减少对离子交换工艺的依赖性,以便尽可能减少化学药品的使用,并提高产水量。有一项重要的事实可以说明该趋势—反渗透作为阴阳床的替代技术正在普及。

反渗透作为有效的脱盐技术,其脱盐率可以达到95~99%。但是,RO对离子的去处效果有一定的限度,一般来说,产水电导率0.5us/cm(2 MOhm-cm)是其脱盐的极限。

当产水水质有更高的要求的时候,就需要采用混床或等同技术。

EDI能高效去除残余离子和离子态杂质, 尤其当用户产水水质要求高,比如对电阻率(>10 或者16MOhm-cm), 二氧化硅(<10ppb或者<1ppb),钠离子,硼等有严格的要求的时候, EDI技术更体现了其品质的优 越性,且EDI系统的运行成本明显低于与混床,与混床装置及其辅助设备相比,其设备的生命周期总成本占有优势。

EDI技术在大约50年前就出现了,但是大型的商业化直到1986年才真正开始,时至如今EDI制造商已经为全球制造了1000套以上的EDI系统。

图1描述了RO,EDI取代传统离子交换工艺的过程。

EDI技术的发展

EDI装置的工作原理

图2中所示,混床在运行过程中,其内部的树脂分为饱和区,交换区,新生区。饱和区的树脂已经被离子饱和,不再具有从进水中交换离子的能力;交换区的树脂处于部分饱和状态,离子交换主要在交换区完成;新生区的指树脂尚未发生离子交换。随着混床的运行,饱和区和交换区将逐步向上移动,新生区的空间将减少,直到被穿透。新生区的存在是产水水质的保证,而新生区被穿透的时候,也就意味着混床产水水质将下降,混床需要用化学药品再生。

EDI在运行过程中,树脂分为交换区和新生区,在运行过程中,虽然树脂不断进行离子交换,但电流连续不断的使树脂再生,从而形成了一种动态平衡;EDI模块内将能始终保持一定空间的新生区;这样EDI内的树脂也就不再需要化学药品的再生,且其产水品质也得到了高品质的保证。

如图3所示EDI由阴/阳离子交换膜,混床树脂,淡/浓水室和阴/阳电极构成。

EDI技术将电渗析和离子交换技术完美的结合在一起。

EDI工作主要有三个过程:

1,淡水进水淡水室后,淡水中的离子与混床树脂发生离子交换,从而从水中脱离;

2,被交换的离子受电性吸引作用,阳离子穿过阳离子交换膜向阴极迁移,阴离子穿过阴离子交换膜向阳极迁移,并进入浓水室从而从淡水中去除。

离子进入浓水室后,由于阳离子无法穿过因离子交换膜,因此其将被截留在浓水室,同样,阴离子无法穿过阳离子交换膜,被截留在浓水室,这样阴阳离子将随浓水流被排出模块;与此同时,由于进水中的离子被不断的去除,那么淡水的纯度将不断的提高,待由模块出来的时候,其纯度可以达到接近理论纯水的水平。

3,水分子在电的作用下被不断的离解为H+和OH-,H+和OH-将分别使得被消耗的阳/阴树脂连续的再生。

过程1和过程3是树脂的消耗和再生的两个相反过程,这两者会在模块内部形成一个动态平衡。

图4中,进水从模块底部进入淡水室,并从顶部出来;浓水从模块底部进入模块,从模块顶部出来,浓水经过浓水循环泵后,大部分浓水将回流到模块的浓水室中循环,小部分浓水将排放;极水的进水与浓水进水为同一水流,只是分别进入不同的室(极水室和浓水室),并从模块顶部排出。

图5中,淡水从模块底部进入淡水室,从顶部出来;浓水从模块顶部进入模块,从模块底部出来;极水的进水与淡水进水为同一水流,只是分别进入不同的室(极水室和浓水室),并从模块顶部排出。

3.EDI与混床的比较

EDI相对与混床具有如下的优势:无需再生化学品的再生;不需要中和池及中和的酸碱;地面和高空作业能够极大地减少;所有的水处理系统操作都能够在控制室内完成 – 无需前往现场;减小了EHS风险;连续工作,不是间歇操作,长时间稳定的出水水质;没有废弃树脂污染排放的风险。

3.1无需再生化学品的再生

无需化学品再生,意味着不需要相关化学品的运输,储存和使用(如图6),也避免了相关的ESH风险,并且大大降低了系统的运行费用。

3.2 没有中和药剂的需要

混床再生会生成酸/碱废液,需要用碱/酸对之进行中和处理。

相比之下,EDI无酸碱废液产生,因此也就不需要酸碱中和池。此外,一般情况下,EDI的浓水可以完全回用;而且极水也可以在气液分离后回用。EDI系统能很好的满足ISO14000的要求。

3.3 运行成本低

EDI的运行的费用几乎全部为电耗,成本大幅往往低于混床。以E-Cell MK-3为例,平均产水1吨,其运行所需的电耗仅为0.132~0.396KWhr;而且其运行过程中,几乎不需要人工操作,降低了人工费用。