两种EDI模块流路设计的探讨

　　引言

　　连续电除盐 ( EDI，Electro - deionization 或CDI，Continuous Electrodeionization) ，是指利用混合离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子，同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下，分别透过阴阳离子交换膜而被去除的过程[1]。此过程离子交换树脂不需要用酸和碱再生。这一新技术可以代替传统的离子交换 ( DI ) 装置，生产出电阻率高达 18 MΩ·cm 的超纯水[3]。

　　近年来，EDI 技术已大量应用于制取电站补给水。与传统离子交换 ( DI) 相比，EDI 具有以下优点[2]:

　　1) EDI 无需化学再生，节省酸、碱;

　　2) EDI 可以连续运行;

　　3) 提供稳定的水质;

　　4) 操作管理方便，劳动强度小;

　　5) 运行费用低。

　　目前，对 EDI 模块中膜和树脂的污染特性、影响因素探讨已有报道，例如从出水水质和运行参数控制两方面，对 EDI 模块受化学污染情况进行试验研究。随着 EDI 技术的发展，模块水流路也出现了变化，使得 EDI 模块性能不断提高，如浓水无需再加盐，给水硬度要求逐步放宽。工业实际应用中，由于 EDI 模块流路本身的差异，其清洗方式也会相应不同，然而关于 EDI 流路设计的报道却比较少，EDI 模块生产商们为了保护自身的知识产权，均申请了专利，公开信息及试验数据的并不多。

　　本文主要探讨浓水加盐、给水低硬度和浓水不加盐、给水高硬度的两种 EDI 水流路，希望对现场人员的 EDI 模块运行、清洗维护有所帮助。

　　1 浓水加盐、给水低硬度的流路设计

　　电厂水源中存在钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐等溶解物，通过反渗透 ( RO) 处理，98%以上的离子可以被去除。为了得到超纯水，剩余的离子可以通过 EDI 进一步去除。图1 为浓水加盐、给水低硬度的 EDI 模块流路典型设计。

　　在图 1 中，离子交换膜用竖线表示，并标明它们允许通过的离子种类。离子交换膜不允许水穿过，因此它们可以隔绝淡水和浓水水流。阴离子交换膜 ( A) 只允许阴离子透过，不允许阳离子透过; 而阳离子交换膜 ( C) 只允许阳离子透过，不允许阴离子透过。在一对阴阳离子交换膜之间充填混合离子交换树脂就形成了一个 EDI 单元。阴阳离子交换膜之间由混合离子交换树脂占据的空间为淡水室。将一定数量的 EDI 单元罗列在一起，使阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列，并使用网状物将每个 EDI 单元隔开，从而形成浓水室。

　　一般认为在 EDI 去除离子的过程中，直流电场下离子的选择性迁移、离子交换以及树脂电化学再生同时发生，前两个能提高产水水质，而后一个可以保证 EDI 长期稳定运行。在高纯水中，离子交换树脂的导电性能比与之相接触的水高 2 ～3 个数量级，所以从溶液到膜面的离子迁移几乎都是通过树脂完成的。水中的杂质离子首先因交换作用吸附于树脂颗粒上，再在电场作用下经由树脂颗粒构成的 “离子传输通道”迁移到膜表面，并通过离子交换膜进入浓水室。淡水室中的离子交换树脂与水中离子进行交换，达到进一步除盐的目的。由于极化作用的存在，使水电离生成的氢离子和氢氧离子又对树脂起到再生作用。EDI 组件中的离子交换树脂可以分为两部分: 一部分为工作树脂，另一部分为抛光树脂，二者的界限即为工作前沿。工作树脂主要起导电作用，而抛光树脂在不断交换并被连续再生。工作树脂用于除去大部分离子，抛光树脂用于去除较难清除的离子。