【文章內(nèi)容簡介】 第 2 章 組件簡介 EDI 的組件結(jié)構(gòu) 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 在相鄰淡水單元中間添加樹脂，形成濃水室。 （ 3）極水室 在電極板與相鄰離子交換膜中間添加樹脂，形成極水室，一個組件中有正、負(fù)兩個極水室。 （ 4）絕緣板和壓緊板 （ 5）電源及水路連接 EDI 組件優(yōu)勢 Canpure ? Super EDI 組件和其它的 EDI 組件相比，有下列優(yōu)勢： ? 特殊離子交換 膜，交換容量高，選擇性強(qiáng) ? 獨(dú)特的淡水室、濃 /極水室設(shè)計(jì) ? 濃水（極水）和入水水流方向相反，避免結(jié)垢 ? Super EDI 無需加鹽，降低了運(yùn)行費(fèi)用 ? 濃水中添加樹脂，提高了離子遷移效率 ? 電流效率高、低電壓、低能耗 ? 并排排列管線，連接更簡單 ? 結(jié)實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì) ? 安裝、維護(hù)、運(yùn)行簡單 ? 所有水路和電源均在一側(cè) ? 防水電源接頭 Canpure EDI 用戶手冊 5 第 3 章 運(yùn)行條件 運(yùn)行參數(shù) Super EDI 組件運(yùn)行結(jié)果取決于各種各樣的運(yùn)行條件，其中包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)、給水質(zhì)量、給水壓力等。下表列出的是較為典型的運(yùn)行條件： 型號 CP500S CP1000S CP2022S CP3600S 電壓（ VDC） 2060 30100 40150 70300 電流（ ADC） 產(chǎn)品水流量（ m3/h） 濃水流量（ m3/h） 極水流量（ m3/h） 運(yùn)行電流及運(yùn)行電壓 嚴(yán)重警告 :當(dāng)電流通過 EDI 膜塊時會產(chǎn)生熱量。在 EDI 運(yùn)行過程中必須用水流將熱量全部帶出。因此，當(dāng) EDI 淡水、濃水水流不暢或停止時必須停止供電，否則將使 EDI 膜塊徹底燒壞。 供電 直流電源是使離子從淡水室進(jìn)入濃水室的推動力。另外，局部的電壓梯度使得水離解為 H+和 OH并使這些離子遷移，由此實(shí)現(xiàn)組件中的樹脂再生。 膜塊運(yùn)行的電壓由膜塊內(nèi)阻和最佳工作電流決定。 Super EDI 直流電源的紋波系數(shù)應(yīng)小于 等于 5%。 純水質(zhì)量與電流的關(guān)系 獲得高質(zhì)量的純水對應(yīng)著一個最佳電流量。若實(shí)際運(yùn) 行電流低于此電流，產(chǎn)品水中離子不能被完全清除，部分離子被樹脂吸附，短時間內(nèi)產(chǎn)水水質(zhì)較好，當(dāng)樹脂失效后，產(chǎn)水Canpure EDI 用戶手冊 6 水質(zhì)大幅下降；若實(shí)際運(yùn)行電流過多的高于此電流，多余的電流引起離子極化現(xiàn)象使產(chǎn)品水的電阻率降低。 電流與給水水質(zhì)的關(guān)系 可以把給水中所有離子 (如 Na+、 Cl、 HCO3等 )和在 EDI 組件中可轉(zhuǎn)化成離子的物質(zhì)（如 CO2 、 SiO2 等）的總和稱為 總可交換物 TES (Total Exchangeable Substance)。 TES 以碳酸鈣計(jì)，單位是 ppm 或 mg/L。 TES 是 TEA（ Total Exchangeable Anion）和 TEC (Total Exchangeable Cation) 的總和。 EDI 工作電流與 EDI 組件中離子遷移數(shù)量成正比。這些離子包括 TES，也包括由水離解產(chǎn)生的 H+、 OH。水離解產(chǎn)生的 H+、 OH 擔(dān)負(fù)著再生 EDI 拋光層樹脂的作用，因此是必要的。水的電離速率取決于電壓梯度，因此當(dāng)施加于淡水室的電壓較高時， H+、 OH 遷移量也大。值得注意的是過大的電壓梯度將使離子交換膜表面產(chǎn)生極化，影響產(chǎn)品水水質(zhì)。 每個組件最佳工作電流與給水的 TES 和純水水質(zhì)要 求有關(guān)。如果給水水質(zhì)較好，運(yùn)行電流量可能接近或低于 2A，如果給水水質(zhì)較差，運(yùn)行電流量可能接近 6A，當(dāng)水質(zhì)太差時，EDI 無法正常工作。 由于二氧化碳和二氧化硅對 TEA 有貢獻(xiàn)，因此 TEA 經(jīng)常會大于 TEC。因而用 TEA計(jì)算最佳工作電流更準(zhǔn)確?？梢愿鶕?jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式估算最佳工作電流量： C(A) = x TEA(ppm)。 事實(shí)上，工作電流還與總可交換物質(zhì)的組成有關(guān)，因此以上經(jīng)驗(yàn)公式只能提供一個粗略的估算值，實(shí)際調(diào)試時的電流應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況仔細(xì)調(diào)試才能確定。 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 運(yùn)行條件改變后，組件 將需要運(yùn)行 8－ 24 個小時才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)是指進(jìn)出組件的離子達(dá)到物料平衡。 如果電流降低或給水離子總量增加，拋光層樹脂將會吸收多余的離子。在這種狀態(tài)下，離開組件工作樹脂層的離子數(shù)將小于進(jìn)入組件的離子數(shù)。最后達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時離子遷移速率和給水離子相協(xié)調(diào)。此時，離子交換樹脂的工作前沿將向出水端移動，拋光層樹脂Canpure EDI 用戶手冊 7 總量減少。 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(jìn)入濃水，離開組件工作樹脂層的離子數(shù)將大于進(jìn)入組件的離子數(shù)。最后達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時離子遷移速率和給水離子相協(xié)調(diào)。此時，離子交換樹脂的 工作前沿將向給水端移動，拋光層樹脂總量增加。 進(jìn)出組件的離子達(dá)到物料平衡是判斷 EDI 組件是否處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的有效手段。 給水要求 以下每項(xiàng)指標(biāo)均是保證 EDI 正常運(yùn)行的必要最低條件，為了使系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果更佳，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)適當(dāng)提高。 ? 給水 ：二級反滲透或單級反滲透產(chǎn)水。 ? TEA（總可交換陰離子，以 CaCO3 計(jì)）： 35ppm。 TEA 包括所有陰離子及以陰離子形式被 EDI 除去的物質(zhì)。由于水中所含的 CO2 、SiO2 和 H3BO3 以 HCO3 / CO3 HSiO3 / SiO32和 B(OH)4的 形式被 EDI 清除，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算 TEA 時分別以電荷為 、 和 計(jì)。給水中 HCO3 也有一部分是以 CO32形式被清除，在計(jì)算 TEA 時電荷也以 計(jì)。 TEA 計(jì)算公式如下： TEA=50[CCl/+2CSO42/96++++ …] 其中所有物質(zhì)濃度均以 mg/L 計(jì) ? pH ： ～ 當(dāng)總硬度低于 時， EDI 最佳工作的 pH 范圍為 ～ 。 注： PH 是入水的參考指標(biāo)，其是影響入水 CO2 含量的指標(biāo) 之一。 ? 溫度： 535℃ 。 ? 進(jìn)水壓力： （ 25psi） ~ 5bar（ 75psi）。 濃 /極水的入口壓力一般低于產(chǎn)品水的出口壓力 。 ? 硬度（以 CaCO3 計(jì)）： ppm。 注意： EDI 工藝需要限定進(jìn)水硬度以免結(jié)垢。在進(jìn)水硬度 ppm 時， Canpure? EDI系統(tǒng)最高的回收率是 100%，濃極水可以回收利用。 Canpure EDI 用戶手冊 8 在進(jìn)水硬度超過 時運(yùn)行 Canpure ? EDI 膜塊，會造成結(jié)垢和不可修復(fù)的損壞，應(yīng)與 坎普爾 公司聯(lián)系。 ? 有機(jī)物（ TOC）： ppm，推薦 ppm。 ? 氧化劑： Cl2 ppm， O3 ppm，推薦為 0。 ? 變價金屬： Fe ppm， Mn ppm。 鐵錳離子對離子交換樹脂有中毒作用。而對于 EDI，鐵錳離子對樹脂的中毒現(xiàn)象要比混床嚴(yán)重很多倍。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的：（ 1）由于在 EDI 陰膜附近 pH 值很高，致使鐵錳在該區(qū)域中毒現(xiàn)象較明顯；（ 2）混床在運(yùn)行時陽離子交換樹脂不斷釋放氫離子，這些氫離子在局部對中毒的離子交換樹脂有洗脫作用；（ 3）在用酸對混床中的陽離子交換樹脂再生時對中毒鐵錳有洗脫作 用；（ 4）由于 EDI 中樹脂總量較少，使全部樹脂中毒的時間也比混床短很多倍。由于這些原因，當(dāng)給水鐵或錳含量超標(biāo)時， EDI 膜件可能在幾個至幾十個小時內(nèi)中毒。 另外變價金屬對離子交換樹脂的氧化催化作用，會造成樹脂的永久性損傷。 ? H2S ： ppm。 ? 二氧化硅 ： ppm。 ? SDI 15min： 。 ? 色度 : 5 APHA 。 ? 二氧化碳的總量： 二氧化碳含量和 pH 值將明顯影響產(chǎn)品水電阻率。如果 CO2 大于10ppm， Canpure?EDI 系統(tǒng)不能制備高純度的產(chǎn)品水?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)反滲透進(jìn)水 pH 值或使用脫氣裝置來降低 CO2 量。 推薦 5ppm。 ? 電導(dǎo)率 : 60μS/cm。 電導(dǎo)率只能作為 EDI 運(yùn)行的一個參考性指標(biāo)，參見 。 給水 TEA 與電導(dǎo)率 純水水質(zhì)取決于組件從淡水室中除去離子的能力，單位時間 內(nèi)給水 TES 過高通常會導(dǎo)致較低的產(chǎn)品水水質(zhì)。無論對強(qiáng)電解質(zhì)（ NaCl）還是弱電解質(zhì)（二氧化碳、二氧化硅）均如此。 Canpure EDI 用戶手冊 9 過高的給水 TES 導(dǎo)致 EDI 組件內(nèi)部樹脂工作界限向出水端遷移，這導(dǎo)致拋光樹脂量減小，因此引起弱電解質(zhì)清除率的降低，純水電阻率隨之降低。 電導(dǎo)率是水中離子總量的綜合指標(biāo)。但是該 指標(biāo)不能直接代表純水水質(zhì)。其中最主要原因是電導(dǎo)率不能真實(shí)反映水中弱電解質(zhì)含量，特別是二氧化碳的含量。比如同樣是電導(dǎo)率為 10181。S/cm 的反滲透純水，其中二氧化碳含量可能是 5ppm， 也可能是 35ppm。而當(dāng)二氧化碳含量過高時 EDI 就不能正常工作了。另一方面，不同離子在水中大小和極性存在差異，因此 EDI 清除這些離子的能力也存在明顯差異。由于這些原因，給水電導(dǎo)率只能作為一個參考指標(biāo)，而 TEA 是更為準(zhǔn)確衡量給水質(zhì)量的指標(biāo)。 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(jī)物、固體懸浮物 、變價金屬離子（鐵、錳）、氧化劑（氯，臭氧）。 設(shè)計(jì) RO/EDI 系統(tǒng)時應(yīng)在 EDI 的預(yù)處理過程除去這些污染物。給水中這些污染物的濃度限制見 節(jié)。在預(yù)處理中降低這些污染物的濃度可以提高 EDI 性能。其它有關(guān) EDI 設(shè)計(jì)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和使樹脂中毒，永久 地降低樹脂和膜的性能。 硬度 能在 EDI 單元中引起結(jié)垢。結(jié)垢一般在濃水室陰膜的表面發(fā)生，該處 pH 值較高。濃水區(qū)形成一定的垢斑后，垢斑處的水流量降低，由電流形成的熱量無法轉(zhuǎn)移，最終會將膜 燒壞 。 Canpure ?EDI 組件設(shè)計(jì)采取了避免結(jié)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(tǒng)水的利用率。 推薦進(jìn)水硬度 ppm。 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(dǎo)致 EDI 組件的壓力損失增加，會引起膜過熱燒毀。 有機(jī)物 被吸附到樹脂和膜的表面導(dǎo)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。 Canpure EDI 用戶手冊 10 濃水系統(tǒng) ? Canpure ? EDI 系統(tǒng)不需要濃水循環(huán) ，濃水來自 EDI 自身的產(chǎn)水 或者 EDI 的入水 ， 水流方向與原水入水方向相反，以避免結(jié)垢。 ? 濃水隔板采用彈性材料，防止漏水。 離子性質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系 EDI 從水中去除離子的能力與離子的特性有關(guān)。與傳統(tǒng)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、離子的電荷數(shù)以及樹脂類型有關(guān)。 離子大小 下表是在 25℃ 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(kuò)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， ? Cations Anions K+， NH4+ Cl， NO3 OH, F Na+ SO42, CO32 Li+, Ca2+, Fe2+ H+, Mg2+, Fe3+ 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(kuò)散速度也較慢。 離子相對樹脂的選擇系數(shù) 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(qiáng)度的一種量度，較強(qiáng)的選擇性使之不易從混床或 EDI 泄漏出來。 離子交換樹脂對離子的選擇性系數(shù)表 Cation Selective Coefficient Anion Selective Coefficient Li+ HSiO3 Canpure EDI 用戶手冊 11 H+ F Mg2+ HCO3 Na+ OH Ca2+ Cl NH4+ NO3 K+ I 弱帶電物質(zhì) 在常見的 pH 值和一般的運(yùn)行條件下，二氧化硅（ SiO2），硼（ H3BO3）和二氧化碳（ CO2）只有少部分以帶電離子的形式存在。這些物質(zhì)不易被樹脂吸收，而電壓對它們遷移幾乎沒有推動力。 EDI 必須將之轉(zhuǎn)化成帶電離子才能將之除去。 改變其它參數(shù)對清除這些離子有利。增加給水的 pH 值，更有利于這些化合物轉(zhuǎn)化為帶電離子，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 ；硼酸的 pK1 是 ；碳酸的 pK1 是 ，所以，在偏堿的pH 值范圍內(nèi)