EDI技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

     對于生產(chǎn)高純水的工業(yè)公司來說有一個重要的消息，那就是不使用化學(xué)再生藥劑而制得高純度的水現(xiàn)在已成為了現(xiàn)實(shí)。最近開發(fā)的EDI技術(shù)所制取水質(zhì)的純度可以達(dá)到極限要求，而且還會帶來其它一系列的益處。

 

被水處理行業(yè)稱為EDI的電去離子法并不是什么新名詞，事實(shí)上，商品化的EDI在十多年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。盡管早期的EDI系統(tǒng)出力較低，而且運(yùn)行的可靠性很差，但今天的EDI已經(jīng)能夠滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)λ�處理的廣泛要求了。

目前的RO（反滲透）－EDI系統(tǒng)使水的凈化方式正經(jīng)歷著變革，然而使工業(yè)部門廣泛地接受EDI還有很長的一段路要走。

從四十多年以前的制藥、造紙、石化及電力到今天的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，水一貫是工業(yè)部門的命脈，而正是這些部門導(dǎo)致了超純水處理技術(shù)的革命。盡管工業(yè)用戶所要求的基本特點(diǎn)如較少的化學(xué)藥劑、較少的廢水排放量、簡單的操作及較低的運(yùn)行費(fèi)用等基本上是相同的，但原有的水處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了許多變化。

 

    水處理技術(shù)的主要發(fā)展

為滿足工業(yè)部門對高純水的需要，近年來在工業(yè)水處理方面對兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)開發(fā)，這些新技術(shù)中的每一項(xiàng)都使水處理系統(tǒng)產(chǎn)生了突破性的變化。

在二十世紀(jì)60至70年代，工業(yè)部門所要求的水質(zhì)通過化學(xué)方式再生的離子交換技術(shù)即可得到滿足。由于當(dāng)時的應(yīng)用面不大，因而對使用化學(xué)藥劑所帶來的長期影響較少有人關(guān)注。

在早期的水處理系統(tǒng)中，混床離子交換階段作為后續(xù)處理過程以一個獨(dú)立的單元置于陽、陰離子交換之后。隨著對應(yīng)用要求的提高，以化學(xué)方式再生的離子交換系統(tǒng)顯然受到了限制，問題的焦點(diǎn)在于它們漏過的TOC含量較高。與新近的技術(shù)相比，在這些系統(tǒng)中使用了大量的化學(xué)再生藥劑，并要求對化學(xué)廢水進(jìn)行連續(xù)地處理，而且其操作復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用較高。

在二十世紀(jì)70年代至80年代，隨著人們對減少化學(xué)藥劑使用意識的增加，人們開始在工業(yè)水處理中尋求新的工藝方法，其結(jié)果導(dǎo)致了對反滲透技術(shù)的新的應(yīng)用。反滲透在預(yù)脫鹽系統(tǒng)中使用膜技術(shù)替代了陽／陰離子交換單元，但是這種新技術(shù)在初期的應(yīng)用中并不順利，RO對預(yù)處理的要求較高，而作為一個整體的水處理系統(tǒng)則趨向于簡化。

由于電子工業(yè)對純水水質(zhì)（包括降低TOC的含量）的要求越來越高，促使水處理技術(shù)不斷地向前發(fā)展，RO被視為解決的方案。隨著預(yù)處理過程的提高、更高級的RO膜被開發(fā)出來，使RO在應(yīng)用初期所遇到的問題逐漸地被克服了。

隨著時間的推移，RO逐步為世人所接受，同時諸如逆流再生設(shè)計、滿室床離子交換及專用樹脂的開發(fā)等后續(xù)的離子交換技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展。由于這些新工藝的廣泛應(yīng)用，費(fèi)用得到了降低，但RO/混床系統(tǒng)與目前的化學(xué)方式再生的離子交換系統(tǒng)相比，仍具有一定的經(jīng)濟(jì)性，對于前述的這些技術(shù)目前還有一定的需求。
RO／混床系統(tǒng)滿足了工業(yè)部門對高純水水質(zhì)的多方面要求，它們可將不溶性雜質(zhì)處理至十億分之幾，同時也降低了TOC的含量。無論如何，工業(yè)上仍需繼續(xù)依賴混床技術(shù)作為除鹽的最后階段，對混床階段化學(xué)藥劑的使用及相關(guān)設(shè)施的要求意味著RO所帶來的益處未能充分地體現(xiàn)出來，進(jìn)一步降低化學(xué)藥劑的使用促成了第二次技術(shù)革命。

通常稱為EDI的電去離子法40多年前作為非化學(xué)工藝首先被開發(fā)應(yīng)用于試驗(yàn)室工作，最近的開發(fā)EDI技術(shù)使徹底消除對化學(xué)再生藥劑的依賴成為現(xiàn)實(shí)，而且它還可以帶來一系列別的益處。

 

典型的EDI系統(tǒng)涉及到這樣一個處理工序：預(yù)處理－RO－EDI。EDI使用普通的離子交換樹脂連續(xù)地從水中除去離子，但由于它是運(yùn)用電流對樹脂進(jìn)行連續(xù)的再生，因而它完全不用進(jìn)行定期的化學(xué)再生。

典型的EDI膜堆是由夾在兩個電極之間的一定對數(shù)的單元組成（見圖1 EDI的工作原理圖）。在每個單元內(nèi)有兩類不同的室：待除鹽的淡水室即D室，收集所除去雜質(zhì)離子的濃水室即C室。D室中用混勻的陽、陰離子交換樹脂填滿，這些樹脂位于兩個膜之間：只允許陽離子透過的陽離子交換膜及只允許陰離子透過的陰離子交換膜。

樹脂床利用加在室兩端的直流電進(jìn)行連續(xù)地再生，電壓使進(jìn)水中的水分子分解成H＋及OH－，水中的這些離子受相應(yīng)電極的吸引，穿過陽、陰離子交換樹脂向所對應(yīng)膜的方向遷移，當(dāng)這些離子透過交換膜進(jìn)入濃室后，H＋和OH－結(jié)合成水。這種H＋和OH－的產(chǎn)生及遷移正是樹脂得以實(shí)現(xiàn)連續(xù)再生的機(jī)理。

當(dāng)進(jìn)水中的Na＋及CI－等雜質(zhì)離子吸咐到相應(yīng)的離子交換樹脂上時，這些雜質(zhì)離子就會發(fā)生象普通混床內(nèi)一樣的離子交換反應(yīng)，并相應(yīng)地置換出H＋及OH－。一旦在離子交換樹脂內(nèi)的雜質(zhì)離子也加入到H＋及OH－向交換膜方向的遷移，這些離子將連續(xù)地穿過樹脂直至透過交換膜而進(jìn)入濃水室。這些雜質(zhì)離子由于相鄰隔室交換膜的阻擋作用而不能向?qū)��?yīng)電極的方向進(jìn)一步地遷移，因此雜質(zhì)離子得以集中到濃水室中，然后可將這種含有雜質(zhì)離子的濃水排出膜堆。