EDI技術(shù)介紹-仝志明

ElectrodeionizationElectro-de-ionization歐美塞爾(北京)膜技術(shù)有限公司仝志明

EDI－Electrodeionization

意為“電去離子”是一種不耗酸、堿而制取純水的新技術(shù)，俗稱“電混床”、“填充床電滲析”什么是EDI？EDI的工作原理點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)弱電解質(zhì)的脫除連續(xù)運(yùn)行，無(wú)需酸堿OMEXELLTMEDI

純水制備流程umA過(guò)濾對(duì)象分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000100,000500,000金屬離子蔗糖去除方法乳化油病毒膠體硅細(xì)菌灰塵碳黑顏料色素酵母沙粒花粉反滲透超濾微濾一般過(guò)濾過(guò)濾譜圖腐殖酸醇、酚、芳烴EDIMBR陽(yáng)/陰床混床純水傳統(tǒng)工藝消耗大量酸、堿污染環(huán)境反滲透純水現(xiàn)代工藝仍需酸、堿消耗污染環(huán)境原水預(yù)處理反滲透EDI純水最新工藝無(wú)需酸、堿污染環(huán)境原水預(yù)處理原水預(yù)處理混床純水制備工藝的演變EDI的工作原理純水中鹽離子在樹(shù)脂中的遷移速率比水中高2－3個(gè)數(shù)量級(jí)樹(shù)脂的存在加速了離子遷移，改善了膜面的極化現(xiàn)象離子遷移、水電解、樹(shù)脂再生同時(shí)發(fā)生

通過(guò)EDI能夠獲得高達(dá)18MΩ?cm的純水。純水制備中的能量轉(zhuǎn)換

EDI的發(fā)展歷史60年代開(kāi)始EDI理論研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。1987年第一臺(tái)產(chǎn)品化的EDI問(wèn)世。1998年，全球有1300套EDI工業(yè)裝置在運(yùn)行。1995~2000年，伴隨電子行業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展、成熟。1998－2005年，在制取鍋爐給水中的應(yīng)用中高速增長(zhǎng)。EDI高速發(fā)展的原因首先是日益增長(zhǎng)的環(huán)保壓力

采用反滲透作為預(yù)脫鹽技術(shù)專營(yíng)樹(shù)脂再生的公司產(chǎn)生，避免在工廠儲(chǔ)存酸堿和排放廢液使用EDI技術(shù)，徹底解決廢液排放的問(wèn)題其次是EDI自身具有的性能優(yōu)勢(shì)

可連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)高品質(zhì)純水，無(wú)需因樹(shù)脂再生而停機(jī)無(wú)污染物排放，既節(jié)能、環(huán)保，又省去了廢液處理的投資設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)省空間出廠完成裝置調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)工作量小，上崗培訓(xùn)容易日常保養(yǎng)、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低EDI的優(yōu)點(diǎn)——

與混床的比較

以100t/hr產(chǎn)水量計(jì)系統(tǒng)流程及流量平衡RO–DI流程RO–OMEXELLTMEDI流程Q=142m3/hQ=106m3/hQ=6m3/hQ=135m3/hQ=105m3/hQ=5m3/h預(yù)處理Q=100m3/h預(yù)處理RO混床ROEDIQ=100m3/h節(jié)約除鹽水自耗！混床工藝系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量羅茨風(fēng)機(jī)1臺(tái)控制系統(tǒng)1套儀表1套卸酸堿泵2臺(tái)酸堿系統(tǒng)管閥1套中和泵2臺(tái)中和系統(tǒng)1套中和池1臺(tái)酸堿間地溝防腐中和風(fēng)機(jī)1臺(tái)設(shè)備簡(jiǎn)單！設(shè)備數(shù)量EDI組件44只濃水循環(huán)泵1臺(tái)計(jì)量泵1臺(tái)控制柜1套撬裝EDI工藝系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量D2000混床2臺(tái)氣動(dòng)閥組2套陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂10m3捕捉器2臺(tái)再生泵1臺(tái)計(jì)量槽2臺(tái)高低位酸貯槽20m32臺(tái)高低位堿貯槽20m32臺(tái)噴射器2臺(tái)酸吸收器1臺(tái)投資相當(dāng)!運(yùn)行費(fèi)用低!占地面積小!施工周期短!EDI占地僅僅36m2，高2.5m混床35m2，高5m酸堿儲(chǔ)槽70m2再生間36m2中和池60m2混床系統(tǒng)占地環(huán)保，無(wú)污染!運(yùn)行管理簡(jiǎn)便全球主要EDI供應(yīng)商

OMEXELL E-cell

Ionpure ……Omexell，卷式EDI摹仿反滲透的卷式結(jié)構(gòu)。膜塊化設(shè)計(jì)；帶有濃水循環(huán)和加鹽系統(tǒng)；可以更換樹(shù)脂和膜芯。卷式全球主要EDI供應(yīng)商E-cell,隸屬于GE摹仿電滲析結(jié)構(gòu)，板框式。膜塊化設(shè)計(jì)；帶有濃水循環(huán)和加鹽系統(tǒng)。Ionpure，隸屬于USFilter,Siemens摹仿電滲析結(jié)構(gòu)，板框式。膜塊化設(shè)計(jì)；濃水室加樹(shù)脂來(lái)替代加鹽。板框式結(jié)構(gòu)其它EDIElectropure,美國(guó)，板框式Septron，卷式EDI,隸屬于Christ，瑞士Canpure，中國(guó)東大，中國(guó)……

2000 2003清華大學(xué)微電子所電子超純水系統(tǒng)中率先使用EDI技術(shù)，E-cell進(jìn)水中國(guó)EDI技術(shù)首次在鍋爐給水系統(tǒng)中應(yīng)用（濟(jì)南金雞嶺熱電廠產(chǎn)水150t/h系統(tǒng)）。EDI首次在中國(guó)30萬(wàn)千萬(wàn)以上機(jī)組的亞臨界鍋爐給水系統(tǒng)中應(yīng)用，山西古交電廠。1999近5年來(lái)EDI在中國(guó)的發(fā)展EDI在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用

產(chǎn)水水質(zhì)滿足用戶要求：

醫(yī)藥用水（蒸餾水機(jī)進(jìn)水）：電阻率≥2MΩ·cm

中壓鍋爐補(bǔ)給水：電阻率≥0.2MΩ·cm，SiO2b<100ppb

高壓及臨界鍋爐補(bǔ)給水：電阻率≥5MΩ·cm，SiO2b<20ppb

化工、鋼鐵工藝用水：電阻率≥0.1~3MΩ·cm，SiO2b<20ppb良好的進(jìn)水適應(yīng)性：設(shè)備投資經(jīng)濟(jì)；元件易于維護(hù)，更換成本低。適合市場(chǎng)需求的EDI產(chǎn)品特征EDI的發(fā)展趨勢(shì)電子超純水電力、化工醫(yī)藥高純水高的產(chǎn)水電阻率較高進(jìn)水水質(zhì)（兩級(jí)RO）對(duì)成本關(guān)注程度較低產(chǎn)水電阻率要求相對(duì)較低較低進(jìn)水水質(zhì)（一級(jí)RO）非常關(guān)注投資及運(yùn)行成本！行業(yè)要求、成本的關(guān)注促進(jìn)了市場(chǎng)對(duì)EDI技術(shù)的認(rèn)可EDI的工藝設(shè)計(jì)OMEXELLTMEDI與疊片式EDI比較項(xiàng)

目單

位TEA（包括CO2）ppm(CaCOPH硬度CO2ppmSiO2ppmTOCppm余氯ppmFe、Mn、H2Sppm油或油脂ppmEDI3)≤

256.0~9.0濃水LSI≤

-2.0≤

3≤0.5≤

0.5≤

0.05≤

0.1未檢出EDI——進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)硬度弱電介質(zhì)——碳酸；有機(jī)污染物其它注：TEA–總陰離子濃度（CaCO3計(jì)）。OMEXELLTMEDI與疊片式EDI比較EDI——進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)硬度硬度主要影響結(jié)垢；在產(chǎn)水端，濃水側(cè)的陰膜界面，發(fā)生結(jié)垢；和碳酸的含量密不可分；結(jié)垢后元件電阻增加，及時(shí)酸洗可恢復(fù)。Ca2+HCO3-OH-濃水工藝選擇：RO進(jìn)水軟化——費(fèi)用高；RO產(chǎn)水軟化——存在二次污染；二級(jí)RO——投資較高。陽(yáng)膜陰膜弱電解質(zhì)——碳酸碳酸的去除難度比強(qiáng)電解質(zhì)高；碳酸含量對(duì)EDI產(chǎn)水電阻率影響很大；碳酸競(jìng)爭(zhēng)性地影響EDI對(duì)硅的脫除不會(huì)造成不可逆的污染。碳酸的影響：總無(wú)機(jī)碳含量增加，產(chǎn)水電阻率下降。pH＝8.5FeedTIC，ppmProductresistivity，MΩ.cm

I＝6AI＝4AI＝2A3.617.514-156.52.41817.916.51.21817.9-18.0517.8-18.1碳酸的影響：總無(wú)機(jī)碳含量一定，pH增加，產(chǎn)水電阻率提高；或者說(shuō)，HCO3-形態(tài)比H2CO3形態(tài)容易去除。進(jìn)水電導(dǎo)率24S/cm，進(jìn)水TIC＝3.6ppm有機(jī)物：微生物繁殖；RO產(chǎn)水中的有機(jī)物、軟化、脫碳過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染；表現(xiàn)為產(chǎn)水水質(zhì)持續(xù)下降，性能難以恢復(fù)；經(jīng)檢查，樹(shù)脂受到嚴(yán)重污染，交換容量大幅下降。更換樹(shù)脂后恢復(fù)。其它：EDI在RO后面使用；經(jīng)過(guò)陽(yáng)、陰床處理后的原水，盡管電導(dǎo)率很低，但仍不建議使用EDI。（離子以外的雜質(zhì)污染）盡管EDI進(jìn)水為RO產(chǎn)水，甚至二級(jí)RO的產(chǎn)水，但是仍不能避免3種因素對(duì)于EDI的負(fù)面影響：1）RO產(chǎn)水中存在微量有機(jī)物（通常為50－500ppb），逐漸被陰樹(shù)脂吸附、積累，造成陰樹(shù)脂性能下降；且不能通過(guò)清洗恢復(fù)；陽(yáng)膜陽(yáng)膜陰膜陰膜陽(yáng)極陰極+-++--陰樹(shù)脂陽(yáng)樹(shù)脂2）RO和EDI之間引入的二次污染。通常包括，軟化器（鹽及樹(shù)脂）、脫碳塔（不潔空氣）、水箱（溶出物、微生物）；3）樹(shù)脂本身活性官能團(tuán)逐漸降解，當(dāng)氧化劑存在時(shí)將加速該降解過(guò)程。以上3個(gè)因素會(huì)造成不可恢復(fù)性的衰減，不同于EDI進(jìn)水中硬度、CO2等指標(biāo)的影響。有機(jī)物造成樹(shù)脂性能衰減1）EDI性能衰減幾乎全部是由于陰樹(shù)脂性能下降引起。很多系統(tǒng)的EDI在1－2年內(nèi)就難以為繼，盡管供應(yīng)商聲稱可以保障3年或者5年，但實(shí)際情況并非如此。該現(xiàn)象在單級(jí)反滲透后比較普遍，而在二級(jí)RO后也有發(fā)生；2）EDI最初在電子超純水系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，水量較小、水箱、管道均采用潔凈材料，且流程中多處使用紫外殺菌，因此這種情況不突出。但在電廠使用中，行業(yè)特點(diǎn)使得這些控制有機(jī)物和微生物的措施均難以實(shí)施，這給系統(tǒng)帶來(lái)隱患。3）一旦EDI性能發(fā)生不可逆的衰減，簡(jiǎn)單更換樹(shù)脂就能恢復(fù)。而化學(xué)清洗等努力被證明是無(wú)效的。如果整個(gè)膜塊更換，對(duì)于產(chǎn)品供應(yīng)商和工程公司來(lái)說(shuō)都是無(wú)法承受的。有機(jī)物造成樹(shù)脂性能衰減從EDI中卸出的被污染陰樹(shù)脂新的陰樹(shù)脂被污染陰樹(shù)脂在體視顯微鏡下的相貌。交換容量經(jīng)測(cè)定只有新樹(shù)脂的1/3。要想保持樹(shù)脂性能3－5年，在工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)中要格外細(xì)致。被污染后顏色加深的陰樹(shù)脂新的陰樹(shù)脂陰樹(shù)脂污染后，顏色明顯加深。陰樹(shù)脂在運(yùn)行后存在污染問(wèn)題，顏色加深。http:///index.html被污染后顏色加深的陰樹(shù)脂可更換樹(shù)脂的特點(diǎn)十分重要打開(kāi)元件端蓋和膜芯端頭的多孔板，樹(shù)脂就可以用水流沖出。一旦發(fā)生樹(shù)脂的不可逆污染，更換樹(shù)脂就可以解決問(wèn)題，且花費(fèi)極少。外殼膜芯樹(shù)脂ROEDINaOH軟化RONaOHEDIROROEDINaOH高投資小系統(tǒng)低含鹽常見(jiàn)的工藝流程：ROEDIROEDI其它的工藝流程：軟化脫碳軟化器二次污染空氣二次污染；CO2去除不充分RO脫氣膜EDIHClNaOH采用效率更高、更清潔的脫氣膜。工藝?yán)淠篍DI陽(yáng)床EDI其它用途：????膠體、顆?！幋部偨Y(jié)：1.EDI對(duì)于弱電解質(zhì)脫除作用有限，因此應(yīng)合理設(shè)計(jì)前處理工藝；2.原水含鹽量在300mg/L以下時(shí)，可以考慮單級(jí)反滲透作為前處理，但需要特別留意硅的指標(biāo)要求。有時(shí)電阻率能夠滿足要求，但硅的指標(biāo)不能可靠達(dá)到；3.大型機(jī)組往往需要采用雙級(jí)RO加EDI的流程，以增強(qiáng)可靠性；1.EDI中的陰樹(shù)脂很容易被污染、氧化，從而導(dǎo)致性能不可恢復(fù)地衰減；2.中間水箱的防腐、微生物繁殖；EDI前軟化器的使用；鼓風(fēng)脫碳帶入的空氣污染；3.RO進(jìn)水氧化劑超標(biāo)，導(dǎo)致RO膜和EDI樹(shù)脂均遭破壞；4.可以方便更換樹(shù)脂可以增強(qiáng)抗擊風(fēng)險(xiǎn)的能力。EDI的運(yùn)行EDI對(duì)進(jìn)水硬度等要求高，需要軟化或者雙級(jí)反滲透；EDI對(duì)弱電解質(zhì)脫除能力不足，往往需要利用雙級(jí)反滲透來(lái)脫除堿度，以提高對(duì)硅等更弱電解質(zhì)的脫除；樹(shù)脂容易受到污染或者性能降解，元件壽命較短；一旦樹(shù)脂性能下降，整個(gè)更換元件代價(jià)很高。EDI技術(shù)的局限性針對(duì)市場(chǎng)更大的工業(yè)高純水（鍋爐補(bǔ)給水、制藥等）系統(tǒng)；特點(diǎn)：水量大，水質(zhì)要求相對(duì)較低（>5MOhm-cm，SiO2<20ppb）投資低——短流程，“單級(jí)反滲透＋EDI”最好能夠滿足；EDI進(jìn)水水質(zhì)放寬（硬度、堿度、有機(jī)污染物）EDI脫除弱電解質(zhì)性能提高新一代EDI的市場(chǎng)定位1.樹(shù)脂、膜芯可以方便更換——規(guī)避樹(shù)脂被破壞的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)；2.通過(guò)內(nèi)部調(diào)整pH和電流密度，增強(qiáng)弱電解質(zhì)的脫除能力。新一代EDI的技術(shù)方向OMEXELL316的原理OMEXELL316的原理沿著流程方向電流密度變化OMEXELL316的原理沿著流程方向可調(diào)控pHpH升高OMEXELL316的性能B4為OMEXELl316型EDI；E為其它品牌EDIOMEXELL316的性能卷式結(jié)構(gòu)——利與弊卷式結(jié)構(gòu)——離子膜裝填面積大，兩個(gè)電極之間距離近，元件電壓很低，比板框式結(jié)構(gòu)低50－80％；不均勻的電場(chǎng)一定程度上削弱了這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但仍然表現(xiàn)低電耗。卷式結(jié)構(gòu)——噸水電耗低40％以上。通常情況下，每只元件每年少耗電1000－2000kW，在元件壽命期可節(jié)約2500－5000元人民幣電費(fèi)。EDI的廢物排放與安全1）水回收率90％——95％；2）陰極有氫氣釋放；3）陽(yáng)極有氯氣釋放，陽(yáng)極水中余氯含量通常1-3ppm；氫氣還原電極電勢(shì)越高的物質(zhì)，其氧化態(tài)在陰極上越易被還原。陰極主要發(fā)生H+的還原反應(yīng)：

氫氣氫氣的物質(zhì)的量可根據(jù)法拉第定律進(jìn)行計(jì)算：I——電流強(qiáng)度，A；t——時(shí)間，S；n——以摩爾表示的物質(zhì)的量；Z——計(jì)量系數(shù)，對(duì)氫氣和氧氣而言均為2；F——法拉第常數(shù)，96484.6C·mol-。氫氣當(dāng)EDI運(yùn)行電流為3A時(shí)，根據(jù)上式，陰極每小時(shí)產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量為5.6×10-2mol/Hour。組件陰極產(chǎn)生的都是氫氣；每摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.4L/mol，因此每支組件產(chǎn)生的氫氣體積為1.2544L/Hour。氫氣的爆炸極限為4.0％～75.6％。若按200t/hr的EDI系統(tǒng)計(jì)算，需要3134L/Hour以上的新風(fēng)即可安全。廠房的換風(fēng)系數(shù)為0.5。安全系數(shù)極高。EDI工程應(yīng)用實(shí)例1.大唐高井電廠，循環(huán)水排污水回用于鍋爐補(bǔ)給水工程系統(tǒng)產(chǎn)水規(guī)模150m3/hMMF高壓鍋爐用水循環(huán)排污水濃水外排1級(jí)ROUFEDI2級(jí)RO脫碳器濃水濃水電力系統(tǒng)第一個(gè)投運(yùn)的循環(huán)水排污水回用工程高井電廠超濾系統(tǒng)火電廠循環(huán)水排污水回用第一套全膜工藝（超濾－RO－RO－EDI）

用戶名稱：大唐北京高井電廠

規(guī)模：45m3/h（一期），150m3/h（二期）

投運(yùn)時(shí)間：2003年8月，2004年10月電廠循環(huán)水補(bǔ)充水為永定河河水；循環(huán)水排污水濁度10－20NTU，COD-Mn約10ppm，電導(dǎo)率1600S/cm；全硅2.6-8.6ppm。經(jīng)‘預(yù)過(guò)濾－超濾－反滲透’后作為循環(huán)水補(bǔ)水，部分經(jīng)EDI處理后作為鍋爐補(bǔ)給水；高井電廠RO-EDI系統(tǒng)產(chǎn)水二氧化硅含量高井：現(xiàn)場(chǎng)1.2-5g/L（電阻率14—16M-cm）

產(chǎn)水滿足高壓鍋爐補(bǔ)給水要求山西古交電廠2x300MW機(jī)組亞臨界鍋爐MMF+UF+RO+RO+EDI2005年10月投運(yùn)，產(chǎn)水量120t/hr。該項(xiàng)目是我國(guó)第一個(gè)30萬(wàn)千瓦以上機(jī)組的全膜法工程，自此EDI開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)電力系統(tǒng)。山西古交電廠－原水為黃河水，含鹽量約700ppm；膠體硅含量49.6ppm，溶解硅7.17ppm超濾－兩級(jí)反滲透－EDI工藝，在第二級(jí)反滲透進(jìn)水加堿。亞臨界鍋爐補(bǔ)給水。EDI產(chǎn)水電阻率大于17M-cmEDI產(chǎn)水全硅1.0-2.0ppb山西兆光電廠2x300MW機(jī)組亞臨界鍋爐2005年6月投運(yùn)，產(chǎn)水量100t/hr。EDI產(chǎn)水電阻率大于17M-cm進(jìn)水pH7.5EDI產(chǎn)水全硅5.0-6.0ppb原水為地下水，電導(dǎo)率1400S/cm,可溶硅3.2ppm；兩級(jí)反滲透－EDI工藝，在第二級(jí)反滲透進(jìn)水加堿。亞臨界鍋爐補(bǔ)給水。徐州華美電廠－膜處理對(duì)硅的去除原水：地表水原水電導(dǎo)：1300S/cm工藝：河水—混凝澄清－自清洗－超濾－雙級(jí)RO－EDI規(guī)模：2x50t/hrEDI產(chǎn)水電阻率：>16.5M-cmEDI產(chǎn)水全硅6.0-7.0ppb某熱電有限公司180m3/h鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)原水水源： 地表水（水庫(kù)水）摻混地下水系統(tǒng)水量： 最終產(chǎn)水180t/h，超濾280t/h(4用1備)投運(yùn)時(shí)間： 2002年9月產(chǎn)水要求： >5Mcm；SiO2<20ppb

RO膜OMEXELLTMEDIOMEXELLTMSFP超濾脫鹽水200立方米/小時(shí)180立方米/小時(shí)280立方米/小時(shí)地表水地下水青島恒源熱電有限公司180m3/h鍋爐補(bǔ)給水——超濾及反滲透系統(tǒng)全膜法工藝，廠房高度僅需4m。青島恒源熱電有限公司180m3/h鍋爐補(bǔ)給水——

OMEXELLTMEDI系統(tǒng)某熱電有限公司180m3/h鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)地表水水質(zhì)項(xiàng)目指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)全固形物250mg/LCa2+35mg/L電導(dǎo)率326μs/cmMg2+7.9mg/L懸浮物26.8mg/LNa+37mg/L耗氧量12.0mg/LCl-60mg/L活SiO24.9mg/LSO42-54mg/L游離CO28.8mg/LNO3-6.6mg/LpH7.