EDI技术在水处理系统上的应用

2014-03-28刘善民河南省锅炉压力容器安全检测研究院

中国特种设备安全 2014年3期

关键词：浓水产水原水

刘善民河南省锅炉压力容器安全检测研究院

廖子先南阳市锅炉压力容器检验所

姜云南阳市质量技术监督检验测试中心

1 EDI水处理技术

1.1 EDI原理

近年来随着水处理系统的深入研究，一种新型的EDI水处理技术已经在电厂广泛应用。EDI水处理技术是将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元，EDI工作原理如图1所示。 EDI模块中将一定数量的EDI单元间用隔板隔开，形成浓水室和淡水室。又在单元组两端设置阴/阳电极。在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜将阴阳离子去除而进入到浓水室。而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水。EDI设备一般以二级反渗透（RO）纯水作为EDI给水。RO纯水电阻率一般是2～40μs/cm（25℃)。EDI纯水电阻率可以高达18 MΩ.cm(25℃)。

图1 EDI工作原理

1.2 EDI的优点

EDI设备应用在反渗透系统之后，取代传统的混床离子交换技术生产稳定的超纯水。EDI技术与混合离子交换技术相比有如下优点:

1)水质稳定 2)容易实现全自动控制 3)不会因再生而停机 4)不需化学再生 5)运行费用低 6)厂房面积小。

2 EDI在某电厂的应用

随着EDI水处理技术的日渐成熟，为了使EDI水处理技术达到最佳的出水效果，通过某油田采油厂EDI设备运行一年来的稳定运行经验表明通过调整和优化原水硬度，原水电导率，减少原水中重金属含量，调节进水流量，浓水流量，电压等参数，可以保证EDI装置高效、稳定的运行。

2.1 原水的硬度

对于原水硬度的限制是为了防止EDI膜堆里结垢。EDI中电解产生的OH-离子在阴离子膜的浓水表面维持一个较高的pH值,该表面能形成钙、镁的结垢（碳酸盐、氢氧化物）。阴极表面也是高pH的位置，原因在于OH－离子的再生与水的电解有关。如果EDI中进水的残存硬度太高，会导致浓缩水通道的膜表面结垢，浓水流量下降，产水电阻率下降，影响产水水质。严重时会堵塞组件浓水和极水流道，导致组件因内部发热而毁坏。在进水硬度<0.1ppm时，系统的最高回收率为95%；而当进水硬度在0.1～0.5ppm时，浓水中需要加盐来调节浓水电导率，并且系统的最高回收率为90%，而且需要定期清洗。在进水硬度为0.5ppm以上时，增加反渗透等辅助设备以降低原水硬度对EDI设备稳定运行的影响。

2.2 原水电导率对脱盐效果的影响

在进水流量为50t/h为例，改变原水电导率则得到出水电导率与原水电导率的关系。在相同的操作电流下，随着原水电导率的增加则EDI出水的电导率也增加。因为原水电导率低则离子的含量也低，同时低离子浓度使得在淡室中树脂和膜的表面上形成的电势梯度也大，这导致水的解离程度增强，极限电流增大，产生的H+和OH-的数量较多，使填充在淡室中的阴、阳离子交换树脂的再生效果良好。

原水电导率越小则水解离越剧烈，产生的H+和OH-也越多，树脂再生的效果就越好(使其保持良好的交换性能)。当操作电流继续升高时，H+和OH-除用于再生树脂外还用于负载电流，故淡室中的水解离程度继续增大，使得离子交换与树脂的再生逐渐达到平衡，产水电导率趋于稳定。因此，原水电导率是影响水质的最重要因素之一。当进水电导率较高时，随着操作电流的增加其产水水质有所下降。当操作电流从0逐渐增加时，EDI出水的电导率上升 (水质有所下降)，其原因是在高盐度下浓差极化较小、水解离作用弱，树脂几乎没有获得再生。此时离子交换起了主要作用，短时间内树脂就被盐离子所饱和，而这时树脂主要起到增强离子迁移的作用。

所以，EDI水处理技术对原水的电导率有较高的要求，进水电导率小于40μs/cm，才能保证EDI设备连续运行的稳定性，可操作性和可控性，而最佳电导率在2～10μs/cm。增加前期的处理后，EDI设备对其都有很好的脱盐效果(脱盐率＞99%)，出水的电导率能够达到高纯水标准 (电导率＜1μs/cm)。

2.3 Fe、Mn等金属离子的影响

Fe、Mn等金属离子会造成树脂的“中毒”。树脂的金属“中毒”会造成EDI出水水质的迅速恶化，尤其是硅的去除率迅速下降。另外变价金属对离子交换树脂的氧化催化作用，会造成树脂的永久性损伤。一般在进入EDI之前经过RO，混床处理能够使水中的Fe、Mn等金属离子含量减少，降低树脂的中毒程度。运行中控制EDI进水的Fe低于0.01mg/L。如果树脂已经发生了“中毒”，可以用酸溶液作复苏处理，效果比较好。

2.4 进水流量及浓水流量的影响

进水流量与EDI设备的处理能力、进水水质以及进水压力有关。在EDI设备产水能力恒定条件下,进水水质越差,设备的单位处理负担就越重,进水流量应当调节的越小。在设备的启动阶段,应避免瞬间流量过大时,造成膜的穿孔。由于设备的电子流主要通过填充树脂传递的,所以浓水电流在一定程度上成了影响设备中电子流迁移的关键。在实际的试验中可以发现,减少浓水的流量可以提高系统的电流,并且在一定程度上提高水质。但是浓水流量也并非越小越好,当浓水流量过小时会导致膜两侧浓度差过大,而形成浓差扩散影响水质。另一方面,由于弱电离子Si及其离子态化合物的溶解度很小,所以容易在低流量的浓水中形成饱和,从而影响弱电离子的去除。根据现场试验可以大致得到浓水流量一般为进水的5～10倍为宜。

2.5 电压对EDI出水水质的影响

EDI出水水质与操作电压密切相关。操作电压过小则不足以在纯水排出之前将离子从淡水室移出，电渗析过程和树脂再生过程都比较微弱，此时主要进行的是离子交换过程。随着操作电压的增大则水解离程度增大、树脂的再生效果好，使得淡水的电导率下降，当操作电压增加到一定程度时离子交换过程与树脂的再生过程达到了平衡，产水电导率进一步下降并趋于稳定。但操作电压过大将引起过量的水电离和离子反扩散而降低产水水质。所以，建议EDI在适当的电压下运行。