影响EDI脱盐设备运行的因素分析

肖成成

（重庆钢铁股份有限公司能源环保部，重庆 401254）

前言

填充床电渗析器（EDI）(Electerodeionization)是一种在电渗析器淡室及隔板中装填阴、阳树脂的新型处理装置。EDI脱盐技术是水处理工业的一场成本革命，取代了传统离子交换除盐工艺，是生产高纯水的无污染水处理新工艺。

该脱盐技术在重钢首次使用，应用在重钢新区一级除盐水的深度处理中，处理后可生产出供焦化干熄焦高压锅炉使用的二级除盐水（超纯水）。EDI脱盐设备全进口，价格昂贵，一旦设备使用不当出现故障，整个二级除盐水处理系统只能停产，待设备运往国外修复返还后才能复产，此问题严重威胁到焦化干熄焦高压锅炉的安全用水。因此，对EDI脱盐设备在运行使用过程中出现的一些影响运行的因素进行分析论述就显得十分必要。

1 EDI脱盐设备工作机理

EDI 脱盐设备采用的是电渗析法进行脱盐，在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性（即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过），使水中阴、阳离子作定向迁移，从而发生离子从水中分离的物理化学过程。

图1 为EDI 电渗析脱盐原理示意图。在阴极和阳极之间，将阳膜与阴膜交替排列，并用特制的隔板将这两种膜隔开，隔板内有水流的通道。进入淡室的含盐水，在两端电极接通直流电源后，即开始了电渗析过程，水中阳离子不断透过阳膜向阴极方向迁移，阴离子不断透过阴膜向阳极方向迁移，结果是，含盐水逐渐变成淡化水。而进入浓室的含盐水，由于阳离子在向阴极方向迁移中不能透过阴膜，阴离子在向阳极方向迁移中不能透过阳膜，于是，含盐水因不断增加由邻近淡室迁移透过的离子而变成浓盐水【1】。

2 工艺流程

重钢新区EDI 工艺流程见图2。重钢新区二级除盐水处理系统中设置有2 套EDI 装置，模块采用LXM45Z-1型，每套EDI装置出水能力25 m3/h，每套装置配置有5个模块，每个模块的产水量5 m3/h。

图1 电渗析脱盐原理示意图

图2 重钢新区EDI工艺流程图

3 影响EDI脱盐设备运行的因素

从EDI脱盐设备的工作机理上分析，在运行使用过程中，影响EDI 使用效果的主要有进水水质、压力、流量、操作方式、电压等几个方面因素。下面针对这几个方面因素对EDI 运行的影响进行分析论述。

3.1 进水水质对EDI运行的影响

EDI运行对进水水质要求较高（见表1），一般在EDI 的前处理中，需设置反渗透（RO）膜组对原水进行预处理，本工艺中经过一级RO 和二级RO 的产水即是预处理后作为EDI进水的原料水。

表1 EDI进水水质参数表

EDI 装置于2010 年3 月份正式投产运行，目前已运行10 年时间，采取的是电流恒定的运行方式，模块运行稳定。前处理设备一级RO 膜组、二级RO膜组实际产水水质见表2。

表2 二级RO产水水质表

从表2 看，EDI 前处理后的水质各项指标均能满足EDI 进水水质要求。但水质波动会直接影响EDI 运行参数变化，主要表现为电压直线升高。对于水质波动的情况若未及时发现，严重的会导致EDI模块发生无法修复损坏。常见的进水水质波动主要是温度和pH。

(1)pH 波动。EDI 进水pH 值一般应保持在8.3以上，实际运行中重钢EDI 进水pH 值一般在9.3 左右。当pH 值降低于8.3 以下时，模块电压明显升高。

(2)温度波动。温度影响EDI模块产水量。冬季EDI模块产水量一般会降低20%左右。

3.2 压力对EDI运行的影响

EDI 运行时，最大进水压力应不大于0.7 MPa，正常流量时的压降范围应是0.14～0.21 MPa。压力的变大变小，都将造成对EDI使用效果的影响。

(1)进水压力过大将减少EDI 设备的使用寿命。当EDI的进水压力过大时，将导致EDI模块内憋压，模块容易被压变形，造成机械性的损伤，影响设备的使用寿命。

(2)进水压力过小将影响EDI 的产水流量。当EDI 的进水压力过小时，将直接导致淡水室的产水量下降。另外，还将使浓水室内浓离子无法被完全清除，致使浓水室内的填充树脂结垢、堵塞，影响模块的使用效果。

(3)产水压力对EDI 模块的影响。EDI 淡水产水压力应比浓水出水压力高0.01～0.03 MPa 。若出现浓水压力比淡水高的情况，即浓水室压力高于淡水室压力，长期运行将导致模块变形，影响产水水质。因此要求在工程设计时注意浓水出水管径与路由设置，确保浓水出水口低于淡水出水口。重钢原设计EDI 浓水出水口比淡水出水口高近3 m，导致浓水压力始终高于淡水压力，无法达到要求，在调试时为了达到压力要求，需将淡水出水口径减小，影响了系统产水能力。为此，改造后，降低了浓水出水口位置并加大了管径，提高了系统产水量，达到设计指标。

3.3 流量对EDI运行的影响

EDI 运行时，进水及产水流量会随着模块使用时间的延长逐渐降低，原因是EDI运行时间久后，模块内填充的树脂中会存在结垢、堵塞的情况，造成模块的产水量下降。

（1）当发现EDI的淡水产水流量下降时，应准备对模块进行在线药剂清洗以恢复其产水量。

（2）EDI淡水进水流量不宜过大，流量过大将增加模块的脱盐负荷，导致淡水产水水质不合格。

（3）EDI浓水进水流量不宜过大，流量大对浓水室内的离子去除效果较好，但浓水室的压力随之升高，将造成对淡水室的挤压，容易使模块变形。故浓水产水量应控制在3 m3/h左右。

3.4 操作方式对EDI运行的影响

EDI 运行过程中，操作方式尤为重要。EDI 在启动、运行、停止时，应注意以下几个方面的操作要求：

（1）启动EDI设备时，应检查设备与直流电源保证正确连接。

（2）排尽EDI设备内的死水。启动设备后，将不合格产水排放，再启动电源，切勿在设备未通水的情况下通电。

（3）调整EDI 直流电流在2.5 A 左右，调整好电流后应保持不变。在实际运行过程中EDI的运行电流应保持不变，电压将随着电阻的增加而增大。随着EDI 运行时间的延长，进水水质的变化，EDI 运行电流可做适当的调整。

（4）停设备时，应将残留在设备的死水排放，避免细菌在残留的死水中生长堵塞模块。

（5）当某一个EDI模块出现电源故障时，可暂时将其他的模块电源供给该模块，并联使用，此时应将该模块电源电流增加一倍，调整至5.0 A。以次类推，但单个直流电源所带模块不应大于5 个。此种情况在设备运行过程中已出现过，通过并联方式很好地解决了已坏模块的电源问题。

（6）运行人员应严格按照EDI 设备操作规程进行操作，一旦出现误操作将造成对EDI设备的损坏，带来较大的经济损失。

3.5 电压对EDI运行的影响

EDI运行中，电流不变，电压随着电阻的增加变大，但外界提供给EDI 模块直流电源电压的波动将影响EDI产水水质。

（1）若外界直流电源电压变大，EDI产水水质不变，但电能耗量大，将加速EDI阴极和阳极的电极反应，对电极造成急速的腐蚀。

阴极还原反应为：H2O→H++OH-，2H++2e→H2↑

阳极氧化反应为：H2O→H++OH-，4OH-→O2↑+2H2O+4e 或2Cl-→Cl2↑+2e

（2）若外界直流电源电压变小，EDI产水水质下降。原因是EDI 模块内电阻不变，即对离子透过阴膜或阳膜的阻力不变，而外界提供的直流电压降低，浓盐水中的部分离子将无法透过阴膜或阳膜，故产水水质将下降。

（3）随着EDI设备的运行，模块内颗粒污染物的积聚结垢堵塞、树脂的失效或滋生细菌对模块的堵塞，都将引起EDI 去除离子的电阻增大，运行电压随之升高。当堵塞达到一定程度，EDI的产水水质将大幅下降、产水量减小，电压将升高至极限。

（4）启动或停止EDI 设备时，EDI 模块内若无水有电，将可能导致电源短路情况的发生。

针对以上问题，对EDI 运行电压提出以下几个方面的注意事项：

（1）EDI运行过程中，应保持外界电源电压的稳定。若出现外界电源不稳定情况，应停止使用EDI设备，以免造成对设备的损坏。

（2）启动或停止EDI设备时，对EDI模块须做到先通水再通电或先断电再断水，防止电源短路，损坏模块。

（3）EDI 运行过程中，应观察、记录其流量、压力、产水电阻、压差等参数情况。若出现产水水质下降或电压升高或产水压降升高的情况，应及时对EDI 模块进行药剂清洗，避免EDI 模块超负荷运行可能引发的无法修复的后果。

4 结论

EDI 脱盐设备在运行使用过程中，受各方面因素影响，只有全面了解各种因素对EDI运行的影响，才能找出运行过程中出现的一些不正常状况的原因，进而对其予以处理。本文对影响EDI 运行的这5 个常见因素：进水水质、压力、流量、操作方式及电压进行了理论性地分析论述，并提出了相应的解决方法和注意事项。为运行人员全面了解掌握EDI脱盐设备的运行规律和处理问题的方法提供借鉴。