EDI水处理设备全方位解读

超纯水经常用于微电子工业、半导体工业、发电工业、制药行业和实验室。

EDI纯水也可以作为制药蒸馏水、食物和饮料生产用水、化工厂工艺用水,以及其它超纯水应用领域。

淡水室→→将离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间形成淡水单元;

浓水室→→用网状物将每个EDI单元隔开,形成浓水室;

极水室;

绝缘板和压紧板;

电源及水路连接。

给水:二级反渗透或软化+单级反渗透产水。

TEA(总可交换阴离子,以CaCO₃ 计):  <25ppm

pH :6.0～9.0

温度: 5-35°C

进水压力:<4bar(60psi)。

浓水和极水的入口压力一般低于产品水的入口压力0.3-0.5kg/cm2

出水压力:浓水和极水的出口压力一般低于产品水的出口压力0.5-0.7kg/cm2

硬度(以CaCO₃计):<1.0 PPm。有机物(TOC):<0.5 ppm

氧化剂:Cl₂<0.05 ppm,O₃<0.02 ppm

变价金属:Fe<0.01 ppm,Mn<0.01 ppm

H₂S :<0.01 ppm

二氧化硅 :<0.5 ppm

SDI 15min:<1.0

色度: <5 APHA 

电导率: <40μS/cm

EDI(Electrodeionization)又称连续电除盐技术,它科学地将电渗析技术和离子交换技术融为一体,通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用,在电场的作用下实现水中离子的定向迁移,从而达到水的深度净化除盐,并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生,因此EDI制水过程不需酸、碱化学药品再生即可连续制取高品质超纯水,它具有技术先进、结构紧凑、操作简便的优点,可广泛应用于电力、电子、医药、化工、食品和实验室领域,是水处理技术的绿色革命。 出水水质具有最佳的稳定度。

一、系统简介

EDI(Electrodeionization)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合,利用两端电极高压使水中带电离子移动,并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除,从而达到水纯化的目的。EDI系统是一种纯水制造系统。

在EDI除盐过程中,离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持最佳状态。

EDI超纯水设备超纯水制造历史进程第一阶段:

预处理过滤器——>阳床——>阴床——>混合床

第二阶段:

预处理过滤器——>反渗透——>混合床

目前阶段:预处理过滤器——>反渗透——>EDI(无需酸碱)  

近几十年以来,混床离子交换技术(D)一直作为超纯水制备的标准工艺。由于其需要周期性的再生且再生过程中消耗大量的化学药品(酸碱)和工业纯水,并造成一定的环境问题,因此需要开发无酸碱超纯水系统。正因为传统的离子交换已经越来越无法满足现代工业和环保的需求,于是将膜、树脂和电化学原理相结合的EDI技术成为水处理技术的一场革命。其离子交换树脂的的再生使用的是电能,而不再需要酸碱,因而更满足于当今世界的环保要求。

二、工作原理

电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下,通过隔板的水中电介质离子发生定向移动,利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。电渗析器的一对电极之间,通常由阴膜,阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列,构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜,阴离子可透过阴膜)。淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜,被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜,被浓室中的阳膜截留,这样通过淡室的水中离子数逐渐减少,成为淡水,而浓室的水中,由于浓室的阴阳离子不断涌进,电介质离子浓度不断升高,而成为浓水,从而达到淡化、提纯、浓缩或精制的目的。

三、发展历史

受成本、环境和质量因素的影响,超纯水的生产工艺在最近的几十年内经历了很多变化。一个趋势特别明显,即减少对离子交换(IX)的依赖程度,其目的在于将化学药品使用减少到最低,并提高水的利用率。  反渗透(RO)技术能将水中95%-98%的离子去除,从而大大减少了酸碱的用量,但还不能完全不使用化学药品。为了制备超纯水,通常采用反渗透+混床工艺。混床离子交换技术一直作为超纯水制备的标准工艺。由于其需要周期性的再生,在再生过程中使用相应的化学药品(酸碱),已无法满足现代工业清洁生产和环保的需要。于是将电渗析技术和离子交换技术有机结合形成的EDI技术成为水处理技术的一场革命。

四、环保价值

EDI技术的最大特点是用电场和离子膜取代离子交换树脂的化学再生,使RO-EDI纯水系统在设备结构、使用操作、运行费用等方面与RO2混床相比具有明显优势;并克服了再生树脂所产生的废水排放问题。

1、EDI与RO配套使用,可调节电流以改变出水质量,用标准模块组合改变出水量。十多年的商业应用表明,该系统在100磅/平方英寸(7kg/cm2)压力下运行稳定,出水电阻率可达到16M8·cm以上,含Si量在20ppb以下,水质可靠,能满足目前最严格的工业用水质量要求,出水量可高达2000加仑/分(450立方米/小时)。

2、EDI不用再生树脂,免除了树脂化学再生配套设施(如酸碱贮罐、泵和管道)使纯水系统设备结构简化,投资节省,操作简化,运行费用降低。

3、技术经济比较还表明,EDI比混床系统更能适应进水中TDS变化而不影响出水质量,而且对制水成本影响很小。

4、EDI环境效益显著,表现在二个方面:

A、克服了树脂化学再生造成的废水污染;

B、EDI排放的浓水可直接回到RO之前再利用,这样EDI单元可以做到没有废水排放。

五、系统特点

自从1986年EDI膜堆技术工业化以来,全世界已安装了数千套EDI系统,犹其在制药、半导体、电力和表面清洗等工业中得到了大力的发展,同时在废水处理、饮料及微生物等领域也得到广泛使用。

EDI设备是应用在反渗透系统之后,取代传统的混床离子交换技术(MB-DI)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

7、无污水排放 EDI工作原理:

EDI模块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工作原理如图所示。 EDI模块中将一定数量的EDI单元间用格板隔开,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进入到浓水室而在淡水室中去除。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40-2μS/cm(25℃)。EDI纯水电阻率可以高达18 MΩ.cm(25℃),但是根据去离子水用途和系统配置设置,EDI超纯水适用于制备电阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的。

六、系统运行

1、 影响运行因素

A、EDI进水电导率的影响。

在相同的操作电流下,随着原水电导率的增加EDI对弱电解质的去除率减小,出水的电导率也增加。如果原水电导率低则离子的含量也低,而低浓度离子使得在淡室中树脂和膜的表面上形成的电动势梯度也大,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。

B、工作电压-电流的影响。

工作电流增大,产水水质不断变好。但如果在增至最高点后再增加电流,由于水电离产生的H+和OH-离子量过多,除用于再生树脂外,大量富余离子充当载流离子导电,同时由于大量载流离子移动过程中发生积累和堵塞,甚至发生反扩散,结果使产水水质下降。

C、浊度、污染指数(SDI)的影响。EDI组件产水通道内填充有离子交换树脂,过高的浊度、污染指数会使通道堵塞,造成系统压差上升,产水量下降。

D、硬度的影响。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。

E、TOC(总有机碳)的影响。进水中如果有机物含量过高,会造成树脂和选择透过性膜的有机污染,导致系统运行电压上升,产水水质下降。同时也容易在浓缩水通道形成有机胶体,堵塞通道。

F、进水中CO2的影响。进水中CO2生成的HCO3-是弱电解质,容易穿透离子交换树脂层而造成产水水质下降。

G、总阴离子含量(TEA)的影响。高的TEA将会降低EDI产水电阻率,或需要提高EDI运行电流,而过高的运行电流会导致系统电流增大,极水余氯浓度增大,对极膜寿命不利。

另外,进水温度、pH值、SiO2以及氧化物亦对EDI系统运行有影响。

2、进水水质控制

A、进水电导率的控制。严格控制前处理过程中的电导率,使EDI进水电导率小于40μS/cm,可以保证出水电导率合格以及弱电解质的去除。

B、工作电压-电流的控制。系统工作时应选择适当的工作电压-电流。同时由于EDI净水设备的电压-电流曲线上存在一个极限电压-电流点的位置,与进水水质、膜及树脂的性能和膜对结构等因素有关。为使一定量的水电离产生足够量H+和OH-离子来再生一定量的离子交换树脂,选定的EDI净水设备的电压-电流工作点必须大于极限电压-电流点。

C、进水CO2的控制。可在RO前加碱调节pH,最大限度地去除CO2,也可用脱气塔和脱气膜去除CO2。

D、进水硬度的控制。可结合除CO2,对RO进水进行软化、加碱;进水含盐量高时,可结合除盐增加一级RO或纳滤。

E、TOC的控制。结合其他指标要求,增加一级RO来满足要求。

F、浊度、污染指数的控制。浊度、污染指数是RO系统进水控制的主要指标之一,合格的RO出水一般都能满足EDI的进水要求。

G、Fe的控制。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。

H、EDI系统进水水质要求

综合以上各方面的分析,对于EDI进水的水质要求如表所示,可以保证其出水指标达到电子行业半导体制造需要的高纯水的要求。

七、应用前景

由于EDI上述优点,EDI技术和产品发展很快。其应用不仅在制药、造纸、化工、发电等工业部门,而且还应用于其他领域。事实上,EDI已在国际上形成稳定市场,并在不断拓展。随着环境意识的加强和环保要求的提高,与需要化学再生而产生大量废水污染的传统混床相比,EDI技术将倍受青睐。

我国还没有大规模应用EDI技术,与UF和RO等膜技术研究相比,EDI技术研究滞后。而国内水处理技术市场很大,并且发展很迅猛。因此,研究开发和应用EDI技术十分必要。

八、应用领域

1、半导体及电子行业-超纯水

2、生物及制药行业-纯化水

3、发电厂-锅炉补给水4、表面涂装5、消费品及化妆品行业6、代替各类蒸馏水7、其它对水的纯度要求高的行业