聯純EDI設備

一．EDI技術簡介

1.1 EDI的工作原理

電去離子（Electrodeionization  簡稱EDI）是將電滲析膜分離技術與離子交換技術有機地結合起來的一種新的制備超純水的技術，它利用電滲析過程中的極化現象對填充在淡水室中的離子交換樹脂進行電化學再生。

EDI膜堆主要由交替排列的陽離子交換膜、濃水室、陰離子交換膜、淡水室和正、負電極組成。在直流電場的作用下，淡水室中離子交換樹脂中的陽離子和陰離子沿樹脂和膜構成的通道分別向負極和正極方向遷移，陽離子透過陽離子交換膜，陰離子透過陰離子交換膜，分別進入濃水室形成濃水。同時EDI進水中的陽離子和陰離子跟離子交換樹脂中的氫離子和氫氧根離子交換，形成超純水。超極限電流使水電解產生的大量氫離子和氫氧根離子對離子交換樹脂進行連續的再生。傳統的離子交換，離子交換樹脂飽和后需要化學間歇再生。而EDI膜堆中的樹脂通過水的電解連續再生，工作是連續的，不需要酸堿化學再生。

1.2 EDI的發展歷史

  受成本、環境和質量因素的影響， 超純水的生產工藝在最近的幾十年內經歷了很多變化。一個趨勢特別明顯，即減少對離子交換（IX）的依賴程度，其目的在于將化學藥品使用減少到最低，并提高水的利用率。反滲透（RO）技術能將水中95%-98%的離子去除，從而大大減少了酸堿的用量，但還不能完全不使用化學藥品。為了制備超純水，通常采用反滲透＋混床工藝。混床離子交換技術一直作為超純水制備的標準工藝。由于其需要周期性的再生，在再生過程中使用相應的化學藥品（酸堿），已無法滿足現代工業清潔生產和環保的需要。于是將電滲析技術和離子交換技術有機結合形成的EDI技術成為水處理技術的一場革命。

1.3 EDI的應用領域

EDI技術具有技術先進、操作簡便、無污染，是清潔生產技術，在微電子工業、電力工業、醫藥工業、化工工業和實驗室等領域得到日趨廣泛的應用。

二．LC PURE 標準型EDI膜堆性能參數

2.1產水流量

流量過低會增加滯流層，濃差極化程度大，影響離子的遷移，而且可能造成水溫升高，膜堆部件受熱變形。

流量增加雖然能改善因流量低引發的上述問題，但是水在淡水室中停留時間過短，水中的離子來不及遷移出去，導致產水水質差。過高的產水流量會使操作壓力上升，引起密封失效等故障。所以EDI膜堆都有一個適宜的產水流量范圍。

2.2濃水流量

濃水流量對濃水室膜表面結垢有顯著的影響。流量越低，越容易在濃水室形成結垢。濃水流量過大，將增加濃水循環泵的流量和能耗。

2.4最高工作壓力

    EDI膜堆的強度和內部密封條件有一定的限制，所以操作壓力不能過高，最高工作壓力為0.4MPa。

2.5壓降及壓差

淡水室、濃水室、極水室水流通道不同，水流過三室的壓降也不同，所以即使進出口的相等，出口的壓力并不一定相等。通過調節各室的流量達到所需要的壓降。由于EDI膜兩側存在較大的離子濃度差，如果濃水通過膜滲入產品水中，產品水水質會迅速下降。淡水室壓力一般比濃水室壓力高0.03-0.07MPa,以防止濃水滲入產品水中。

2.6電流

EDI膜堆的電流是離子遷移和水電解的結果。如果電流過小，產品水中的離子不能被完全清除，部分離子被樹脂吸附，短時間內產水水質不會有太大改變。但當樹脂失效后，產品水質大幅下降。電流過大則使水分解過多，在極室形成大量的氣體，消耗能耗過多，溫度上升，燒壞膜堆。如果進水水質較好，運行電流可以適當降低，進水水質較差的話應提高操作電流，但最高不能高于5A，實際調試時，電流應根據現場的實際情況而定，在保證產水水質的前提下，以盡可能低的電流來運行。

2.7電壓

電壓是形成電流的推動力。水中離子濃度大，電阻小，在恒定電壓的條件下所形成的電流大。相反，在恒定電流的條件下，水中離子濃度大，電阻小，所需要的電壓小。水中離子的濃度變化范圍很大，

電阻的范圍也很大。在制備高純水時，水的電阻很大，使操作電壓過高，通常在濃水室加鹽提高離子濃度，降低電阻，降低操作電壓。

2.9回收率

EDI膜堆的水回收率定義為：

Y=Q_P/(Q_P+Q_B)×100%

Y=回收率

Q_P =產水流量    

Q_B=  濃水流量      

在EDI膜堆運行過程中，淡水中的鹽分幾乎全部遷移到濃水中，所以，濃水中鹽的濃度隨回收率的遞增而增加。如果濃水排放液流量太低，則會超過所要求的最大回收率，濃水室開始結垢。必須嚴格設定濃水排放流量和保持合適的回收率。

2.10溫度

EDI的運行需要適宜的溫度范圍。當溫度升高時，由于離子的活度增大，在電場的作用下更容易遷移，有利于產品水質的提高。當溫度高于35℃時，離子不易被樹脂吸附，離子的泄漏量增加，產品水質下降。當溫度過低時，水的粘度增大，水流阻力增加，同時水的電阻增加，操作電壓上升。EDI的運行溫度范圍是5-25℃。

三．進水水質要求

下面講述的每一項指標均為EDI系統正常運行的最低進水條件，為了系統長期穩定的運行和獲得較高的產水水質，在系統設計時應當適當提高。

3.1.前處理工藝設定：

一般情況下為一級反滲透+軟化器，或者是雙級反滲透。

3.2.TEA（總可交換陰離子，含CO₂以CaCO₃計）≤25ppm

   原水中離子雜質的限定：

   TEA<25ppm,以CaCO₃計

   TEC<25ppm，以CaCO₃計

一般地，可交換陰離子（TEA）總負荷大于可交換陽離子（TEC）總負荷的原因在于無處不在的CO₂。因此系統設計通常以TEA為基礎。TEA包括所有的陰離子和以陰離子形式被EDI去除的物質。

3.3 原水硬度

 對于原水硬度的限制是為了防止EDI膜堆里的結垢。EDI中電解產生的OH^-離子在陰離子膜的濃水表面維持一個較高的pH值,該表面能形成鈣、鎂的結垢（碳酸鹽、氫氧化物）。陰極表面也是高PH的位置，原因在于OH^－離子的再生與水的電解有關。這些污垢能用化學清洗方法來清除。

原水硬度限定操作條件

    在進水硬度<0.1ppm時，系統的最高回收率為95%；而當進水硬度在0.1-0.5ppm時，濃水中需要加鹽來調節濃水電導率，并且系統的最高回收率為90%，而且需要定期清洗。在進水硬度為0.5ppm以上時，建議添加輔助設備以降低硬度。

EDI原水硬度能通過以下方法來降低：

   －使用脫鹽率較高的RO膜

－使用雙級反滲透

－軟化RO滲透液

3.4變價金屬Fe、Mn<0.01 ppm

鐵、錳等高價離子會使膜堆中的離子交換樹脂有中毒作用，這比鐵、錳離子在混床中的中毒現象還要嚴重很多，由于膜堆中的樹脂總量比混床里的少很多，所以使樹脂全部中毒時間會比混床短很多倍。因此應嚴格控制進水的鐵、錳含量。

3.5 CO₂<5 ppm

因為二氧化碳在不同PH值下的存在形態不同，因此CO₂是導致產水水質的差的首要原因。在膜堆內CO₂轉化成為HCO₃^-。在陰離子的交換膜附近高PH處還會轉為CO₃^2-。CO₂的含量將明顯的影響產水水質。如果包括CO₂在內的TEA超過25ppm，膜堆將不能制備高純度的產水?？梢酝ㄟ^調節RO進水pH值或使用脫氣裝置來降低CO₂量。

3.6電導率

電導率是水中離子總量的綜合指標，但它只能作為EDI進水水質的一個參考性指標，不能直接代表純水水質。其中最主要的原因是電導率不能真實反映水中弱電解質的含量，比如二氧化碳，同樣是產水為5μs/cm的RO產水，其二氧化碳含量有可能是1ppm也有可能是5ppm。

3.7可溶硅：≤0.5ppm

硅是許多發電和半導體裝置中的必須要控制的雜質。通常，大部分有活性的硅被RO脫除。RO產水中殘留的硅能被EDI有效地去除。

3.8 有機物（TOC）：≤0.5ppm

3.9 H₂S: ≤0.01 ppm

3.10  SDI：≤1.0

3.11  PH：5-9

PH值是影響進水二氧化碳的重要指標，當進水總硬度低的情況下，可通過適當提高PH值，提高產水水質。

3.12  余氯：≤0.05 ppm   

余氯對離子交換樹脂的氧化作用會使樹脂永久性的損傷。

3.13  油或油脂：不能檢出

四、EDI全系統組成及設計

  EDI進水水質對系統的長期運行極其重要，不合格的進水會使EDI膜堆很快損壞。膜堆的壽命、產水水質、維修頻率都取決于進水水質。為了能得到一個合格的進水，其常規的前處理設備如下：

4.1反滲透設備

    反滲透技術近年來在水處理領域得到了迅猛發展，其工藝水平已經相當成熟，反滲透系統在整個水質純化過程中起著重要的作用。一級RO，特別是二級RO能有效的去除原水中的大部分溶解鹽類和有機物。有關RO及其預處理系統的設計請參照有關技術資料。

注：

a.在反滲透特別二級反滲透出水PH值較低的情況下要加適量的堿，以提高PH（其原因詳見上一章）

b.反滲透設備應設置開機自動沖洗系統，因為反滲透剛開機幾分鐘內的水質會很差，這一部分水進入EDI將不能產出高品質的純水并且有可能污染EDI膜堆

4.2軟化器

  當反滲透產水的硬度大于0.5ppm（CaCO₃）時應在反滲透前或反滲透后面增加軟化設備。軟化器能去除給水中的Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺和其它金屬離子。建議軟化裝置安裝在RO前面，如果安裝在RO之后，雖然可以減小裝置，降低投資成本，但軟化有時會給RO的產水帶來污染，諸如有機物和鐵等。為了避免這些污染，在軟化器投入使用之前應對軟化器內的樹脂進行嚴格的清洗。

4.3脫氣裝置

   為了得到高品質的產水，應嚴格控制CO₂指標。當CO₂ 大于5ppm或者TEA高于25ppm時，應考慮使用脫氣裝置?？梢赃x擇脫氣塔或脫氣膜。該裝置同樣最好放置在RO之前，這樣能避免RO產水的再次污染。

4.4電源

  盡量采用每個膜堆配備一個不小于5A的直流電源，并且在0-5A的范圍內應可調。

  多個膜堆同時使用一個直流電源時，最好實現每個膜堆電壓/電流可以獨立調節，并配備獨立的電壓表和電流表。

4.5儀表

電阻率儀：測EDI產水的電阻率

電導率儀：測EDI進水電導率

流量計：共三只，分別測量EDI產水流量、濃水排放流量、總進水流量。

壓力表：測量EDI進水壓力、產水壓力、濃水進口壓力、濃水出口壓力

五、安全

5.1 排放水中含有少量的氫氣，系統運行時應將極水排出室外，并保持室內空氣流通。氫氣的爆炸極限是4%（V/V），一般的安全界線是1%。

5.2 EDI設備是一個水電并存的系統，因此要特別注意安全問題。膜堆本身應通過電線接地。注意應在停機的狀態下檢修！

七、解決問題和故障排除

故障排除指南

EDI系統操作規程

一、 對照流程確認管路安裝接口是否正確。

二、 確認膜塊上的螺絲是否緊固。

三、 確認膜塊直流電的接線方式是否正確。

正確接法是：紅色線+極   綠色線—極  黃綠線接地

四、 確認EDI供水泵的相序，確保水泵運轉方向與箭頭方向一致。

五、 開啟反滲透（RO）系統運行30分鐘，用RO水將RO儲水桶清洗干凈，并將清洗后的水排放干凈。再次開啟RO系統制水，取RO水箱出口水樣檢測確保電導數據和RO系統檢測數值一致或接近。若偏差太大，請勿開啟EDI系統，否則EDI產水水質難以在短時間內提高，嚴重時有損壞膜塊的風險。

六、 打開EDI膜塊的淡水和濃水入口處活接，開啟EDI供水泵將入口處管道沖洗干凈。

七、 旋緊EDI膜塊的淡水和濃水入口處活接，開啟EDI供水泵將進出水流量和壓力調整到標準運行范圍內。具體數據請參照隨機《運行記錄表》。

八、 流量和壓力調整合適后，開啟EDI直流電源，將電流調整到2.5A(電壓數據不做參考)。

九、 觀察EDI運行數據，確保各項參數都在標準范圍內運行，如有波動請實時調整。

十、 調試全系統的電氣控制系統，保證系統能安全自動開機與關機。重點注意EDI水泵開啟后，滿足壓力或流量10秒后再啟動直流電源。禁止啟動電源同時啟動直流電源，以及EDI水泵不與RO水箱低液位互鎖。（EDI膜塊在缺水狀態下通電將會使膜塊出現不可修復的損壞）

十一、 日常關機。日常下班或不用水時關閉EDI系統總控制電源即可。其他閥門或開關無需操作。

十二、 日常開機。上班開機時只需開啟EDI控制系統的總電源，觀察各項運行參數是否在標準范圍內，如有偏差實時調整即可。

十三、 當EDI系統在運行過程中出現流量低報警時，請檢查各管路的閥門狀態及流量是否在標準范圍內，按下報警復位按鈕系統將解除報警。

十四、 長期停機。EDI系統長時間停用時，關閉系統總電源，關閉膜塊的進出口閥門，確保膜塊內不缺水以及有灰塵、污染物進入膜塊內部。并保證每周運行1-2次，每次30分鐘。

十五、 EDI膜塊的再生（再循環）。當膜塊產水品質下降，和進水品質不佳，以及膜塊執行清洗程序后，就需對膜塊進行電再生。再生的方法有如下2種：

1. 降低產水流量到標準數據的一半，提高濃水流量1倍。提高直流電流到3.5A..保持壓力參數不變。如此運行4-5小時，然后恢復到正常運行狀態，膜塊的水質將有所提高。

2. 在系統配管時，考慮配備EDI產水循環管路。即將EDI的產水回流到RO水箱的管路。在需要再生時將EDI產水回到RO水箱。將電流提高到3.5A運行。約4-5小時后，將產水切換到超純水箱。降低電流正常制水。膜塊的水質會有所提高。建議用方2進行再生。效果明顯且操作簡單。