新型超纯水生产技术

新型超纯水生产技术摘要：介绍了EDI技术的结构、原理、经济技术特点及在超纯水制备应用中的参数和影响因素，并提出了解决的方法。通过与离子交换混床的对比，认为EDI技术具有显著的经济效益和环境效益。关键词：电去离子（EDI）；超纯水；反渗透（RO）；离子交换NewultrapurewaterproductiontechnologyAbstract:Theconstruction,elements,characteristicofeconomyandtechnology,parameterandfactorinapplicationofultrapurewaterofEDIareintroduced.Somemethodsarepointedaswell.EDIhaveprominentbenefitofeconomyandenvironmentalthroughcontrastingwithIonexchangemixedbed.Keywords:electrodeionisation(EDI)；ultrapurewater；reverseosmosis(RO)；Ionexchange1超纯水制备的发展进程早期超纯水的需求主要来自于发电、医药、化工、造纸等行业，水质要求相对较低，其制备主要采用离子交换，该方法的主要缺点是需要化学药剂再生，既麻烦又不经济，而且由于强型树脂对一般有机分子去除效果很差，出水中TOC含量高[1]。随着半导体工业的发展，对超纯水质量要求不断提高，从而大大推动了纯水技术的发展。到上个世纪九十年代，膜技术得到广泛应用，RO-混床系统取代了传统的离子交换系统，解决了TOC问题，满足了诸如电子等行业对纯水质量要求。由于反渗透过程对于原水中的其它微量元素、溶解的气体和一些弱电解质的清除效果较差；而混床需要周期性的再生且再生过程中使用大量的酸碱和纯水，造成一定的环境污染。因而EDI技术便得到了重视和长足的发展。2EDI工作原理电去离子（EDI）是在电渗析器的淡化室中填充离子交换树脂，借助外直流电场的作用使离子选择性地定向迁移，同时利用水的解离再生混床树脂，从而使离子选择性迁移、深度除盐、树脂电化学再生三个过程同时发生，相当于连续获得再生的混床离子交换柱，可高效不间断地生产高纯水。进水按一定比例通过浓水室和淡水室。离子在淡水室的反应可以分为4个过程：①交换树脂上的离子在电场作用下向浓水室迁移；②进水中的离子与树脂结合；③水的电离和迁移，迁移到浓水室中的H+和OH-离子又结合成水；④由于电场作用，离子不断从树脂上离解，同时在较高的电压梯度作用下，水会电解产生大量的H+和OH-，使树脂不断再生。它们在电场作用下达成平衡。3影响EDI的主要因素及控制手段(1)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[3]。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。(2)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。(3)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。3.2系统进水水质指标控制手段（1）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。（2）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[4]。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。（3）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。4EDI装置的特点EDI装置不需要化学再生,可连续运行,进而不需要传统水处理工艺的混合离子交换设备再生所需的酸碱液,以及再生所排放的废水。其主要特点如下:EDI的净水基本过程·连续运行,产品水水质稳定·容易实现全自动控制·无须用酸碱再生·无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施·设备单元模块化,可灵活的组合各种流量的净水设施5.EDI装置与混床离子交换设备比较EDI装置与混床离子交换设备属于水处理系统中的精处理设备,下面将两种设备在产水水质、投资量及运行成本方面进行比较,来说明EDI装置在水处理中应用的优越性。(1)产品水水质比较EDI装置是一个连续净水过程,因此其产品水水质稳定,电阻率一般为15MΩ·cm,最高可达18MΩ·cm,达到超纯水的指标。混床离子交换设施的净水过程是间断式的,在刚刚被再生后,其产品水水质较高,而在下次再生之前,其产品水水质较差。(2)投资量比较与混床离子交换设施相比EDI装置投资量要高约20%左右,但从混床需要酸碱储存、酸碱添加和废水处理设施及后期维护、树脂更换来看,两者费用相差在10%左右。随着技术的提高与批量生产,EDI装置所需的投资量会大大的降低。(3)运行成本比较在电耗方面,EDI装置约0.5kWh/t水,混床工艺约0.35kWh/t水,在水耗方面,EDI装置产水率高,不用再生用水,因此在此方面运行费用低于混床。5EDI技术的应用EDI技术在国外广泛的应用在制药行业、微电子行业、发电工业和实验室。在表面清洗、表面涂装、电解工业和化工工业的应用也日趋广泛。在我国应用时间只有2-3年,主要用于医药和微电子工业的超纯水的处理,而在发电行业化学水处理系统中的应用刚刚兴起。目前在山东部分热电厂已采用了EDI技术处理锅炉补水。此系统主要包括加药系统、多介质过滤器、活性炭过滤器、反渗透、EDI设备。6结论EDI装置属于水精处理设备,具有连续产水、水质高、易控制、占地少、不需酸碱、利于环保等优点,具有广泛的应用前景。随着设备改进与技术完善以及针对不同行业进行优化,初投资费用会大大降低。可以相信在不久的将来会完全取代传统的水处理工艺中的混合离子交换设备.参考文献：[1]沈晓鲤,宋国强,舒畅.EDI原理及其在纯水清洁生产中的应用[J].环境科学与技术,2000,03:41-43.[2]吴凯宁.混床树脂铁污染的原因及其处理[J].工业水处理,2003,08:65-67.[3]李艳萍,周广智.EDI水处理技术及其在电厂的应用[J].华北电力技术,2003,11:35-37.[4]王冬云,李清雪,李福勤.ED-EDI工艺制备高纯水的研究[J].水处理技术,2004,03:162-163+181.[5]王方,杨斌斌,杨建永,侯普.电去离子净水设备的最佳工作参数[J].工业水处理,2004,10:24-26.[6]李清雪,李福勤,王冬云.电去离子出水水质的影响因素分析[J].中国给水排水,2002,11:36-38.[7]王建友,王世昌,傅学起.UF-EDI集成膜过程制备初级纯水[J].水处理技术,2006,09:48-51.[8]赵毅,王娜,孙小军,马双忱,王彤音.电去离子(EDI)技术及其在高纯水生产中的应用[J].华北电力大学学报,2007,03:72-76.[9]廉宏艳,邬慧雄.电去离子技术在电厂水处理中的应用[J].华北电力技术,2001,06:30-31.[10]刘建伟,杜美启.EDI装置的原理和应用[J].新技术新工艺,2001,11:22-24.[11]张志坤,高学理,高从堦.超纯水制备[J].现代化工,2011,04:79-82.[12]王斌斌.电去离子技术制备超纯水的研究[D].浙江大学,2010.[13]李振玉,李振宇,牛涛涛.电去离子技术在水处理中的应用[J].辽宁化工,2008,10:679-681.