電去離子(electrodeionization，簡稱edi)技術(shù)是將電滲析和離子交換相結(jié)合的一種新型膜分離技術(shù)，其主要特點(diǎn)：①樹脂用電再生而不需使用酸堿，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)；②設(shè)備運(yùn)行的同時就自行再生，因此其相當(dāng)于連續(xù)獲得再生的混床離子交換柱，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)深度脫鹽；③產(chǎn)水水質(zhì)好、制水成本低、日常運(yùn)行管理方便。

1　edi基本原理

圖1是edi原理示意圖。

在電滲析器的淡水室填充陰、陽混合離子交換樹脂，將電滲析和離子交換置于一個容器中而使兩者有機(jī)地結(jié)合為一體。水中離子首先因交換作用而吸附于樹脂顆粒上，然后在電場作用下經(jīng)由樹脂顆粒構(gòu)成的“離子傳輸通道”遷移到膜表面并透過離子交換膜進(jìn)入濃室，存在于樹脂、膜與水相接觸的擴(kuò)散層中的極化作用使水解離為h+和oh-，它們除部分參與負(fù)載電流外大多數(shù)對樹脂起再生作用，從而使離子交換、離子遷移、電再生三個過程相伴發(fā)生，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)去除離子的過程。

2　試驗(yàn)裝置與流程

試驗(yàn)工藝流程見圖2。

edi裝置采用二級五段，在其淡水室中填充混合陰、陽離子交換樹脂(陰∶陽=2∶1)，每段4個膜對。淡室隔板：280mm×120mm×5 mm(聚氯乙烯硬板，四室無回路暗道式進(jìn)出口為自制)；濃室隔板：280mm×120mm×5mm(橡膠板，無回路)；離子交換樹脂：天津南開大學(xué)化工廠生產(chǎn)的001×7陽樹脂和201×7陰樹脂；離子交換膜：上?；S生產(chǎn)的3361-bw陽膜和3362-bw陰膜；電極：陽極采用鈦涂釕，陰極采用不銹鋼。

3　結(jié)果與分析

3.1　原水電導(dǎo)率對脫鹽效果的影響

在進(jìn)水流量為120l/h時，改變原水電導(dǎo)率則得到出水電導(dǎo)率與原水電導(dǎo)率的關(guān)系曲線，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，在相同的操作電流下，隨著原水電導(dǎo)率的增加則edi出水的電導(dǎo)率也增加。因?yàn)樵妼?dǎo)率低則離子的含量也低，同時低離子濃度使得在淡室中樹脂和膜的表面上形成的電勢梯度也大，這導(dǎo)致水的解離程度增強(qiáng)，極限電流增大，產(chǎn)生的h+和oh-的數(shù)量較多，使填充在淡室中的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。

從圖3還可看出，在原水的電導(dǎo)率為21.5μs/cm時，隨著操作電流的增大而edi出水的電導(dǎo)率一直很小(0.1～0.05μs/cm)，這是因?yàn)樵妼?dǎo)率越小則水解離越劇烈，產(chǎn)生的h+和oh-也越多，樹脂電再生的效果就越好(使其保持良好的交換性能)。當(dāng)操作電流繼續(xù)升高時，h+和oh-除用于再生樹脂外還用于負(fù)載電流，故淡室中的水解離程度繼續(xù)增大，使得離子交換與樹脂的再生逐漸達(dá)到平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定。因此，原水電導(dǎo)率是影響產(chǎn)水水質(zhì)的最重要因素之一。當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率較高時，隨著操作電流的增加其產(chǎn)水水質(zhì)有所下降。以原水電導(dǎo)率為100μs/cm時的曲線為例，當(dāng)操作電流從0逐漸增加到5a時edi出水的電導(dǎo)率從0.17μs/cm 上升到0.5μs/cm左右(水質(zhì)有所下降)，其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱，樹脂幾乎沒有獲得再生，此時離子交換起了主要作用，短時間內(nèi)樹脂就被鹽離子所飽和，而這時樹脂主要起到增強(qiáng)離子遷移的作用。

從圖中還可知，無論進(jìn)水含鹽量高或低，二級五段的edi設(shè)備對其都有很好的脫鹽效果(脫鹽率＞99%)，出水的電導(dǎo)率能夠達(dá)到高純水標(biāo)準(zhǔn)(電導(dǎo)率＜1μs/cm)。

3.2　流量對產(chǎn)水水質(zhì)的影響

當(dāng)原水流量分別為60、80、100及120l/h時，edi出水的電導(dǎo)率隨操作電流的變化見圖4。

由圖4可以看出，不同進(jìn)水流量時edi出水的電導(dǎo)率隨操作電流變化很小，這是因?yàn)樵陔娐飞?，淡室中的溶液相與樹脂相是并聯(lián)關(guān)系，由于所填充的離子交換樹脂的導(dǎo)電能力遠(yuǎn)高于電滲析產(chǎn)水，因此樹脂相電阻成為淡室電阻大小的決定因素。離子傳輸主要通過樹脂相進(jìn)行，而在一定的淡水流量范圍內(nèi)流量對樹脂相電阻影響很小，故膜堆總電流不發(fā)生明顯變化，產(chǎn)水電導(dǎo)率變化也很小，因此進(jìn)水流量對水解離程度的影響很小。

3.3　操作電壓對產(chǎn)水水質(zhì)的影響

當(dāng)原水電導(dǎo)率為21.5μs/cm、流量為120l/h時edi出水電導(dǎo)率與操作電壓的關(guān)系如圖5所示。

由圖5可知，edi出水水質(zhì)與操作電壓密切相關(guān)。操作電壓過小則不足以在純水排出之前將離子從淡室移出，電滲析過程和樹脂電再生過程都比較微弱，此時主要進(jìn)行的是離子交換過程。隨著操作電壓的增大則水解離程度增大、樹脂的再生效果好，使得淡水的電導(dǎo)率下降，當(dāng)操作電壓增加到一定程度時離子交換過程與樹脂的再生過程達(dá)到了平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率進(jìn)一步下降并趨于穩(wěn)定。但操作電壓過大將引起過量的水電離和離子反擴(kuò)散而降低產(chǎn)水水質(zhì)。所以，建議edi在適當(dāng)?shù)碾妷合逻\(yùn)行。

4　結(jié)語

提高edi膜堆的操作電壓可得到高質(zhì)量的純水，但從提高膜堆電流效率的角度出發(fā)則操作電壓不宜太高；edi膜堆進(jìn)水電導(dǎo)率越低(即預(yù)處理效果好)則edi產(chǎn)水的電導(dǎo)率越低，產(chǎn)水水質(zhì)越好；另外適當(dāng)增加進(jìn)水流量即增加隔室流速可提高產(chǎn)水水質(zhì)。

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