離子交換（2）

水處理中的應用

EDI的工作原理

EDI(Electro-de-ionization)是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術(電滲析技術)相結合的純水制造技術。該技術利用離子交換能深度脫鹽來克服電滲析極化而脫鹽不徹底,又利用電滲析極化而發生水電離產生H和OH離子實現樹脂自再生來克服樹脂失效后通過化學藥劑再生的缺陷,是20世紀80年代以來逐漸興起的新技術。經過十幾年的發展,EDI技術已經在北美及歐洲占據了相當部分的超純水市場。

EDI裝置包括陰/陽離子交換膜、離子交換樹脂、直流電源等設備。其中陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽離子通過,而陽離子交換膜只允許陽離子透過,不允許陰離子通過。離子交換樹脂充夾在陰陽離子交換膜之間形成單個處理單元,并構成淡水室。單元與單元之間用網狀物隔開,形成濃水室。在單元組兩端的直流電源陰陽電極形成電場。來水水流流經淡水室,水中的陰陽離子在電場作用下通過陰陽離子交換膜被清除,進入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清除的速度。同時,水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子,這些離子對離子交換樹脂進行連續再生,以使離子交換樹脂保持最佳狀態。EDI裝置將給水分成三股獨立的水流:純水、濃水、和極水。純水(90%-95%)為最終得到水,濃水(5%-10%)可以再循環處理,極水(1%)排放掉。圖2表示了EDI的凈水基本過程。

EDI裝置屬于精處理水系統,一般多與反滲透(RO)配合使用,組成預處理、反滲透、EDI裝置的超純水處理系統,取代了傳統水處理工藝的混合離子交換設備。EDI裝置進水要求為電阻率為0.025-0.5MΩ·cm,反滲透裝置完全可以滿足要求。EDI裝置可生產電阻率高達15MΩ·cm以上的超純水。

EDI裝置的特點

EDI裝置不需要化學再生,可連續運行,進而不需要傳統水處理工藝的混合離子交換設備再生所需的酸堿液,以及再生所排放的廢水。其主要特點如下:

EDI的凈水基本過程

·連續運行,產品水水質穩定

·容易實現全自動控制

·無須用酸堿再生

·不會因再生而停機

·節省了再生用水及再生污水處理設施

·產水率高(可達95%)

·無須酸堿儲備和酸堿稀釋運送設施

·占地面積小

·使用安全可靠,避免工人接觸酸堿

·降低運行及維護成本

·設備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設施

·安裝簡單、費用低廉

·設備初投資大

與混床設備比較

EDI裝置與混床離子交換設備屬于水處理系統中的精處理設備,下面將兩種設備在產水水質、投資量及運行成本方面進行比較,來說明EDI裝置在水處理中應用的優越性。

(1)產品水水質比較

EDI裝置是一個連續凈水過程,因此其產品水水質穩定,電阻率一般為15MΩ·cm,最高可達18MΩ·cm,達到超純水的指標。混床離子交換設施的凈水過程是間斷式的,在剛剛被再生后,其產品水水質較高,而在下次再生之前,其產品水水質較差。

(2)投資量比較

與混床離子交換設施相比EDI裝置投資量要高約20%左右,但從混床需要酸堿儲存、酸堿添加和廢水處理設施及后期維護、樹脂更換來看,兩者費用相差在10%左右。隨著技術的提高與批量生產,EDI裝置所需的投資量會大大的降低。另外,EDI裝置設備小巧,所需廠房遠遠小于混床。

(3)運行成本比較

EDI裝置運行費用包括電耗、水耗、藥劑費及設備折舊等費用,省去了酸堿消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費用。

在電耗方面,EDI裝置約0.5kWh/t水,混床工藝約0.35kWh/t水,電耗的成本在電廠來說是比較經濟的,可以用廠用電的價格核算。

在水耗方面,EDI裝置產水率高,不用再生用水,因此在此方面運行費用低于混床。

至于藥劑費和設備折舊費兩者相差不大。

總的來說,在運行費用中,EDI裝置噸水運行成本在2.4元左右,常規混床噸水運行成本在2.7元左右,高于EDI裝置。因此,EDI裝置多投資的費用在幾年內完全可以回收。

EDI技術的應用

EDI技術在國外廣泛的應用有十幾年的時間,大多用于制藥行業、微電子行業、發電工業和實驗室。在表面清洗、表面涂裝、電解工業和化工工業的應用也日趨廣泛。在我國應用時間只有2-3年,主要用于醫藥和微電子工業的超純水的處理,而在發電行業化學水處理系統中的應用剛剛興起。

結論

EDI裝置屬于水精處理設備, 具有連續產水、水質高、易控制、占地少、不需酸堿、利于環保等優點, 具有廣泛的應用前景。隨著設備改進與技術完善以及針對不同行業進行優化, 初投資費用會大大降低。可以相信在不久的將來會完全取代傳統的水處理工藝中的混合 。

離子交換反滲透

與水的凈化異同

控制氮含量的方法（4種）：生物硝化-反硝化（無機氮延時曝氣氧化成硝酸鹽，再厭氧反硝化轉化成氮氣）；折點氯化（二級出水投加氯，到殘余的全部溶解性氯達到最低點，水中氨氮全部氧化）；選擇性離子交換；氨的氣提（二級出水pH提高到11以上，使銨離子轉化為氨，對出水激烈曝氣，以氣體方式將氨從水中去除，再調節pH到合適值）。每種方法氮的去除率均可超過90%。