EDI技術(shù)在電廠水處理中的應(yīng)用

韓鳳麗

摘 要：EDI裝置是一種新型的電廠水處理設(shè)備，本文介紹了EDI裝置的工作原理及在我廠的運行狀況，它與反滲透聯(lián)合使用能制出純度很高的水，可使出水電阻率高達(dá)15mΩ/cm以上。如果系統(tǒng)設(shè)計合理、運行監(jiān)測維護(hù)得當(dāng)，都能達(dá)到理論使用年限。重點介紹了EDI設(shè)備在運行中出現(xiàn)的問題及處理的方法。

關(guān)鍵詞：EDI原理；EDI模塊壽命；運行；問題及處理

近年來，水處理的應(yīng)用技術(shù)取得了跨越式的發(fā)展，重要標(biāo)志是膜技術(shù)的大量應(yīng)用。微濾、超濾、反滲透和電除鹽是目前水處理領(lǐng)域中最為常用的四種膜分離技術(shù)。電除鹽技術(shù)的應(yīng)用源于20世紀(jì)90年代，是將傳統(tǒng)的電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，它既克服了電滲析不能深度脫鹽的缺點，又彌補(bǔ)了離子交換不能連續(xù)工作、需消耗酸堿再生的不足。由于EDI模塊通過電能遷移雜質(zhì)離子的能力有限，因而EDI裝置只能用于處理低含鹽量的水（總含鹽量<50mg/L），故安裝在RO裝置之后。EDI裝置屬于精處理水設(shè)備，一般多組成預(yù)處理、反滲透、EDI裝置的超純水處理系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)水處理工藝的混合離子交換設(shè)備，不需酸堿再生、無再生廢液排放、節(jié)能環(huán)保。EDI的出水水質(zhì)能滿足鍋爐用水對電導(dǎo)率、硬度和硅的要求。

水處理工藝的進(jìn)化過程：

預(yù)處理→陽離子交換→陰離子交換→混床

預(yù)處理→反滲透→混床

預(yù)處理→反滲透→EDI

1 EDI工作原理

根據(jù)濃水處理方式，可將EDI裝置分為濃水循環(huán)式和濃水直排式兩類，這里主要介紹濃水循環(huán)式EDI。

EDI模塊由淡水室、濃水室和極水室組成，系統(tǒng)流程如圖1。淡水室內(nèi)填充混合離子交換樹脂，給水中的離子由該室除去；淡水室和濃水室之間裝有陰（陽）離子交換膜，淡水室中陰（陽）離子在兩端電極作用下不斷通過陰（陽）離子交換膜進(jìn)入濃水室；H2O在直流電能的作用下分解成H+和OH-，使淡水室中混合離子交換樹脂時刻處于再生狀態(tài)，因而一直保持有交換容量，而濃水室中的含陰陽離子的濃水不斷地排走。因此EDI 在通電狀態(tài)下，可以不斷地制出純水，其內(nèi)填的樹脂無需使用工業(yè)酸、堿進(jìn)行再生。EDI的每個制水單元均由一組樹脂、離子交換膜和有關(guān)的隔網(wǎng)組成。每個制水單元并聯(lián)起來，與兩端的電極組成一個完整的EDI設(shè)備。

EDI 與常規(guī)的離子交換床的不同之處，主要在于再生方法上。前者由于直流電能的作用使H2O分解成H+和OH-，使樹脂隨時處于再生狀態(tài)，后者需使用傳統(tǒng)的工業(yè)酸堿再生，要使用一套單獨的酸堿再生系統(tǒng)。

EDI在使用過程中，濃水室中水的電導(dǎo)率會很快超過300μS/cm，為了促進(jìn)水的流動，濃水室的水通過離心泵進(jìn)行循環(huán)，這稱為濃水循環(huán)。同時為了防止?jié)馑须y溶鹽達(dá)到沉積狀態(tài)，需要連續(xù)地從濃水室中排掉一部分水，而從EDI 給水中補(bǔ)充進(jìn)一部分。從濃水循環(huán)中排出的水可以返回至RO預(yù)處理的入口。

EDI模塊的水流過程如圖2。進(jìn)水一分為二，大部分水由模塊下部進(jìn)入淡水室中進(jìn)行脫鹽，小部分水作為濃水循環(huán)回路的補(bǔ)充水。濃水從模塊的濃水室出來后，進(jìn)入濃水循環(huán)泵入口，經(jīng)升壓后送進(jìn)入模塊的下部，并在模塊內(nèi)一分為二，大部分水送入濃水室內(nèi)，繼續(xù)參與濃水循環(huán)，小部分水送入極水室作為電解液，電解后攜帶電極反應(yīng)的產(chǎn)物和熱量而排放。為了避免因濃水的濃縮倍數(shù)過高而出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，運行中將連續(xù)不斷地排出一部分濃水。其化學(xué)基本過程包括電滲析、離子交換和電化學(xué)再生三個過程。電化學(xué)再生是利用電滲析極化作用下水電離產(chǎn)生的H+和OH-ˉ對離子交換樹脂進(jìn)行電化學(xué)再生；電滲析過程是交換樹脂內(nèi)的離子向電極方向遷移，通過離子交換膜進(jìn)入濃水室。極水室發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)： 陽極反應(yīng)：2Cl-ˉ-2e=Cl2↑ 4OH--4e=O2↑+2H2O

陰極反應(yīng)：2H++2e=H2↑

2 我廠EDI設(shè)備運行狀況

我廠發(fā)電二分場是東北地區(qū)電力行業(yè)最早使用EDI進(jìn)行化學(xué)制水的單位，自2006年至今已有8年的運行和維護(hù)經(jīng)驗，從EDI模塊的使用年限看運行維護(hù)水平，在回收率、出水電阻率和二氧化硅基本能保證要求的情況下，都超過了理論使用年限（見下表）。說明我廠的EDI設(shè)備從預(yù)處理、EDI日常運行中的調(diào)整、監(jiān)督、措施以及化學(xué)清洗是可行的。

我廠發(fā)電二分場為四期擴(kuò)建工程2×135MW雙抽凝汽式供熱機(jī)組，2×440t/h循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐補(bǔ)給水量115.2t/h（冬季采暖期最大），鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)出力124t/h，原水為自來水。采用盤式過濾器-UF-雙級RO-EDI處理方式，設(shè)計產(chǎn)品水質(zhì)量：SiO2≤20ug/L ，電阻率>10mΩ·cm ， YD=0umol/L。

工藝流程：自來水→盤式過濾器→蒸汽混合式加熱器→升壓泵→超濾循環(huán)泵→超濾裝置（UF）→超濾水箱→ 一級反滲透高壓泵→ 一級反滲透裝置→緩沖水箱→二級反滲透高壓泵→二級反滲透裝置→滲透水箱→EDI升壓泵→EDI保安過濾器→EDI裝置→除鹽水箱→除鹽水泵至廠房。

EDI裝置模塊為美國E-CELL公司生產(chǎn)，每套由18個MK-2ST的模塊組成，出力為2×62m3/h。

EDI運行水質(zhì)指標(biāo)：

進(jìn)水 硬度 YD umol/L <1.0

二氧化硅 SiO2 ug/L ≤500

電導(dǎo)率 DD us/cm <65

出水 二氧化硅 SiO2 ug/L ≤20

電阻率 ρ MΩ·CM >10

濃水 電導(dǎo)率 DD us/cm 150-200

整機(jī)及單個模塊電壓 V <600

單個模塊電流 A <4.5

3 EDI運行中出現(xiàn)的問題及處理

我廠四期化學(xué)水處理設(shè)備EDI裝置于2006年10月份投入運行，投運初期各項指標(biāo)均正常，到2007年2月中旬發(fā)現(xiàn)出力降低，產(chǎn)水電阻率降低、二氧化硅升高，經(jīng)多方面查找原因，調(diào)整設(shè)備，均得不到解決，而且出力繼續(xù)下降，出水指標(biāo)得不到好轉(zhuǎn)。在這種情況下，我們聯(lián)系了供貨安裝廠家，經(jīng)專業(yè)人員仔細(xì)考慮，建議進(jìn)行化學(xué)清洗。

3.1 存在問題

系統(tǒng)出力由最初的60t/h左右降低到52t/h左右，產(chǎn)水流量有所降低；系統(tǒng)的濃水循環(huán)流量由最初的25t/h左右降低到目前的16.2t/h左右，下降較為明顯。

3.2 分析原因

運行過程中模塊可能積累一些污染物，造成模塊的濃/淡室污堵，導(dǎo)致濃水循環(huán)流量一定程度的降低。

3.3 清洗的目的

就是去除這些在運行過程中積累的污染物使?jié)馐已h(huán)流量得到一定程度上的恢復(fù)。

3.4 清洗方法

由于無法準(zhǔn)確判斷污染物的種類和污染程度，供貨廠家人員決定采用酸+化學(xué)清洗劑清洗、連續(xù)沖洗、堿+化學(xué)清洗劑清洗、連續(xù)沖洗、電再生進(jìn)行甄別和判斷。

3.5 污染狀況分析及化學(xué)清洗效果

由于在酸洗過程中從極水排放流量計中沒有觀察到有氣泡出現(xiàn)，說明系統(tǒng)沒有結(jié)垢或結(jié)垢輕微；在堿洗過程中，堿洗液沒有發(fā)生變色混濁等現(xiàn)象說明系統(tǒng)在運行過程中沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的有機(jī)物污染和微生物污染；在清洗過程中發(fā)現(xiàn)有黑色細(xì)小顆粒；化學(xué)清洗后運行數(shù)據(jù)沒有明顯改善，系統(tǒng)的流量沒有得到恢復(fù)。從此次化學(xué)清洗及再生過程的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)來看，此次化學(xué)清洗沒有達(dá)到預(yù)期效果。但根據(jù)沖洗過程中有黑色細(xì)小顆粒判斷可能有機(jī)械污染。經(jīng)專業(yè)人員收集樣水后，送沈陽化工研究所化驗證實為管道襯膠顆粒。經(jīng)檢修人員拆卸開反滲透水箱至EDI升壓泵入口的管道后，檢查發(fā)現(xiàn)襯膠管道的橡膠粉末脫落，進(jìn)入EDI裝置內(nèi)部造成膜塊內(nèi)部污堵，運行出力下降。

3.6 采取措施

為徹底防止此類污染事件發(fā)生，我們采取了兩項措施：

（1）在EDI裝置入口前安裝了2u的精密保安過濾器。

（2）將原來的襯膠管道更換成不銹鋼管道。

至2007年7月產(chǎn)水流量由剛投運時的60t/h降至38.2t/h。2007年8月至2008年3月陸續(xù)分次將EDI模塊返廠維修。經(jīng)廠家維修鑒定，赤峰熱電廠模塊主要問題是襯膠管路的橡膠粉末脫落造成模塊的淡室隔板、濃室隔板、極室板發(fā)生污堵造成模塊的進(jìn)水壓力升高、產(chǎn)水流量下降，具體污染情況見下圖：

系統(tǒng)維修前的運行指標(biāo)見下圖：

系統(tǒng)維修后的運行指標(biāo)見下圖：

EDI系統(tǒng)維修前后的具體指標(biāo)如下：

說明：維修后的系統(tǒng)為16個模塊，標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和維修前系統(tǒng)均為18個模塊。剩下的兩個模塊是由于其中一個模塊過熱燒毀，另一個的進(jìn)出水管在運輸過程中折斷，所以維修后的指標(biāo)為16個模塊的運行指標(biāo)。

經(jīng)廠家維修后運行指標(biāo)恢復(fù)正常。在隨后運行的幾年里，我廠沒有在發(fā)生類似污堵事件，嚴(yán)格執(zhí)行《EDI操作手冊》，使EDI模塊壽命超過了理論使用年限。

4 結(jié)論

通過這些年的運行實踐表明，EDI裝置的出水完全能滿足鍋爐對水質(zhì)的需要。它具備很多優(yōu)點：產(chǎn)品水電阻率高水質(zhì)穩(wěn)定、能連續(xù)制水、容易實現(xiàn)全自動控制、不使用酸堿再生、產(chǎn)水率高、節(jié)能減排、設(shè)備單元模塊化、維修方便、可靈活的組合各種流量的凈水設(shè)備等，正確地操作和維護(hù)它至關(guān)重要。以下幾點必需注意：

序號 單位 維修前狀況 維修后狀況 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)

指標(biāo)

淡水進(jìn)水壓力 KPa 440 290 290

濃水進(jìn)水壓力 KPa 400 270 270

濃水出水壓力 KPa 100 60 60

產(chǎn)水出水壓力 KPa 200 100 100

淡水進(jìn)水流量 M3/h 44.2 63.2 68.8

濃水循環(huán)流量 M3/h 11.2 22.4 25.

產(chǎn)水流量 M3/h 38.2 55.4 60

極水排放流量 M3/h 1.8 1.8 1.8

濃水排放流量 M3/h 2.2 6 7

運行電流 A 20 30-40 30-40

運行電壓 V 260-320 260-320 260-320

濃水循環(huán)電導(dǎo)率 us/cm -120-180 120-180 120-180

進(jìn)水電導(dǎo)率 us/cm 7-13.5 7-13.5 7-13.5

產(chǎn)水電阻率 mΩ·cm 11.5-14.5 11.5-16. 11.5-16

1、EDI膜塊長期在大電流，小流量運行，積聚的熱量得不到散發(fā)，造成EDI接近兩極的膜片發(fā)熱變形，EDI濃水壓差增大，水質(zhì)和水量都不同程度的下降。

2、EDI膜塊長期沒有清洗保養(yǎng)，EDI的膜片和通道結(jié)鈣鎂垢，進(jìn)出水壓差增大，造成產(chǎn)水水質(zhì)下降，電壓上升，電流無法調(diào)節(jié)，最終無法使用。

3、EDI膜塊長期沒有清洗保養(yǎng)或長期停機(jī)沒有保護(hù)，EDI的膜片和通道滋生有機(jī)物，進(jìn)出水壓差增大，造成產(chǎn)水水質(zhì)下降，電壓上升，電流無法調(diào)節(jié)，最終無法使用。

4、采用不合理的清洗和消毒藥劑，直接導(dǎo)致EDI樹脂損壞和破碎，進(jìn)出水壓差增大，造成產(chǎn)水水質(zhì)和水量全部下降。

5、EDI系統(tǒng)手動運行時，在缺水狀態(tài)下加電，直接導(dǎo)致膜片和樹脂的發(fā)熱碳化，清洗無效，無法使用。

6、EDI進(jìn)水前無保安濾器，直接導(dǎo)致異物堵塞EDI通道，進(jìn)出水壓差增大，造成產(chǎn)水水量嚴(yán)重下降，清洗無效。

如果系統(tǒng)設(shè)置合理、運行監(jiān)督維護(hù)得當(dāng)，都能達(dá)到理論使用年限。

參考文獻(xiàn)

1、周柏青主編的《全膜水處理技術(shù)》 中國電力出版社

2、《EDI操作手冊》 北京天元恒業(yè)水處理工程技術(shù)有限公司