唐遠(yuǎn)輝 余峰 楊松 鄭建軍 徐來

摘 要

某工程造水系統(tǒng)是我所首次使用RO（反滲透）+EDI（電去離子）工藝的造水系統(tǒng)。為掌握該系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，本文分析了影響造水系統(tǒng)產(chǎn)量和水質(zhì)的因素，并對二級RO進(jìn)水pH值、電流、淡水流量、淡水室和濃水室的壓差、濃水流量對水質(zhì)的影響進(jìn)行了試驗(yàn)分析，確保了產(chǎn)水的水質(zhì)。

關(guān)鍵詞

去離子水;反滲透;電去離子

中圖分類號： TQ083.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 06

0 前言

去離子水生產(chǎn)系統(tǒng)工藝的發(fā)展大致經(jīng)過三代，第一代是“預(yù)處理+陰、陽離子交換樹脂+混床”;第二代是“預(yù)處理+RO（反滲透）+混床”;第三代是“預(yù)處理+RO+EDI（電去離子）”。RO+EDI的工藝的優(yōu)點(diǎn)是不需要酸堿進(jìn)行樹脂再生，可以長期連續(xù)運(yùn)行。

根據(jù)用水要求和其所在地的水質(zhì)情況，陰陽離子交換樹脂、反滲透和電去離子可以組合成不同的造水系統(tǒng)[1]。我所存在兩種造水工藝，一種是高通量堆使用的預(yù)處理+陽柱+陰柱的造水工藝，一種是某工程使用的預(yù)處理+RO+EDI的造水工藝。前者已經(jīng)運(yùn)行了30余年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行情況也不斷得到優(yōu)化和改進(jìn)，工藝上已經(jīng)非常成熟。而后者是首次在我所運(yùn)用。

本工程造水系統(tǒng)運(yùn)行初期，產(chǎn)水電阻率達(dá)到13MΩ*cm，產(chǎn)量達(dá)到了4t/h，滿足設(shè)計(jì)要求。然而根據(jù)文獻(xiàn)[2]，EDI產(chǎn)水的電導(dǎo)率可以達(dá)到17MΩ*cm。為了提高產(chǎn)水水質(zhì)和產(chǎn)水量，本文對造水系統(tǒng)的運(yùn)行工藝進(jìn)行了研究。

1 RO裝置的運(yùn)行研究

造水系統(tǒng)選用陶氏公司生產(chǎn)的LCLE4040反滲透膜，采用兩段式排列，每三根串聯(lián)為一個(gè)單元。工作時(shí)原水從截面外圍進(jìn)入膜，經(jīng)過反滲透，滲入膜中心的淡水集管。各個(gè)單元的淡水匯合到一起，進(jìn)入RO水箱。

1.1 RO裝置產(chǎn)水量的提升

由圖可見，電導(dǎo)率呈U字變化。當(dāng)二級RO進(jìn)水pH值較低時(shí)，電導(dǎo)率高的原因是產(chǎn)水中二氧化碳的水解;當(dāng)二級RO進(jìn)水pH值較高時(shí)，電導(dǎo)率高的原因是添加堿液的影響。因此，在運(yùn)行過程中應(yīng)將二級RO進(jìn)水pH值控制在7到8之間。

2 EDI裝置運(yùn)行研究

2.1 EDI裝置的工作原理

EDI裝置是利用離子在電場中的定向移動(dòng)，以及陰陽離子交換膜對于陰陽離子的選擇性透過來實(shí)現(xiàn)水的凈化的。其工作原理如圖1所示。

EDI裝置在電場的作用下同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)過程[4]：

（1）去離子過程：淡水室進(jìn)水中雜質(zhì)離子先與離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，然后雜質(zhì)離子在電場作用下在樹脂之間遷移，最后通過離子交換膜進(jìn)入濃水室，達(dá)到去除離子的目的。

（2）樹脂再生過程：在EDI淡水室進(jìn)口，樹脂層吸附了大量的雜質(zhì)離子，雜質(zhì)離子在樹脂層上遷移導(dǎo)電;而在淡水室出口，水中雜質(zhì)離子較少，將會發(fā)生水的離解，生成H+和OH-，這樣可自動(dòng)持續(xù)對樹脂進(jìn)行再生。

2.2 EDI設(shè)備運(yùn)行研究

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，RO產(chǎn)水電阻率、淡水流量、濃水流量、淡水室和濃水壓差、電流大小等均影響EDI的運(yùn)行效果。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況，本文通過研究淡水流量、濃水流量和電流的取值來對EDI的運(yùn)行進(jìn)行研究。

2.2.1 電流對于水質(zhì)的影響

EDI通過帶電離子在電場中的定向移動(dòng)來除去離子，因此，電流的大小對于其去離子能力有著較大的影響。當(dāng)?shù)髁繛?t/h，濃水流量為400L/h，極水流量為100L/h，電流對水質(zhì)的影響如圖2所示。

從圖2中可見，當(dāng)電流從1.2A加大到2A時(shí)，產(chǎn)水水質(zhì)有顯著提高，電流繼續(xù)加大后，水質(zhì)提升并不明顯，甚至還有微弱下降。這是因?yàn)?，在EDI設(shè)備中，電流的作用一是促進(jìn)雜質(zhì)離子遷移，二是水的離解。在起始階段，隨著電流的增大，雜質(zhì)離子的遷移增強(qiáng)，水質(zhì)上升，同時(shí)水的離解程度也加大，促進(jìn)了樹脂的再生，進(jìn)一步提升了水質(zhì);當(dāng)電流達(dá)到一定程度時(shí)，雜質(zhì)離子遷移已經(jīng)比較徹底，此時(shí)電流主要作用是水的離解，對產(chǎn)水電導(dǎo)率提升不大[5]。過大的電流還會使離子通過選擇性透過膜，這是導(dǎo)致曲線上電阻率略微下降的原因。同時(shí)，過大的電流會使積水中產(chǎn)生更多的氫氣和氧氣，影響到極板的冷卻。因此，EDI設(shè)備的電流不應(yīng)該過大。

2.2.2 淡水流量對水質(zhì)的影響

調(diào)試時(shí)，電流取1A和2A兩種情況，濃水流量為400L/h，極水流量為100L/h，淡水流量對產(chǎn)水水質(zhì)的影響如圖3所示。

由圖3可見，電流為1A和2A的情況下，淡水流量對水質(zhì)的影響趨勢是一樣的，且當(dāng)電流較小時(shí)，電導(dǎo)率始終不超過14MΩ*cm，由此可見，電流對與水質(zhì)的影響大于淡水流量對水質(zhì)的影響。因此，以下主要討論電流為2A的情況。

當(dāng)電流為2A時(shí)，隨著淡水流量的上升，產(chǎn)水電導(dǎo)率先緩慢上升，后下降。這是因?yàn)?，?dāng)?shù)髁勘容^小時(shí)，增大淡水流量，可以使水流在淡水室中更好的分布，與樹脂的反應(yīng)更充分，故水質(zhì)得以上升。當(dāng)?shù)畨毫^續(xù)增大時(shí)，淡水室和濃水室的壓差變小，直至為負(fù)，濃水向淡水滲透，使水質(zhì)變差。淡水室和濃水室壓差隨淡水流量的變化見圖4。

2.2.3 濃水流量對水質(zhì)的影響

調(diào)試時(shí)，電流取1A和2A兩種情況，淡水流量為2t/h，極水流量為100L/h，濃水流量對產(chǎn)水水質(zhì)的影響如圖5所示。

由圖5可見，濃水流量對水質(zhì)的影響不大，隨著濃水流量的上升，水質(zhì)有微弱的提升，這是因?yàn)殡S著濃水流量上升，濃水流速加快，濃水中離子濃度降低，促進(jìn)了淡水中的雜質(zhì)離子遷移到濃水中。但這種影響比較微弱。

3 結(jié)論

本文通過調(diào)試試驗(yàn)，將RO裝置的產(chǎn)水量由5t/h提高到5.6t/h，提高了12%。同時(shí)探討了影響RO+EDI造水系統(tǒng)水質(zhì)的因素，結(jié)論如下：

（1）通過調(diào)節(jié)二級RO進(jìn)水pH值，可以有效除去溶于水中的二氧化碳，提高水質(zhì)。

（2）當(dāng)EDI電流小于2A時(shí)，產(chǎn)水電阻率隨電流增大而增大;當(dāng)電流過大（大于3A）時(shí)，水質(zhì)有微弱下降。因此運(yùn)行時(shí)宜取2A到2.5A。

（3）淡水流量通過影響淡水室和濃水室的壓差影響水質(zhì)。當(dāng)?shù)髁窟^大時(shí)，淡水室和濃水室壓差為負(fù)，濃水向淡水滲透，水質(zhì)迅速下降。

（4）濃水流量本身較小，其取值對水質(zhì)影響不大。

參考文獻(xiàn)

[1]彭柯，何龍，鄭爽英，王波.EDI技術(shù)取代復(fù)床+混床除鹽工藝的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2011，37，8：124-126.

[2]通用電氣.E-CELL MK-3用戶手冊[M].通用電氣，5.

[3]陶氏化學(xué).反滲透和納濾膜元件[M].陶氏化學(xué)公司，2012：186.

[4]張贏.EDI產(chǎn)水水質(zhì)影響因素的試驗(yàn)及分析[J].工業(yè)用水與廢水，2007，38，1：21-26.

[5]聞瑞梅，范偉，鄧守權(quán).雜質(zhì)離子在EDI中的傳質(zhì)模型[J].凈水技術(shù)，2003，1：1-4.