新型電去離子（EDI）膜集成技術制備工業(yè)高純水的研究.pdf

1、電去離子(Electrodeionization, EDI)技術,是一種結合離子交換膜與離子交換樹脂,在直流電場作用下實現(xiàn)連續(xù)去離子操作的新型分離過程。作為一種工藝先進、環(huán)境友好的深度脫鹽技術,EDI在熱力發(fā)電、生物醫(yī)藥、微電子等眾多工業(yè)領域得到了廣泛應用。但現(xiàn)有EDI技術對進水水質要求比較苛刻,一般要求進水硬度不超過1.0 mg.L-1(以CaCO3計),甚至0.1 mg.L-1。這使得在多數(shù)情況下必須使用兩級反滲透(RO)作為前處理

2、,即采用"RO/RO/EDI"工藝。在實際工程應用中,由于水質波動、前處理不過關或操作失誤等原因,EDI膜堆結垢問題屢屢發(fā)生,在一定程度上阻礙了EDI的推廣應用。 為解決上述問題,本研究提出了EDI深度除硬及"RO/EDI/EDI"這一新的膜集成工藝用于高純水的制備。采用全國產(chǎn)化材料開發(fā)新型低水阻力EDI膜堆裝置,同時簡化濃水工藝流程,重點考查了一級EDI對硬度離子(Ca2+、Mg2+)的去除效果,探討多數(shù)條件下僅使用一級RO作

3、為前處理的可行性,確立了深度除硬系統(tǒng)穩(wěn)定操作的主要條件,在此基礎上進一步考查"RO/EDI/EDI"全膜法純水制備工藝的性能。 研究了EDI對低濃度硬度離子的去除特征,通過對幾種不同構造EDI膜堆的特征曲線分析發(fā)現(xiàn),采用6∶4(C/A)比例的填充比例是較為合適的；在離子質量平衡計算中,提出用平衡系數(shù)K來判斷EDI膜堆的運行模式；在電流效率分析中,提出了離子遷移電流百分率(IMCF)的概念,并指明了兩種情況下的表達式。 分

4、析了影響EDI去除硬度離子過程的主要因素,包括膜堆電壓、膜堆電流、濃水流量、淡水流量、供電模式、原水組分等。結果發(fā)現(xiàn),膜堆電壓穩(wěn)定在一定范圍內時,對Ca2+的去除率可接近100％,電壓過低或過高均不利于硬度離子的去除；在一定范圍內改變濃水流量,對最終Ca2+的去除率影響很小,但流量過小會增加濃室結垢風險；恒流操作模式有利于保持Ca2+傳質過程的相對穩(wěn)定；所選的操作電流值須與膜堆的處理能力合理匹配；鈣鎂雙組分原水對EDI過程的最終膜堆電流

5、影響不大,但由于初期膜堆內鈣鎂離子的交換,導致濃水出水中兩組分的構成比例發(fā)生改變,最后可逐漸隨時間恢復；Mg2+對陽膜水解離的催化作用更強,穩(wěn)定工況下的濃水pH值比處理僅含單一鈣組分原水時更低。在此基礎上,初步考查了完整的新型RO/EDI/EDI膜集成系統(tǒng)制備高純水的運行過程。系統(tǒng)歷經(jīng)100余小時的連續(xù)操作,產(chǎn)水電阻率最終穩(wěn)定在15MO.cm以上,兩級EDI膜堆噸水耗電量僅為0.32KWh/m3,實現(xiàn)了EDI系統(tǒng)耐受較高原水硬度與獲取高