1 ＥＤＩ基本原理
图1是ＥＤＩ原理示意图。
图1 电去离子原理示意图
在电渗析器的淡水室填充阴、阳混合离子交换树脂,将电渗析和离子交换置于一个容器中而使两者有机地结合为一体。水中离子首先因交换作用而吸附于树脂颗粒上,然后在电场作用下经由树脂颗粒构成的"离子传输通道"迁移到膜表面并透过离子交换膜进入浓室,存在于树脂、膜与水相接触的扩散层中的极化作用使水解离为Ｈ+和ＯＨ-,它们除部分参与负载电流外大多数对树脂起再生作用,从而使离子交换、离子迁移、电再生三个过程相伴发生,相互促进,实现了连续去除离子的过程。
2 试验装置与流程
试验工艺流程见图2。
图2 试验流程
ＥＤＩ装置采用二级五段,在其淡水室中填充混合阴、阳离子交换树脂(阴∶阳=2∶1),每段4个膜对。淡室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ(聚氯乙烯硬板,四室无回路暗道式进出口为自制);浓室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ(橡胶板,无回路);离子交换树脂:天津南开大学化工厂生产的001×7阳树脂和201× 7阴树脂;离子交换膜:上海化工厂生产的3361-ＢＷ阳膜和3362-ＢＷ阴膜;电极:阳极采用钛涂钌,阴极采用不锈钢。
3 结果与分析
3.1 原水电导率对脱盐效果的影响
在进水流量为120Ｌ/ｈ时,改变原水电导率则得到出水电导率与原水电导率的关系曲线,结果见图3。
图3 原水电导率对产水水质的影响
由图3可以看出,在相同的操作电流下,随着原水电导率的增加则ＥＤＩ出水的电导率也增加。因为原水电导率低则离子的含量也低,同时低离子浓度使得在淡室中树脂和膜的表面上形成的电势梯度也大,这导致水的解离程度增强,极限电流增大,产生的Ｈ+和ＯＨ-的数量较多,使填充在淡室中的阴、阳离子交换树脂的再生效果良好。
从图3还可看出,在原水的电导率为21.5μＳ/ｃｍ时,随着操作电流的增大而ＥＤＩ出水的电导率一直很小 (0.1～0.05μＳ/ｃｍ),这是因为原水电导率越小则水解离越剧烈,产生的Ｈ+和ＯＨ-也越多,树脂电再生的效果就越好(使其保持良好的交换性能)。当操作电流继续升高时,Ｈ+和ＯＨ-除用于再生树脂外还用于负载电流,故淡室中的水解离程度继续增大,使得离子交换与树脂的再生逐渐达到平衡,产水电导率趋于稳定。因此,原水电导率是影响产水水质的最重要因素之一。当进水电导率较高时,随着操作电流的增加其产水水质有所下降。以原水电导率为 100μＳ/ｃｍ时的曲线为例,当操作电流从0逐渐增加到5Ａ时ＥＤＩ出水的电导率从0.17μＳ/ｃｍ上升到0.5μＳ/ｃｍ左右(水质有所下降),其原因是在高盐度下浓差极化较小、水解离作用弱,树脂几乎没有获得再生,此时离子交换起了主要作用,短时间内树脂就被盐离子所饱和,而这时树脂主要起到增强离子迁移的作用。
从图中还可知,无论进水含盐量高或低,二级五段的ＥＤＩ设备对其都有很好的脱盐效果(脱盐率>99%),出水的电导率能够达到高纯水标准(电导率<1μＳ/ｃｍ)。
3.2 流量对产水水质的影响
当原水流量分别为60、80、100及120Ｌ/ｈ时,ＥＤＩ出水的电导率随操作电流的变化见图4。
图4 流量对出水电导率的影响
由图4可以看出,不同进水流量时ＥＤＩ出水的电导率随操作电流变化很小,这是因为在电路上,淡室中的溶液相与树脂相是并联关系,由于所填充的离子交换树脂的导电能力远高于电渗析产水,因此树脂相电阻成为淡室电阻大小的决定因素。离子传输主要通过树脂相进行,而在一定的淡水流量范围内流量对树脂相电阻影响很小,故膜堆总电流不发生明显变化,产水电导率变化也很小,因此进水流量对水解离程度的影响很小。
3.3 操作电压对产水水质的影响
当原水电导率为21.5μＳ/ｃｍ、流量为120Ｌ/ｈ时ＥＤＩ出水电导率与操作电压的关系如图5所示。
图5 操作电压对出水电导率的影响
由图5可知,ＥＤＩ出水水质与操作电压密切相关。操作电压过小则不足以在纯水排出之前将离子从淡室移出,电渗析过程和树脂电再生过程都比较微弱,此时主要进行的是离子交换过程。随着操作电压的增大则水解离程度增大、树脂的再生效果好,使得淡水的电导率下降,当操作电压增加到一定程度时离子交换过程与树脂的再生过程达到了平衡,产水电导率进一步下降并趋于稳定。但操作电压过大将引起过量的水电离和离子反扩散而降低产水水质。所以,建议ＥＤＩ在适当的电压下运行。
4 结语
提高ＥＤＩ膜堆的操作电压可得到高质量的纯水,但从提高膜堆电流效率的角度出发则操作电压不宜太高;ＥＤＩ膜堆进水电导率越低(即预处理效果好)则ＥＤＩ产水的电导率越低,产水水质越好;另外适当增加进水流量即增加隔室流速可提高产水水质。
