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電去離子出水水質(zhì)的影響因素分析
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來(lái)源：慧聰網(wǎng)水工業(yè)行業(yè) 發(fā)布日期：2014-09-10 14:49:37 瀏覽次數：2168
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李清雪, 李福勤, 王冬云(河北建筑科技學(xué)院城建系,河北邯鄲056038)
中國給水排水 2002 Ｎｏ.11
摘 要: 通過(guò)原水電滲析后再接電去離子(EDI)裝置的試驗,考察了進(jìn)水流量、水質(zhì)等因素對EDI產(chǎn)水水質(zhì)的影響,并探討了EDI去除離子的最佳操作參數。試驗結果表明,降低進(jìn)水的電導率、適當提高膜堆的操作電壓及加大進(jìn)水流量都可提高產(chǎn)水水質(zhì)?！ ?/span>
關(guān)鍵詞: 電去離子; 電滲析; 離子交換; 高純水
中圖分類(lèi)號:ＴＵ991.2
文獻標識碼:Ｃ
文章編號:1000-4602(2002)11-0036-03
基金項目:河北省科技攻關(guān)指導項目(00213093)
收稿日期:2002-05-22
電去離子(Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ,簡(jiǎn)稱(chēng)EDI)技術(shù)是將電滲析和離子交換相結合的一種新型膜分離技術(shù),其主要特點(diǎn):①樹(shù)脂用電再生而不需使用酸堿,實(shí)現了清潔生產(chǎn);②設備運行的同時(shí)就自行再生,因此其相當于連續獲得再生的混床離子交換柱,能實(shí)現連續深度脫鹽;③產(chǎn)水水質(zhì)好、制水成本低、日常運行管理方便。
1 EDI基本原理
圖1是EDI原理示意圖。
圖1 電去離子原理示意圖
在電滲析器的淡水室填充陰、陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂,將電滲析和離子交換置于一個(gè)容器中而使兩者有機地結合為一體。水中離子首先因交換作用而吸附于樹(shù)脂顆粒上,然后在電場(chǎng)作用下經(jīng)由樹(shù)脂顆粒構成的"離子傳輸通道"遷移到膜表面并透過(guò)離子交換膜進(jìn)入濃室,存在于樹(shù)脂、膜與水相接觸的擴散層中的極化作用使水解離為Ｈ+和ＯＨ-,它們除部分參與負載電流外大多數對樹(shù)脂起再生作用,從而使離子交換、離子遷移、電再生三個(gè)過(guò)程相伴發(fā)生,相互促進(jìn),實(shí)現了連續去除離子的過(guò)程。
2 試驗裝置與流程
試驗工藝流程見(jiàn)圖2。
圖2 試驗流程
EDI裝置采用二級五段,在其淡水室中填充混合陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(陰∶陽(yáng)=2∶1),每段4個(gè)膜對。淡室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ(聚氯乙烯硬板,四室無(wú)回路暗道式進(jìn)出口為自制);濃室隔板:280ｍｍ×120ｍｍ×5ｍｍ(橡膠板,無(wú)回路);離子交換樹(shù)脂:天津南開(kāi)大學(xué)化工廠(chǎng)生產(chǎn)的001×7陽(yáng)樹(shù)脂和201×7陰樹(shù)脂;離子交換膜:上?；S(chǎng)生產(chǎn)的3361-ＢＷ陽(yáng)膜和3362-ＢＷ陰膜;電極:陽(yáng)極采用鈦涂釕,陰極采用不銹鋼。
3 結果與分析
3.1 原水電導率對脫鹽效果的影響
在進(jìn)水流量為120Ｌ/ｈ時(shí),改變原水電導率則得到出水電導率與原水電導率的關(guān)系曲線(xiàn),結果見(jiàn)圖3。
圖3 原水電導率對產(chǎn)水水質(zhì)的影響
由圖3可以看出,在相同的操作電流下,隨著(zhù)原水電導率的增加則EDI出水的電導率也增加。因為原水電導率低則離子的含量也低,同時(shí)低離子濃度使得在淡室中樹(shù)脂和膜的表面上形成的電勢梯度也大,這導致水的解離程度增強,極限電流增大,產(chǎn)生的Ｈ+和ＯＨ-的數量較多,使填充在淡室中的陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生效果良好。
從圖3還可看出,在原水的電導率為21.5μＳ/ｃｍ時(shí),隨著(zhù)操作電流的增大而EDI出水的電導率一直很小(0.1～0.05μＳ/ｃｍ),這是因為原水電導率越小則水解離越劇烈,產(chǎn)生的Ｈ+和ＯＨ-也越多,樹(shù)脂電再生的效果就越好(使其保持良好的交換性能)。當操作電流繼續升高時(shí),Ｈ+和ＯＨ-除用于再生樹(shù)脂外還用于負載電流,故淡室中的水解離程度繼續增大,使得離子交換與樹(shù)脂的再生逐漸達到平衡,產(chǎn)水電導率趨于穩定。因此,原水電導率是影響產(chǎn)水水質(zhì)的最重要因素之一。當進(jìn)水電導率較高時(shí),隨著(zhù)操作電流的增加其產(chǎn)水水質(zhì)有所下降。以原水電導率為100μＳ/ｃｍ時(shí)的曲線(xiàn)為例,當操作電流從0逐漸增加到5Ａ時(shí)EDI出水的電導率從0.17μＳ/ｃｍ上升到0.5μＳ/ｃｍ左右(水質(zhì)有所下降),其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱,樹(shù)脂幾乎沒(méi)有獲得再生,此時(shí)離子交換起了主要作用,短時(shí)間內樹(shù)脂就被鹽離子所飽和,而這時(shí)樹(shù)脂主要起到增強離子遷移的作用。
從圖中還可知,無(wú)論進(jìn)水含鹽量高或低,二級五段的EDI設備對其都有很好的脫鹽效果(脫鹽率>99%),出水的電導率能夠達到高純水標準(電導率<1μＳ/ｃｍ)。
3.2 流量對產(chǎn)水水質(zhì)的影響
當原水流量分別為60、80、100及120Ｌ/ｈ時(shí),EDI出水的電導率隨操作電流的變化見(jiàn)圖4。
圖4 流量對出水電導率的影響
由圖4可以看出,不同進(jìn)水流量時(shí)EDI出水的電導率隨操作電流變化很小,這是因為在電路上,淡室中的溶液相與樹(shù)脂相是并聯(lián)關(guān)系,由于所填充的離子交換樹(shù)脂的導電能力遠高于電滲析產(chǎn)水,因此樹(shù)脂相電阻成為淡室電阻大小的決定因素。離子傳輸主要通過(guò)樹(shù)脂相進(jìn)行,而在一定的淡水流量范圍內流量對樹(shù)脂相電阻影響很小,故膜堆總電流不發(fā)生明顯變化,產(chǎn)水電導率變化也很小,因此進(jìn)水流量對水解離程度的影響很小。
3.3 操作電壓對產(chǎn)水水質(zhì)的影響
當原水電導率為21.5μＳ/ｃｍ、流量為120Ｌ/ｈ時(shí)EDI出水電導率與操作電壓的關(guān)系如圖5所示。
圖5 操作電壓對出水電導率的影響
由圖5可知,EDI出水水質(zhì)與操作電壓密切相關(guān)。操作電壓過(guò)小則不足以在純水排出之前將離子從淡室移出,電滲析過(guò)程和樹(shù)脂電再生過(guò)程都比較微弱,此時(shí)主要進(jìn)行的是離子交換過(guò)程。隨著(zhù)操作電壓的增大則水解離程度增大、樹(shù)脂的再生效果好,使得淡水的電導率下降,當操作電壓增加到一定程度時(shí)離子交換過(guò)程與樹(shù)脂的再生過(guò)程達到了平衡,產(chǎn)水電導率進(jìn)一步下降并趨于穩定。但操作電壓過(guò)大將引起過(guò)量的水電離和離子反擴散而降低產(chǎn)水水質(zhì)。所以,建議EDI在適當的電壓下運行。
4 結語(yǔ)
提高EDI膜堆的操作電壓可得到高質(zhì)量的純水,但從提高膜堆電流效率的角度出發(fā)則操作電壓不宜太高;EDI膜堆進(jìn)水電導率越低(即預處理效果好)則EDI產(chǎn)水的電導率越低,產(chǎn)水水質(zhì)越好;另外適當增加進(jìn)水流量即增加隔室流速可提高產(chǎn)水水質(zhì)。
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