“RO-EDI-EDI”及其演變工藝制備工業(yè)高純水的研究.pdf

1、電去離子(Electrodeionization，EDI)技術(shù)，是一種將電滲析(ED)和離子交換(IE)有機(jī)結(jié)合，在直流電場作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)去離子的復(fù)合脫鹽過程。EDI技術(shù)以其獨(dú)特的連續(xù)操作、工藝先進(jìn)、環(huán)境友好等顯著特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于電廠、制藥、微電子等工業(yè)領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有EDI技術(shù)對進(jìn)水要求十分苛刻，其中進(jìn)水硬度一般不能超過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

2、預(yù)處理，即采用“RO-RO－EDI”工藝。這導(dǎo)致了制水系統(tǒng)的投資居高不下，一定程度上限制了EDI的進(jìn)一步發(fā)展。
　　 為解決上述問題，本文提出了新型的“RO-EDI－EDI”高純水制備工藝。該工藝采用一級EDI，代替原工藝的第二級RO，即采用分級EDI技術(shù)制備高純水。EDI進(jìn)水硬度11.7 mg·L－1(以CaCO3計)，Ca2+3 mg·L－1，Mg2+1 mg·L－1。其中第一級EDI的主要目的是深度軟化，因此也稱為“深度軟

3、化EDI”。在已有研究的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)研究了模型構(gòu)造的改變對過程分離性能的影響，并對操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。第二級EDI的主要目的是深度脫鹽，因此也稱為“深度脫鹽EDI”。本文主要研究了不同樹脂類型、樹脂型號對出水水質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“RO-EDI－EDI”技術(shù)上可行，是一種安全、可靠、高效的高純水制備工藝。
　　 在“RO-EDI-EDI”工藝的基礎(chǔ)上，本文提出另外兩種純水的制備工藝：“RO－EDI”和“EDIR－EDI－

4、EDI”?！癛O-EDI”工藝，是把原來的兩級EDI的功能組合，即采用一級“超級EDI”同時實(shí)現(xiàn)軟化、脫鹽。本文重點(diǎn)研究了膜堆的I-V、pH-T、C-T等特征曲線。同時，本文先后考察了四個具有不同內(nèi)部構(gòu)造的EDI膜堆，在高硬度進(jìn)水條件下的脫鹽、防垢性能。在此基礎(chǔ)上對優(yōu)選的膜堆構(gòu)型進(jìn)行了320h的穩(wěn)定運(yùn)行考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過操作參數(shù)優(yōu)化，經(jīng)改進(jìn)的EDI其脫鹽率達(dá)99.8％，噸水耗電量0.31－0.35 kw·h·m－3，產(chǎn)水電阻率可達(dá)17

5、MΩ·cm，完全達(dá)到了高純水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　 “EDIR－EDI－EDI”工藝，則是采用三級EDI串聯(lián)進(jìn)行純水制備。第一級EDI采用倒極EDI(EDIR)技術(shù)，主要作用為初級除鹽，第二、第三級EDI主要作用分別為深度軟化和深度脫鹽。其中第一級EDI是研究的重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)首先研究了第一級EDI的軟化特征；其次探討了濃水流量、樹脂填充策略對膜堆結(jié)垢的影響；最后重點(diǎn)介紹了倒極EDI(EDIR)的脫鹽、防垢性能。EDIR進(jìn)水電導(dǎo)率為480

6、-520μS·cm－1，硬度約180 mg·L－1。EDIR倒極周期0-2h，倒極間歇期10-20s，采用500mA恒流方式運(yùn)行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膜堆出水電導(dǎo)率僅為60μS·cm－1，硬度17mg·L－1，出水水質(zhì)能夠滿足制水系統(tǒng)的設(shè)計要求。實(shí)驗(yàn)表明，“EDIR－EDI－EDI”能夠獲得高電阻率純水，主要缺陷是有機(jī)小分子物質(zhì)脫除率低。
　　 與當(dāng)前的主流的“RO-RO-EDI”純水技術(shù)相比，本文研究開發(fā)的新型EDI膜集成技術(shù)在制水成本