美国Electropure EDI电去离子技术.doc

一、什么是EDI

EDI全称是"electrodeionization"，中文全称：“电去离子”、或是“连续电去离子”、“连续电除盐”等，早期国内也称之为“填充床电渗析”。
EDI是一种将电渗析与离子交换有机地结合在一起的膜分离深度除盐技术，属高科技绿色环保技术。它利用电渗析过程中的极化现象对离子交换填充床进行电化学再生，以直流电压为驱动力，利用混合离子交换树脂的离子吸附的交换作用和阴阳离子交换膜的选择透过性，使一水体中的阴阳离子分别通过阴阳离子交换膜迁移到另一水体中而得到纯化的分离过程。这一过程离子交换树脂是连续电再生的，因此不需要使用外加的酸和碱对之再生，而且生产出高达18MΩ.cm(25℃)的超纯水。这种新技术完全可以替代传统的离子交换技术（如：混合离子交换器）。

二、Electropure EDI原理
基本原理
EDI是利用阴、阳离子膜，采用对称堆放的形式，在阴、阳离子膜中间夹着阴、阳离子树脂，水中的离子首先被树脂捕捉，阴阳离子分别在直流电压的作用下，向不同的方向迁移，离子通过相应的离子膜而到达膜的另一侧，使水得到纯化。而同时在电压梯度的作用下，水会发生电解产生大量H+和OH-，这些H+和OH-对离子膜中间的阴、阳离子交换树脂不断地进行了再生。由于EDI不停的进行交换一一再生，使得水的纯度越来越高，所以，最终产生了高纯度的超纯水。

三股独立水流
Electropure EDI模块将进水流分成了三股独立的水流：
1.产水水流（最高水回收率达99%）
2.浓水水流（通常5~10%，可以循环回流到RO进水）
3.极水水流（1%，阳极和阴极的水排放）
离子选择性膜
阴离子选择性膜可以透过阴离子而不能透过阳离子
阳离子选择性膜可以透过阳离子而不能渗透过阴离子
树脂离子交换技术
    Electropure EDI从水中去除不想要的离子是通过在淡水室中将它们吸附在离子交换树脂上，然后将这些离子输送到浓水室中。在模块的淡水室中，阴离子交换树脂释放出氢氧根离子（OH-）与溶解盐中的阴离子（如：Cl-）交换。同样，阳离子交换树脂释放出氢离子（H+）与溶解盐中的阳离子(如:Na+)交换。
离子迁移
    通过放置在组件两个末端的阳极（+）和阴极（-）建立一个直流（DC）电场。直流电场牵引或排斥这些吸附的离子，驱动这些被吸附的离子沿着树脂球的表面移动，然后穿过薄膜进入到浓水室。
水电解和树脂再生
    在淡水室中的离子交换树脂还会发生一个重要现象，在电压梯度高的特定区域，通过水的电化学“分解”能够产生大量的H+和OH-离子。这些区域中产生的H+和OH-离子在混合离子交换树脂中可 以使树脂和膜连续不断得到再生，并且不需要添加化学试剂。
电化学反应产生气体
阳极处的氧化反应产生O2、Cl2
阴极处的还原反应产生H2

Electropure EDI各种离子去除特性
在EDI除盐过程中用相同的效率并不能去除所有的离子。这个事实会影响产品水的质量和纯度。
1)首先去除简单离子
离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。
这些典型的离子包括： H+、OH-、Na+、Cl-、Ca2+和SO42- (和一些相似的离子)。在EDI模块的第一个区域，相较其它离子，这些离子优先被去除。这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。当H+和OH-离子变得平衡后，pH值接近7.0。
EDI模块的第一个区域被称为“工作床”。
2)其次去除中等强度离子和极化离子 (例如，CO2)
CO2是最常见的EDI进水组成。CO2有着复杂的化学发应，依据其H+离子当地区域的浓度，被认为是可以适度的离子化：CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3- = 2H+ + CO32-当pH值在这个部分接近7.0左右时，大部分CO2以重碳酸盐(HCO3-)形式存在。重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附，如此仍然不能与“简单”离子(例如Cl-、和SO42-) 相抗衡。在EDI模块的第二个区域， CO2 (包括它所有的形式)相较于强度更加微弱的离子优先被去除。EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响EDI产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。
3)最后去除强度微弱的离子 (例如:溶解的二氧化硅和硼)
对于类似二氧化硅分子物质的离子化能力相当微弱，并且难吸附在离子交换树脂上，使用任何反电离过程都很难将之去除。
如果已经去除了所有的“简单”离子，并且去除了所有CO2，EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。在模块第三个区域的停留时间非常重要。停留时间越长，去除效率就越高。第三个区域较长的停留时间，需要RO产品水的电导率达到最小（去除大量“简单”离子），同时使RO产水中CO2的数量最少化。而且需要使EDI进水的pH值在7.0~7.5的最佳范围，减少H+离子负荷和创造CO2转变成离子态的条件。EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为“抛光床”。
EDI进水中不同的离子种类，以及它们的浓度，将直接影响着EDI的工作性能和效率。

三、EDI优势
EDI技术优势
1) EDI不需要酸碱化学试剂再生；
2) 不需要设计酸碱废水处理系统；
3) 厂房内没有酸碱腐蚀；
4) 工厂工作环境优异；
5) 系统设备故障点少；
6) 系统自动化程度高；
7) 系统操作维护简单；
8) EDI再生时不需要关闭设备；
9) 产品水水质稳定一致；
10) 没有防腐费及排污费等其它综合费用；
11) 系统综合运行费用低；
12) 主体设备和辅助设备系统的整体占地面积小；
13) 辅助设备和电控单元的投资很小；
14) 土建和厂房的投资小；
15) 没有严重的人身安全问题；
16) 所需能源少；
17) EDI是高科技和节能环保技术；
18) EDI是二级除盐技术的革命性技术。

混床劣势
1）需要设计酸碱系统对离子交换树脂进行再生；
2）需要设计酸碱废水的收集、处理、排放等辅助系统；
3）厂房内容易产生严重的酸碱腐蚀；
4）工厂工作环境恶劣；
5）系统设备故障点多；
6）系统自动化程度比较复杂；
7）系统操作维护困难；
8）再生时需要关闭设备；
9）每年酸碱消耗量大；
10）每年系统防腐费用、树脂添加及排污费等综合费用巨大；
11）系统综合运行费用高；
12）主体设备和辅助设备系统的整体占地面积大；
13）辅助设备和电控单元的投资很大；
14）土建和厂房的投资大；
15）容易产生严重的人身安全问题；
16）产生酸碱废水不符合环保要求。

四、EDI应用领域

EDI技术主要替代传统的混合离子交换器（简称：混床）来生产高纯水，环保特性好，生产过程中不需要外加化学试剂对EDI再生，能够连续、稳定、大流量的工作，操作使用简便，愈来愈多地被人们所认可和应用，其主要应用领域：
电力：锅炉补给水处理系统
石油/化工：锅炉补给水处理系统、化工工艺过程
冶金：锅炉补给水处理系统、或其它用途
造纸：锅炉补给水处理系统
电子/半导体：半导体、太阳能、多晶硅、LED、电极箔等
医药：纯化水系统
汽车：油漆工艺等用水点
玻璃及特种行业：超纯水用途

五、EDI术语
阴离子:一种带有一个或多个负电荷（如Cl-、OH-、SO42-）的离子（带电原子或原子团）。
阳极:一种带正电的电极，吸引阴离子。
阳极电解液:阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。
阴极:一种带负电的电极，吸引阳离子，通常由不锈钢制作。
阴极电解液:阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。
阳离子:一种带有一个或多个阳电荷（如Na+、NH4+和Ca2+）的离子（带电原子或原子团）。
浓水流:流经浓水室并收集离子的水流。
电导率:水传导电流能力的一个电学测量参数，其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。单位是μS/cm，一般是指25℃。
直流（DC）电流:电流不改变状态，在EDI系统中与移动的离子数量成比例，包括水裂解的离子。
直流（DC）电压:电压不改变极性。电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。在直流电压中会有一些交流的电压成份存在。
电极:传导电场的金属板（阳极和阴极），并且促进电化学反应发生，电极通过导线与外部电源相连。
电解液:电极附近的离子溶液。Electropure 单元将两种电解液汇成一股，在通过“电解液出口”导出端口将它们输送到模块之外。
进水:垂直进入EDI模块的水。它将供应给淡水室、浓水室和极水室。这种水的水源就是反渗透的产品水。
GPM(gpm):加仑每分钟。水流量的一个测量参数。1.0gpm相当于227升/小时，4.4gpm相当于1.0m3/hr。
离子交换膜:含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜，且不允许水通过。
离子交换树脂:含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。
兆欧:（MΩ.cm）电学测量参数的单位，用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。它是一个电阻参数。不含杂质的超纯水在25ºC时可以达到18.24兆欧.厘米（MΩ·cm）。
pH值:氢离子（H+）浓度的一个测量参数。pH值用对数从0到14来表述。 pH值为0或在0附近的是强酸性，pH值为7为中性，pH值为14或在14附近是强碱性。
分解:水在电流的作用之下分解成H+和OH-，这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情况下。它导致水的分解以传导电流。一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。pH值的波动一般跟分解作用有关。水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。
ppb:十亿分之一，或μg/l。用于衡量水中离子的数量，如：超纯水中的硅含量。
ppm:百万分之一，或mg/l。用于标识水中总溶解固体数目（TDS）的参数单位。这个参数单位一般用于描述进入EDI模块的水流的纯度。在低电导率时，1ppm近似等于2μs/cm。
成品（淡水）水流:流经纯化室或淡水室的水流。这股水流就是去离子水。
电阻率:描述水阻挡电流的能力的测量参数。离子浓度降低，电阻率就增加；离子浓度增加，电阻率就降低。这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。不含杂质的超纯水在25℃可以达到18.24 MΩ.cm。
盐:由金属或带正电的根原子团完全或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。盐类举例：

酸
金属或带正电的根原子团
盐
HCl
钠(Na+)
NaCl
H2SO4
钙(Ca2+)
CaSO4
HNO3
镁(Mg2+)
Mg(NO3)2
H2SO4
钾(k+)
KHSO4

TOC:总有机碳：水样品中活性有机化合物的含量数目参数。非有机炭总量（CO2）为从总碳中减去有机碳后剩下的部 分。用ppm或毫克/升表示。 
USP超纯水:USP质量要求，被采用蒸馏、离子交换、电去离子技术 、或其它恰当的工艺将  水纯化，遵从EPA(美国环保总署)饮用水规则并且包含无额外物质存在。