新型電去離子（EDI）膜集成技術(shù)制備工業(yè)高純水的研究.pdf

1、電去離子(Electrodeionization, EDI)技術(shù),是一種結(jié)合離子交換膜與離子交換樹脂,在直流電場(chǎng)作用下實(shí)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(jìn)、環(huán)境友好的深度脫鹽技術(shù),EDI在熱力發(fā)電、生物醫(yī)藥、微電子等眾多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有EDI技術(shù)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求比較苛刻,一般要求進(jìn)水硬度不超過1.0 mg.L-1(以CaCO3計(jì)),甚至0.1 mg.L-1。這使得在多數(shù)情況下必須使用兩級(jí)反滲透(RO)作為前處理

2、,即采用"RO/RO/EDI"工藝。在實(shí)際工程應(yīng)用中,由于水質(zhì)波動(dòng)、前處理不過關(guān)或操作失誤等原因,EDI膜堆結(jié)垢問題屢屢發(fā)生,在一定程度上阻礙了EDI的推廣應(yīng)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(guó)產(chǎn)化材料開發(fā)新型低水阻力EDI膜堆裝置,同時(shí)簡(jiǎn)化濃水工藝流程,重點(diǎn)考查了一級(jí)EDI對(duì)硬度離子(Ca2+、Mg2+)的去除效果,探討多數(shù)條件下僅使用一級(jí)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(chǔ)上進(jìn)一步考查"RO/EDI/EDI"全膜法純水制備工藝的性能。 研究了EDI對(duì)低濃度硬度離子的去除特征,通過對(duì)幾種不同構(gòu)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(zhì)量平衡計(jì)算中,提出用平衡系數(shù)K來(lái)判斷EDI膜堆的運(yùn)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(dá)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(jié)果發(fā)現(xiàn),膜堆電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)時(shí),對(duì)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(nèi)改變濃水流量,對(duì)最終Ca2+的去除率影響很小,但流量過小會(huì)增加濃室結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；恒流操作模式有利于保持Ca2+傳質(zhì)過程的相對(duì)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(duì)EDI過程的最終膜堆電流

5、影響不大,但由于初期膜堆內(nèi)鈣鎂離子的交換,導(dǎo)致濃水出水中兩組分的構(gòu)成比例發(fā)生改變,最后可逐漸隨時(shí)間恢復(fù)；Mg2+對(duì)陽(yáng)膜水解離的催化作用更強(qiáng),穩(wěn)定工況下的濃水pH值比處理僅含單一鈣組分原水時(shí)更低。在此基礎(chǔ)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(yùn)行過程。系統(tǒng)歷經(jīng)100余小時(shí)的連續(xù)操作,產(chǎn)水電阻率最終穩(wěn)定在15MO.cm以上,兩級(jí)EDI膜堆噸水耗電量?jī)H為0.32KWh/m3,實(shí)現(xiàn)了EDI系統(tǒng)耐受較高原水硬度與獲取高