電去離子

電去離子的概念早在上世紀50年代就已被提出，但它真正大規模應用僅僅在10多年以前。1987年，美國Millipore公司研製成功第一台商業EDI設備：Ionpure CDITM, 標誌着EDI技術達到實用化水平，EDI技術的研究和發展從此進入了一個快速發展的時期，目前具有領先水平國外公司主要有：美國Millipore、美國Ionics,加拿大E_cell,日本旭硝子。我國的EDI技術研究起步並不算晚，80年代初期，我國即已建立了填充牀電滲析的實驗裝置，研究了離子交換導電網電滲析、纖維填充牀電滲析、樹脂填充牀電滲析，並建立了生產離子交換纖維的生產基地，技術水平在當時應屬國際領先。然而由於種種原因及國內的特殊情況，在其後10年多時間裏，國內在此方面的研究卻幾乎停滯了，直到90年代中期，國外EDI技術不斷取得突破，並在許多工業系統成功應用，證明EDI具有極高的應用價值，國內又對其開始重視起來。自1996至今，多家研究機構從事其研究工作，並且取得了不錯的成果。目前國內主要的研究及生產機構有;清華大學、軍事醫學科學院（天津大學）、杭州水處理技術研究所、湖州玉泉水處理設備有限公司（歐美公司）、北京多元水處理設備有限公司等。

電去離子是結合了電滲析與離子交換兩項技術各自的特點而發展起來的一項新技術，與普通電滲析相比，由於淡室中填充了離子交換樹脂，大大提高了膜間導電性，顯著增強了由溶液到膜面的離子遷移，破壞了膜面濃度滯留層中的離子貧乏現象，提高了極限電流密度；與普通離子交換相比，由於膜間高電勢梯度，迫使水解離為H+和OH-，H+和OH-一方面參預負載電流，另一方面可以又對樹脂起就地再生的作用，因此EDI不需要對樹脂進行再生，可以省掉離子交換所必需的酸鹼貯罐，也減少了環境污染。

因此電去離子超純水系統具有如下優點：

（1）離子交換樹脂用量極少，僅為IE法的5%左右。

（2）不需要再生，降低了勞動強度，節省了酸鹼和大量清潔水，減少了環境污染。

（3）自動化程度高，易維護。

（4）單一系統連續運轉，不需備用系統。

以離子交換纖維代替顆粒樹脂作為電去離子隔膜間的填充物的研究在電去離子剛被認識時就已經開始了，但真正成功實現工業化的產品卻是添加了樹脂而不是纖維的電去離子，然而已有很多研究證明填充離子交換纖維比離子交換樹脂有許多明顯的優點，如：（1）隔膜的間距可以減少，通常ED的隔膜間距為0.8-1.0mm，而電去離子為3mm左右，如果填充離子交換纖維則可以使隔膜介於二者之間，這樣有利於縮短離子通道，提高極限電流密度。（2）離子交換纖維比表面積大、交換速度快，因此更符合電去離子的要求。本項目的創新點表現在採用一種自主開發的離子交換纖維新材料，開發可以滿足更高市場需求的純水高端產品，填補國內高端產品的空白。

最近幾年電去離子在各個工業領域都越來越受重視，許多工業系統開始採用電去離子作為其水處理系統的更新換代技術，如電力工業、製藥工業、微電子工業、電鍍與金屬表面處理等。

據推算電力行業水處理單元的操作費用約佔電力成本的10%，而用電去離子替代離子交換樹脂可以使每處理1000加侖水的成本由11美元降至1.75美元。

雖然藥用水的特點是並不要求很高的去離子程度，但電去離子系統具有同時去鹽和控制微生物指標的特點，因此已有多家企業採用RO/EDI集成系統。據稱該類系統性能穩定，全流程計算機連續監控，全自動操作無人值守。

電子工業對水質的要求極高，水電阻率要穩定的大於18MΩ,而EDI出水一般在15-17 MΩ左右，因此在電子級水的生產過程多采用EDI+拋光樹脂系統，即在EDI之後加離子交換，此工程雖然仍需離子交換，但由於EDI已除去了大部分離子，拋光樹脂幾乎不用再生，因此水處理費用仍然很低。

電去離子可用於電鍍廢水處理可以使水重複使用並回收重金屬離子。美國已有該類型系統的實驗裝置。

電去離子在食品工業、化學工業等都有很廣泛的應用。

電去離子法(Electro deionization)，簡稱EDI，是一種將電滲析與離子交換有機地結合在一起的膜分離脱鹽工藝，屬高科技綠色環保技術。它利用電滲析過程中的極化現象對離子交換填充牀進行電化學再生，集中了電滲析和離子交換法的優點，克服了兩者的弊端。 EDI技術結合了兩種成熟的水處理技術-電滲析技術和離子交換技術，我國稱此為填充牀電滲析或電去離子技術。它主要替代傳統的離子交換混牀來生產高純水，環保特性好，操作使用簡便，愈來愈多地被人們所認可，也愈來愈多廣泛地在醫藥、電子、電力、化工等行業得到推廣，至今，國際上已有3千多套EDI裝置在運行，總容量已超過3萬m3/h。

連續電除鹽（EDI，Electro deionization或CDI，Continuous electro deionization），是利用混和離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰陽離子交換膜而被除去的過程。這一過程離子交換樹脂是電連續再生的，因此不需要使用酸和鹼對之再生。這種新技術可以替代傳統的離子交換裝置，生產出高達18.2MΩ .cm(25℃)的超純水。EDI是利用陰、陽離子膜，採用對稱堆放的形式，在陰、陽離子膜中間夾着陰、陽離子樹脂，分別在直流電壓的作用下，進行陰、陽離子交換。而同時在電壓梯度的作用下，水會發生電解產生大量H+和OH-，這些H+和OH-對離子膜中間的陰、陽離子不斷地進行了再生。由於EDI不停進行交換--再生，使得純水度越來越高，所以，輕而易舉的產生了高純度的超純水。

EDI(電除鹽系統)工作原理

高純度水對許多工商業工程非常重要，比如：半導體制造業和製藥業。以前這些工業用的純淨水是用離子交換獲得的。然而，膜系統和膜處理過程作為預處理過程或離子交換系統的替代品越來越流行。如電除鹽過程（EDI）之類的膜系統可以很乾淨地去除礦物質並可以連續工作。而且，膜處理過程在機械上比離子交換系統簡單得多，並不需要酸、鹼再生及廢水中和。EDI處理過程是膜處理過程中增長最快的業務之一。EDI是帶有特殊水槽的非反向電滲析（ED），這個水槽裏的液流通道中填充了混牀離子交換樹脂。EDI主要用於把總固體溶解量（TDS）為1-20mg/L的水源製成8-17兆歐純淨水。

EDI系統裝置關於進水的注意事項：

進水必須符合反滲透直接透過水的水質，

·需要避免物理、化學和生物污染；

·物理污染PVC碎片、金屬碎屑；污垢，塵土；焊渣；樹脂顆粒等，

·化學污染、氧化劑，如氯氣；多價陽離子，如鐵、錳等；環氧樹脂及玻璃鋼容器製作過程中所用的硬化劑。

·污染物的來源：敞開式儲罐，脱氣塔；

沒有在EDI前配過濾器的軟化器等。

EDI系統裝置出水水質標準

採用RO裝置出水作為EDI給水，在一般情況下，EDI裝置的出水水質其電阻率都能達到16 MΩ·cm，有的甚至接近18 MΩ·cm。採取一些特殊的措施，還可使EDI裝置的出水電阻率接近於18.2 MΩ·cm的理論純水標準。然而，對EDI裝置出水電阻率指標的追求，應根據需要，要有經濟觀點，要從實際出發，不是愈高愈好。對於電子行業來説，用EDI裝置直接獲得18.2 MΩ·cm高純水，可不必再在EDI裝置後採用拋光混牀處理，比較方便；對於發電行業，為用EDI裝置處理鍋爐補給水系統來説，只需獲得5 MΩ·cm的純水就可以了。從佔EDI裝置所處理的總水量的多少來看，像電子行業這種對水質要求高的用户，只佔20% 左右；而對水質要求不高如發電行業作為鍋爐補充水來説，要佔60% 以上；對其它用户，它們對水質要求也不高，大致與發電行業相仿，也佔20%。因此從滿足大多數的80% 用户來考慮，只需EDI裝置出水在5 MΩ·cm以上就可以了。

國產的EDI裝置，可能由於製造技術和材料方面的原因，也可能由於用户對EDI技術不熟悉或其他方面的種種原因，運行中的EDI裝置出水從15 MΩ·cm以上逐漸下降，直到出水不能滿足用户要求，不能長期穩定在10 MΩ·cm，以上。針對國內離子交換膜的性能不如國外，對EDI工藝的掌握不如國外，以及對其他一些因素的考慮，提出新型結構的EDI裝置出水電阻率以穩定在10 MΩ.cm為宜：穩定在10 MΩ·cm為優質品，穩定在5 MΩ·cm為合格品。採用這樣的定位就可以滿足80% 絕大多數用户的需求。

EDI裝置是應用在反滲透系統之後，取代傳統的混合離子交換技術（MB-DI）生產穩定的去離子水。EDI技術與混合離子交換技術相比有如下優點：

1、佔地空間小，省略了混牀和再生裝置；

2.產水連續穩定，出水質量高，而混牀在樹脂臨近失效時水質會變差；

EDI裝置是一個連續淨水過程，因此其產品水水質穩定,電阻率一般為15MΩ·cm，最高可達18MΩ·cm，達到超純水的指標。混牀離子交換設施的淨水過程是間斷式的，在剛剛被再生後，其產品水水質較高，而在下次再生之前，其產品水水質較差。

3.運行費用低，再生只耗電，不用酸鹼，節省材料費用；

EDI裝置運行費用包括電耗、水耗、藥劑費及設備折舊等費用，省去了酸鹼消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費用。

在電耗方面，EDI裝置約0.5kWh/t水，混牀工藝約0.35kWh/t水，電耗的成本在電廠來説是比較經濟的，可以用廠用電的價格核算。

在水耗方面，EDI裝置產水率高，不用再生用水，因此在此方面運行費用低於混牀。

至於藥劑費和設備折舊費兩者相差不大。

總的來説，在運行費用中，EDI裝置噸水運行成本在2.4元左右，常規混牀噸水運行成本在2.7元左右，高於EDI裝置。因此，EDI裝置多投資的費用在幾年內完全可以回收。

4.環保效益顯著，增加了操作的安全性；

EDI屬於環保型技術，離子交換樹脂不需酸、鹼化學再生，節約大量酸、鹼和清洗用水，大大降低了勞動強度。更重要的是無廢酸、廢鹼液排放，屬於非化學式的水處理系統，它無需酸、鹼的貯存、處理及無廢水的排放，因而它對新用户具有特別的吸引力。

三、技術性能

EDI組件運行結果取決於各種各樣的運行條件。以下是保證EDI正常運行的最低條件。為了使系統運行效果更佳，系統設計時應適當提高這些條件。

EDI進水指標

為防止裝置出現污堵，減少其運行壽命，EDI對進水水質有一定的要求，一般採用RO的滲透水作為進水。

1、基本型控制系統配置説明：採用轉子流量表、含油壓力錶、液位控制開關、電導率儀、電阻率儀、流變開關、高低壓保護開關。人工觀測各點工作參數。

2、先進型控制系統配置説明：採用壓力變送器、流量變送器、液位變送器、電導變送器、A/D變送器、PLC可編程控制器、人機介面。

功能：人機介面顯示流量、壓力、液位、電導、電阻等數據參數，可調整設置各參數高低兩個控制點，可存儲360天的工作數據，以供隨時查詢，動態顯示系統工作流程，各點工作參數，超標報警。

電去離子系統來源於離子交換技術的模式，是電滲析技術的新升級，電去離子系統替代傳統的離子交換混牀生產超純水，這種技術國外已在電子、電力、化工等行業製備超純水方面得到較好的推廣應用。 ^[1]