1、Electrodeionization,Electro-de-ionization,EDIElectrodeionization 意為“ 電去離子” 是一種不耗酸、堿而制取純水的新技術(shù)， 俗稱“ 電混床”、“ 填充床電滲析”,什么是EDI？,EDI 的工作原理,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà) 弱電解質(zhì)的脫除,連續(xù)運(yùn)行，無(wú)需酸堿,OMEXELLTM EDI 純水制備流程,um,A,過(guò) 濾 對(duì) 象,分子量,0.001,10,0.01,100,0.1,1000,1.0,10,4,10,10,5,100,1000,10,6,10,7,100,200,5,000,20,000,100,000,500,000,金屬離子,蔗

2、 糖,去除 方法,乳化油,病 毒,膠 體 硅,細(xì) 菌 灰塵,碳 黑,顏 料 色 素,酵 母,沙粒,花 粉,反 滲 透,超 濾,微 濾,一 般 過(guò) 濾,過(guò) 濾 譜 圖,腐殖酸,醇、酚、芳烴,EDI,MBR,陽(yáng)/陰 床,混 床,純 水,傳統(tǒng)工藝,消耗大量酸、堿 污染環(huán)境,反滲透,純 水,現(xiàn)代工藝,仍需酸、堿消耗 污染環(huán)境,原水預(yù)處理,反滲透,EDI,純 水,最新工藝,無(wú)需酸、堿 污染環(huán)境,原水預(yù)處理,原水預(yù)處理,混 床,純水制備工藝的演變,EDI 的工作原理,純水中鹽離子在樹(shù)脂中的遷移速率比水中高23個(gè)數(shù)量級(jí) 樹(shù)脂的存在加速了離子遷移，改善了膜面的極化現(xiàn)象 離子遷移、水電解、樹(shù)脂再生同時(shí)發(fā)生,通過(guò)

3、EDI能夠獲得高達(dá)18Mcm的純水。,純水制備中的能量轉(zhuǎn)換,EDI 的發(fā)展歷史,60年代開(kāi)始EDI理論研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。 1987年第一臺(tái)產(chǎn)品化的EDI問(wèn)世。 1998年，全球有1300套EDI 工業(yè)裝置在運(yùn)行。 19952000年，伴隨電子行業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展、成熟。 19982005年，在制取鍋爐給水中的應(yīng)用中高速增長(zhǎng)。,EDI高速發(fā)展的原因,首先是日益增長(zhǎng)的環(huán)保壓力 采用反滲透作為預(yù)脫鹽技術(shù) 專營(yíng)樹(shù)脂再生的公司產(chǎn)生， 避免在工廠儲(chǔ)存酸堿和排放廢液 使用EDI技術(shù)，徹底解決廢液排放的問(wèn)題 其次是 EDI 自身具有的性能優(yōu)勢(shì) 可連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)高品質(zhì)純水，無(wú)需因樹(shù)脂再生而停機(jī) 無(wú)污染物排放，

4、既節(jié)能、環(huán)保，又省去了廢液處理的投資 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，節(jié)省空間 出廠完成裝置調(diào)試，現(xiàn)場(chǎng)工作量小，上崗培訓(xùn)容易 日常保養(yǎng)、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低,EDI 的優(yōu)點(diǎn)與混床的比較以100t/hr產(chǎn)水量計(jì),系統(tǒng)流程及流量平衡,RO DI 流程,RO OMEXELLTM EDI 流程,Q=142 m3/h,Q=106 m3/h,Q= 6 m3/h,Q=135 m3/h,Q=105 m3/h,Q= 5 m3/h,預(yù)處理,Q=100m3/h,預(yù)處理,RO,混床,RO,EDI,Q=100m3/h,節(jié)約除鹽水自耗！,混 床 工 藝 系 統(tǒng),設(shè)備簡(jiǎn)單！,EDI工藝系統(tǒng),投 資 相 當(dāng)!,運(yùn) 行 費(fèi) 用

5、低!,占地面積小!,施工周期短!,EDI占地僅僅36m2，高2.5m,混床系統(tǒng)占地,環(huán) 保， 無(wú) 污 染!,運(yùn)行管理簡(jiǎn)便,全球主要EDI供應(yīng)商 OMEXELL E-cell Ionpure ,Omexell，卷式EDI,摹仿反滲透的卷式結(jié)構(gòu)。膜塊化設(shè)計(jì)； 帶有濃水循環(huán)和加鹽系統(tǒng)； 可以更換樹(shù)脂和膜芯。,卷式,全球主要EDI供應(yīng)商 E-cell, 隸屬于GE,摹仿電滲析結(jié)構(gòu)，板框式。膜塊化設(shè)計(jì)； 帶有濃水循環(huán)和加鹽系統(tǒng)。,Ionpure，隸屬于US Filter,Siemens,摹仿電滲析結(jié)構(gòu)，板框式。膜塊化設(shè)計(jì)； 濃水室加樹(shù)脂來(lái)替代加鹽。,板框式結(jié)構(gòu),其它 EDI,Electropure,美國(guó)

6、，板框式,Septron，卷式EDI,隸屬于Christ，瑞士,Canpure，中國(guó) 東大，中國(guó) ,2000 2003,清華大學(xué)微電子所電子超純水系統(tǒng)中率先使用EDI技術(shù)， E-cell進(jìn)水中國(guó),EDI技術(shù)首次在鍋爐給水系統(tǒng)中應(yīng)用（濟(jì)南金雞嶺熱電廠 產(chǎn)水150t/h系統(tǒng)）。,EDI首次在中國(guó)30萬(wàn)千萬(wàn)以上機(jī)組的亞臨界鍋爐給水系統(tǒng)中應(yīng)用，山西古交電廠。,1999,近5年來(lái)EDI在中國(guó)的發(fā)展,EDI 在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用,產(chǎn)水水質(zhì)滿足用戶要求： 醫(yī)藥用水（蒸餾水機(jī)進(jìn)水）： 電阻率 2Mcm 中壓鍋爐補(bǔ)給水： 電阻率 0.2Mcm ，SiO2b100ppb 高壓及臨界鍋爐補(bǔ)給水： 電阻率 5Mcm，Si

7、O2b20ppb 化工、鋼鐵工藝用水： 電阻率0.13Mcm ，SiO2b20ppb 良好的進(jìn)水適應(yīng)性： 設(shè)備投資經(jīng)濟(jì)； 元件易于維護(hù)，更換成本低。,適合市場(chǎng)需求的EDI產(chǎn)品特征,EDI 的發(fā)展趨勢(shì),電子超純水,電力、化工醫(yī)藥高純水,高的產(chǎn)水電阻率,較高進(jìn)水水質(zhì)（兩級(jí)RO）,對(duì)成本關(guān)注程度較低,產(chǎn)水電阻率要求相對(duì)較低,較低進(jìn)水水質(zhì) （一級(jí)RO）,非常關(guān)注投資及運(yùn)行成本,！行業(yè)要求、成本的關(guān)注促進(jìn)了市場(chǎng)對(duì)EDI技術(shù)的認(rèn)可,EDI的工藝設(shè)計(jì),OMEXELLTM EDI 與疊片式EDI比較,項(xiàng),目,單,位,TEA,（包括,CO,2,）,ppm(CaCO,PH,硬度,CO,2,ppm,SiO,2,pp

8、m,TOC,ppm,余氯,ppm,Fe,、,Mn,、,H,2,S,ppm,油或油脂,ppm,EDI進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo) 硬度 弱電介質(zhì)碳酸； 有機(jī)污染物 其它,注：TEA 總陰離子濃度（CaCO3計(jì)）。,OMEXELLTM EDI 與疊片式EDI比較,EDI進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo),硬度 硬度主要影響結(jié)垢； 在產(chǎn)水端，濃水側(cè)的陰膜界面，發(fā)生結(jié)垢； 和碳酸的含量密不可分； 結(jié)垢后元件電阻增加，及時(shí)酸洗可恢復(fù)。,工藝選擇： RO進(jìn)水軟化費(fèi)用高； RO產(chǎn)水軟化存在二次污染； 二級(jí)RO投資較高。,陽(yáng)膜,陰膜,弱電解質(zhì)碳酸 碳酸的去除難度比強(qiáng)電解質(zhì)高； 碳酸含量對(duì)EDI產(chǎn)水電阻率影響很大； 碳酸競(jìng)爭(zhēng)性地影響EDI對(duì)硅的脫除

9、 不會(huì)造成不可逆的污染。,碳酸的影響： 總無(wú)機(jī)碳含量增加，產(chǎn)水電阻率下降。,pH8.5,碳酸的影響： 總無(wú)機(jī)碳含量一定，pH增加，產(chǎn)水電阻率提高； 或者說(shuō)，HCO3-形態(tài)比H2CO3形態(tài)容易去除。,進(jìn)水電導(dǎo)率24S/cm，進(jìn)水TIC3.6ppm,有機(jī)物： 微生物繁殖； RO產(chǎn)水中的有機(jī)物、軟化、脫碳過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染； 表現(xiàn)為產(chǎn)水水質(zhì)持續(xù)下降，性能難以恢復(fù)； 經(jīng)檢查，樹(shù)脂受到嚴(yán)重污染，交換容量大幅下降。更換樹(shù)脂后恢復(fù)。,其它： EDI在RO后面使用； 經(jīng)過(guò)陽(yáng)、陰床處理后的原水，盡管電導(dǎo)率很低，但仍不建議使用EDI。（離子以外的雜質(zhì)污染）,盡管EDI進(jìn)水為RO產(chǎn)水，甚至二級(jí)RO的產(chǎn)水，但是仍不

10、能避免3種因素對(duì)于EDI的負(fù)面影響： 1）RO產(chǎn)水中存在微量有機(jī)物（通常為50500ppb），逐漸被陰樹(shù)脂吸附、積累，造成陰樹(shù)脂性能下降；且不能通過(guò)清洗恢復(fù)；,2）RO和EDI之間引入的二次污染。通常包括，軟化器（鹽及樹(shù)脂）、脫碳塔（不潔空氣）、水箱（溶出物、微生物）； 3）樹(shù)脂本身活性官能團(tuán)逐漸降解，當(dāng)氧化劑存在時(shí)將加速該降解過(guò)程。 以上3個(gè)因素會(huì)造成不可恢復(fù)性的衰減，不同于EDI進(jìn)水中硬度、CO2等指標(biāo)的影響。,有機(jī)物造成樹(shù)脂性能衰減,1）EDI性能衰減幾乎全部是由于陰樹(shù)脂性能下降引起。很多系統(tǒng)的EDI在12年內(nèi)就難以為繼，盡管供應(yīng)商聲稱可以保障3年或者5年，但實(shí)際情況并非如此。該現(xiàn)象在單

11、級(jí)反滲透后比較普遍，而在二級(jí)RO后也有發(fā)生； 2）EDI最初在電子超純水系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，水量較小、水箱、管道均采用潔凈材料，且流程中多處使用紫外殺菌，因此這種情況不突出。但在電廠使用中，行業(yè)特點(diǎn)使得這些控制有機(jī)物和微生物的措施均難以實(shí)施，這給系統(tǒng)帶來(lái)隱患。 3）一旦EDI性能發(fā)生不可逆的衰減，簡(jiǎn)單更換樹(shù)脂就能恢復(fù)。而化學(xué)清洗等努力被證明是無(wú)效的。如果整個(gè)膜塊更換，對(duì)于產(chǎn)品供應(yīng)商和工程公司來(lái)說(shuō)都是無(wú)法承受的。,有機(jī)物造成樹(shù)脂性能衰減,從EDI中卸出的被污染陰樹(shù)脂,新的陰樹(shù)脂,被污染陰樹(shù)脂在體視顯微鏡下的相貌。,交換容量經(jīng)測(cè)定只有新樹(shù)脂的1/3。 要想保持樹(shù)脂性能35年，在工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)中要格外

12、細(xì)致。,被污染后顏色加深的陰樹(shù)脂,新的陰樹(shù)脂,陰樹(shù)脂污染后，顏色明顯加深。,陰樹(shù)脂在運(yùn)行后存在污染問(wèn)題，顏色加深。,被污染后顏色加深的陰樹(shù)脂,可更換樹(shù)脂的特點(diǎn)十分重要,打開(kāi)元件端蓋和膜芯端頭的多孔板，樹(shù)脂就可以用水流沖出。 一旦發(fā)生樹(shù)脂的不可逆污染，更換樹(shù)脂就可以解決問(wèn)題，且花費(fèi)極少。,外殼,膜芯,樹(shù)脂,RO,EDI,NaOH,軟化,RO,NaOH,EDI,高投資,小系統(tǒng),低含鹽,常見(jiàn)的工藝流程：,RO,EDI,RO,EDI,其它的工藝流程：,軟化,脫碳,軟化器二次污染,空氣二次污染；CO2去除不充分,RO,脫氣膜,EDI,采用效率更高、更清潔的脫氣膜。,工藝?yán)淠?EDI,陽(yáng)床,EDI,其它

13、用途：,? ? ? ?,膠體、顆粒,陰床,總結(jié)：,1.EDI對(duì)于弱電解質(zhì)脫除作用有限，因此應(yīng)合理設(shè)計(jì)前處理工藝； 2.原水含鹽量在300mg/L以下時(shí)，可以考慮單級(jí)反滲透作為前處理，但需要特別留意硅的指標(biāo)要求。有時(shí)電阻率能夠滿足要求，但硅的指標(biāo)不能可靠達(dá)到； 3.大型機(jī)組往往需要采用雙級(jí)RO加EDI的流程，以增強(qiáng)可靠性；,1.EDI中的陰樹(shù)脂很容易被污染、氧化，從而導(dǎo)致性能不可恢復(fù)地衰減； 2.中間水箱的防腐、微生物繁殖；EDI前軟化器的使用；鼓風(fēng)脫碳帶入的空氣污染； 3.RO進(jìn)水氧化劑超標(biāo)，導(dǎo)致RO膜和EDI樹(shù)脂均遭破壞； 4.可以方便更換樹(shù)脂可以增強(qiáng)抗擊風(fēng)險(xiǎn)的能力。,EDI的運(yùn)行,EDI對(duì)

14、進(jìn)水硬度等要求高，需要軟化或者雙級(jí)反滲透； EDI對(duì)弱電解質(zhì)脫除能力不足，往往需要利用雙級(jí)反滲透來(lái)脫除堿度，以提高對(duì)硅等更弱電解質(zhì)的脫除； 樹(shù)脂容易受到污染或者性能降解，元件壽命較短； 一旦樹(shù)脂性能下降，整個(gè)更換元件代價(jià)很高。,EDI技術(shù)的局限性,針對(duì)市場(chǎng)更大的工業(yè)高純水（鍋爐補(bǔ)給水、制藥等）系統(tǒng)； 特點(diǎn)：水量大，水質(zhì)要求相對(duì)較低（5MOhm-cm，SiO220ppb） 投資低短流程，“單級(jí)反滲透EDI”最好能夠滿足； EDI進(jìn)水水質(zhì)放寬（硬度、堿度、有機(jī)污染物） EDI脫除弱電解質(zhì)性能提高,新一代 EDI的市場(chǎng)定位,1. 樹(shù)脂、膜芯可以方便更換規(guī)避樹(shù)脂被破壞的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)； 2. 通過(guò)內(nèi)部調(diào)整p

15、H和電流密度，增強(qiáng)弱電解質(zhì)的脫除能力。,新一代 EDI的技術(shù)方向,OMEXELL 316的原理,OMEXELL 316的原理,沿著流程方向電流密度變化,OMEXELL 316的原理,沿著流程方向可調(diào)控pH,pH升高,OMEXELL 316的性能,B4為OMEXELl 316型EDI；E為其它品牌EDI,OMEXELL 316的性能,卷式結(jié)構(gòu)利與弊,卷式結(jié)構(gòu) 離子膜裝填面積大，兩個(gè)電極之間距離近，元件電壓很低，比板框式結(jié)構(gòu)低5080； 不均勻的電場(chǎng)一定程度上削弱了這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但仍然表現(xiàn)低電耗。 卷式結(jié)構(gòu) 噸水電耗低40以上。 通常情況下，每只元件每年少耗電10002000kW，在元件壽命期可節(jié)約2

16、5005000元人民幣電費(fèi)。,EDI的廢物排放與安全,1）水回收率9095； 2）陰極有氫氣釋放； 3）陽(yáng)極有氯氣釋放，陽(yáng)極水中余氯含量通常1-3ppm；,氫氣 還原電極電勢(shì)越高的物質(zhì)，其氧化態(tài)在陰極上越易被還原。陰極主要發(fā)生H+的還原反應(yīng)：,氫氣 氫氣的物質(zhì)的量可根據(jù)法拉第定律進(jìn)行計(jì)算： I電流強(qiáng)度，A； t時(shí)間， S； n以摩爾表示的物質(zhì)的量； Z計(jì)量系數(shù)，對(duì)氫氣和氧氣而言均為2； F法拉第常數(shù)，96484.6Cmol-。,氫氣 當(dāng)EDI運(yùn)行電流為3A時(shí)，根據(jù)上式，陰極每小時(shí)產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量為5.610-2mol/Hour。 組件陰極產(chǎn)生的都是氫氣；每摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.

17、4L/mol，因此每支組件產(chǎn)生的氫氣體積為1.2544 L/Hour。 氫氣的爆炸極限為4.075.6。 若按200t/hr的EDI系統(tǒng)計(jì)算，需要3134 L/Hour以上的新風(fēng)即可安全。 廠房的換風(fēng)系數(shù)為0.5。安全系數(shù)極高。,EDI工程應(yīng)用實(shí)例,1.大唐高井電廠，循環(huán)水排污水回用于鍋爐補(bǔ)給水工程,系統(tǒng)產(chǎn)水規(guī)模150m3/h,MMF,高壓鍋爐用水,循環(huán)排污水,濃水外排,1級(jí)RO,UF,EDI,2級(jí)RO,脫碳器,濃水,濃水,電力系統(tǒng)第一個(gè)投運(yùn)的循環(huán)水排污水回用工程,高井電廠超濾系統(tǒng),火電廠循環(huán)水排污水回用第一套全膜工藝（超濾ROROEDI） 用戶名稱：大唐北京高井電廠 規(guī)模： 45m3/h（一

18、期），150m3/h（二期） 投運(yùn)時(shí)間： 2003年8月， 2004年10月,電廠循環(huán)水補(bǔ)充水為永定河河水； 循環(huán)水排污水濁度1020NTU，COD-Mn約10ppm，電導(dǎo)率1600S/cm；全硅2.6-8.6ppm。 經(jīng)預(yù)過(guò)濾超濾反滲透后作為循環(huán)水補(bǔ)水，部分經(jīng)EDI處理后作為鍋爐補(bǔ)給水；,高井電廠RO-EDI系統(tǒng),產(chǎn)水二氧化硅含量 高井：現(xiàn)場(chǎng)1.2-5 g/L（電阻率1416M-cm）,產(chǎn)水滿足高壓鍋爐補(bǔ)給水要求,山西古交電廠2x300MW機(jī)組亞臨界鍋爐 MMF+UF+RO+RO+EDI 2005年10月投運(yùn)，產(chǎn)水量120t/hr。 該項(xiàng)目是我國(guó)第一個(gè)30萬(wàn)千瓦以上機(jī)組的全膜法工程，自此ED

19、I開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)電力系統(tǒng)。,山西古交電廠,原水為黃河水，含鹽量約700ppm；膠體硅含量49.6ppm，溶解硅7.17ppm 超濾兩級(jí)反滲透EDI工藝，在第二級(jí)反滲透進(jìn)水加堿。亞臨界鍋爐補(bǔ)給水。,EDI產(chǎn)水電阻率大于17 M-cm EDI產(chǎn)水全硅1.0-2.0ppb,山西兆光電廠2x300MW機(jī)組亞臨界鍋爐 2005年6月投運(yùn)，產(chǎn)水量100t/hr。,EDI產(chǎn)水電阻率大于17 M-cm 進(jìn)水pH 7.5 EDI產(chǎn)水全硅5.0-6.0ppb,原水為地下水，電導(dǎo)率1400 S/cm,可溶硅3.2ppm； 兩級(jí)反滲透EDI工藝，在第二級(jí)反滲透進(jìn)水加堿。亞臨界鍋爐補(bǔ)給水。,徐州華美電廠膜處理對(duì)硅的去除,原水：地表水 原水電導(dǎo)：1300S/cm 工藝：河水混凝澄清自清洗超濾雙級(jí)ROEDI 規(guī)模：2x50 t/hr EDI產(chǎn)水電阻率：16.5 M-cm EDI產(chǎn)水全硅6.0-7.0ppb,某熱電有限公司180m3/h 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng),原水水源：地表水（水庫(kù)水）摻混地下水 系統(tǒng)水量：最終產(chǎn)水180t/h，超濾280t/h(4用1備)