劉善民 河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院

廖子先 南陽市鍋爐壓力容器檢驗所

姜 云 南陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心

1 EDI水處理技術(shù)

1.1 EDI原理

近年來隨著水處理系統(tǒng)的深入研究，一種新型的EDI水處理技術(shù)已經(jīng)在電廠廣泛應(yīng)用。EDI水處理技術(shù)是將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元，EDI工作原理如圖1所示。 EDI模塊中將一定數(shù)量的EDI單元間用隔板隔開，形成濃水室和淡水室。又在單元組兩端設(shè)置陰/陽電極。在直流電的推動下，通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜將陰陽離子去除而進(jìn)入到濃水室。而通過濃水室的水將離子帶出系統(tǒng)，成為濃水。EDI設(shè)備一般以二級反滲透（RO）純水作為EDI給水。RO純水電阻率一般是2～40μs/cm（25℃)。EDI純水電阻率可以高達(dá)18 MΩ.cm(25℃)。

圖1 EDI工作原理

1.2 EDI的優(yōu)點

EDI設(shè)備應(yīng)用在反滲透系統(tǒng)之后，取代傳統(tǒng)的混床離子交換技術(shù)生產(chǎn)穩(wěn)定的超純水。EDI技術(shù)與混合離子交換技術(shù)相比有如下優(yōu)點:

1)水質(zhì)穩(wěn)定 2)容易實現(xiàn)全自動控制 3)不會因再生而停機 4)不需化學(xué)再生 5)運行費用低 6)廠房面積小。

2 EDI在某電廠的應(yīng)用

隨著EDI水處理技術(shù)的日漸成熟，為了使EDI水處理技術(shù)達(dá)到最佳的出水效果，通過某油田采油廠EDI設(shè)備運行一年來的穩(wěn)定運行經(jīng)驗表明通過調(diào)整和優(yōu)化原水硬度，原水電導(dǎo)率，減少原水中重金屬含量，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，濃水流量，電壓等參數(shù)，可以保證EDI裝置高效、穩(wěn)定的運行。

2.1 原水的硬度

對于原水硬度的限制是為了防止EDI膜堆里結(jié)垢。EDI中電解產(chǎn)生的OH-離子在陰離子膜的濃水表面維持一個較高的pH值,該表面能形成鈣、鎂的結(jié)垢（碳酸鹽、氫氧化物）。陰極表面也是高pH的位置，原因在于OH－離子的再生與水的電解有關(guān)。如果EDI中進(jìn)水的殘存硬度太高，會導(dǎo)致濃縮水通道的膜表面結(jié)垢，濃水流量下降，產(chǎn)水電阻率下降，影響產(chǎn)水水質(zhì)。嚴(yán)重時會堵塞組件濃水和極水流道，導(dǎo)致組件因內(nèi)部發(fā)熱而毀壞。在進(jìn)水硬度<0.1ppm時，系統(tǒng)的最高回收率為95%；而當(dāng)進(jìn)水硬度在0.1～0.5ppm時，濃水中需要加鹽來調(diào)節(jié)濃水電導(dǎo)率，并且系統(tǒng)的最高回收率為90%，而且需要定期清洗。在進(jìn)水硬度為0.5ppm以上時，增加反滲透等輔助設(shè)備以降低原水硬度對EDI設(shè)備穩(wěn)定運行的影響。

2.2 原水電導(dǎo)率對脫鹽效果的影響

在進(jìn)水流量為50t/h為例，改變原水電導(dǎo)率則得到出水電導(dǎo)率與原水電導(dǎo)率的關(guān)系。在相同的操作電流下，隨著原水電導(dǎo)率的增加則EDI出水的電導(dǎo)率也增加。因為原水電導(dǎo)率低則離子的含量也低，同時低離子濃度使得在淡室中樹脂和膜的表面上形成的電勢梯度也大，這導(dǎo)致水的解離程度增強，極限電流增大，產(chǎn)生的H+和OH-的數(shù)量較多，使填充在淡室中的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。

原水電導(dǎo)率越小則水解離越劇烈，產(chǎn)生的H+和OH-也越多，樹脂再生的效果就越好(使其保持良好的交換性能)。當(dāng)操作電流繼續(xù)升高時，H+和OH-除用于再生樹脂外還用于負(fù)載電流，故淡室中的水解離程度繼續(xù)增大，使得離子交換與樹脂的再生逐漸達(dá)到平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率趨于穩(wěn)定。因此，原水電導(dǎo)率是影響水質(zhì)的最重要因素之一。當(dāng)進(jìn)水電導(dǎo)率較高時，隨著操作電流的增加其產(chǎn)水水質(zhì)有所下降。當(dāng)操作電流從0逐漸增加時，EDI出水的電導(dǎo)率上升 (水質(zhì)有所下降)，其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱，樹脂幾乎沒有獲得再生。此時離子交換起了主要作用，短時間內(nèi)樹脂就被鹽離子所飽和，而這時樹脂主要起到增強離子遷移的作用。

所以，EDI水處理技術(shù)對原水的電導(dǎo)率有較高的要求，進(jìn)水電導(dǎo)率小于40μs/cm，才能保證EDI設(shè)備連續(xù)運行的穩(wěn)定性，可操作性和可控性，而最佳電導(dǎo)率在2～10μs/cm。增加前期的處理后，EDI設(shè)備對其都有很好的脫鹽效果(脫鹽率＞99%)，出水的電導(dǎo)率能夠達(dá)到高純水標(biāo)準(zhǔn) (電導(dǎo)率＜1μs/cm)。

2.3 Fe、Mn等金屬離子的影響

Fe、Mn等金屬離子會造成樹脂的“中毒”。樹脂的金屬“中毒”會造成EDI出水水質(zhì)的迅速惡化，尤其是硅的去除率迅速下降。另外變價金屬對離子交換樹脂的氧化催化作用，會造成樹脂的永久性損傷。一般在進(jìn)入EDI之前經(jīng)過RO，混床處理能夠使水中的Fe、Mn等金屬離子含量減少，降低樹脂的中毒程度。運行中控制EDI進(jìn)水的Fe低于0.01mg/L。如果樹脂已經(jīng)發(fā)生了“中毒”，可以用酸溶液作復(fù)蘇處理，效果比較好。

2.4 進(jìn)水流量及濃水流量的影響

進(jìn)水流量與EDI設(shè)備的處理能力、進(jìn)水水質(zhì)以及進(jìn)水壓力有關(guān)。在EDI設(shè)備產(chǎn)水能力恒定條件下,進(jìn)水水質(zhì)越差,設(shè)備的單位處理負(fù)擔(dān)就越重,進(jìn)水流量應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)的越小。在設(shè)備的啟動階段,應(yīng)避免瞬間流量過大時,造成膜的穿孔。由于設(shè)備的電子流主要通過填充樹脂傳遞的,所以濃水電流在一定程度上成了影響設(shè)備中電子流遷移的關(guān)鍵。在實際的試驗中可以發(fā)現(xiàn),減少濃水的流量可以提高系統(tǒng)的電流,并且在一定程度上提高水質(zhì)。但是濃水流量也并非越小越好,當(dāng)濃水流量過小時會導(dǎo)致膜兩側(cè)濃度差過大,而形成濃差擴散影響水質(zhì)。另一方面,由于弱電離子Si及其離子態(tài)化合物的溶解度很小,所以容易在低流量的濃水中形成飽和,從而影響弱電離子的去除。根據(jù)現(xiàn)場試驗可以大致得到濃水流量一般為進(jìn)水的5～10倍為宜。

2.5 電壓對EDI出水水質(zhì)的影響

EDI出水水質(zhì)與操作電壓密切相關(guān)。操作電壓過小則不足以在純水排出之前將離子從淡水室移出，電滲析過程和樹脂再生過程都比較微弱，此時主要進(jìn)行的是離子交換過程。隨著操作電壓的增大則水解離程度增大、樹脂的再生效果好，使得淡水的電導(dǎo)率下降，當(dāng)操作電壓增加到一定程度時離子交換過程與樹脂的再生過程達(dá)到了平衡，產(chǎn)水電導(dǎo)率進(jìn)一步下降并趨于穩(wěn)定。但操作電壓過大將引起過量的水電離和離子反擴散而降低產(chǎn)水水質(zhì)。所以，建議EDI在適當(dāng)?shù)碾妷合逻\行。

3 確定EDI水處理系統(tǒng)最佳工藝條件

通過油田采油廠化學(xué)除鹽系統(tǒng)的EDI小型試驗,得到很多有關(guān)EDI實際操作的經(jīng)驗。試驗表明，進(jìn)水的電導(dǎo)、施加的電壓、濃水的流量、電壓等都是對EDI設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定運行有重要的影響。最佳工藝檢表1。

表1 EDI最佳工藝

根據(jù)實際情況因地制宜地協(xié)調(diào)和確定各操作條件之間的關(guān)系,也是EDI系統(tǒng)用于電力生產(chǎn)的關(guān)鍵?？梢栽O(shè)想在處理好以上問題后,EDI技術(shù)將憑借自身的優(yōu)勢在未來的水處理行業(yè)中,占據(jù)重要的地位。

1 趙瑩.全膜水處理工藝在火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用方面的應(yīng)用.電力設(shè)備,2006,8

2 王德河,等.全膜法深度處理污水廠出水并回用于熱電廠.中國給水排水,2008,8

3 劉彩霞,等.全膜法工藝及應(yīng)用.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,14

4 曲書芳等.EDI技術(shù)在發(fā)電行業(yè)化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用.山東電力技術(shù),2003,5

5 劉學(xué)軍.全膜水處理技術(shù)在電廠鍋爐補給水處理中的應(yīng)用,熱力發(fā)電,2006,12

6 沈曉鯉,等.EDI原理及其在純水清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用

7 許臻,等.EDI除鹽技術(shù)在白村發(fā)電廠的應(yīng)用.熱力發(fā)電,2005,10