肖成成

（重慶鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，重慶 401254）

前言

填充床電滲析器（EDI）(Electerodeionization)是一種在電滲析器淡室及隔板中裝填陰、陽(yáng)樹(shù)脂的新型處理裝置。EDI脫鹽技術(shù)是水處理工業(yè)的一場(chǎng)成本革命，取代了傳統(tǒng)離子交換除鹽工藝，是生產(chǎn)高純水的無(wú)污染水處理新工藝。

該脫鹽技術(shù)在重鋼首次使用，應(yīng)用在重鋼新區(qū)一級(jí)除鹽水的深度處理中，處理后可生產(chǎn)出供焦化干熄焦高壓鍋爐使用的二級(jí)除鹽水（超純水）。EDI脫鹽設(shè)備全進(jìn)口，價(jià)格昂貴，一旦設(shè)備使用不當(dāng)出現(xiàn)故障，整個(gè)二級(jí)除鹽水處理系統(tǒng)只能停產(chǎn)，待設(shè)備運(yùn)往國(guó)外修復(fù)返還后才能復(fù)產(chǎn)，此問(wèn)題嚴(yán)重威脅到焦化干熄焦高壓鍋爐的安全用水。因此，對(duì)EDI脫鹽設(shè)備在運(yùn)行使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些影響運(yùn)行的因素進(jìn)行分析論述就顯得十分必要。

1 EDI脫鹽設(shè)備工作機(jī)理

EDI 脫鹽設(shè)備采用的是電滲析法進(jìn)行脫鹽，在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性（即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)，陰膜只允許陰離子透過(guò)），使水中陰、陽(yáng)離子作定向遷移，從而發(fā)生離子從水中分離的物理化學(xué)過(guò)程。

圖1 為EDI 電滲析脫鹽原理示意圖。在陰極和陽(yáng)極之間，將陽(yáng)膜與陰膜交替排列，并用特制的隔板將這兩種膜隔開(kāi)，隔板內(nèi)有水流的通道。進(jìn)入淡室的含鹽水，在兩端電極接通直流電源后，即開(kāi)始了電滲析過(guò)程，水中陽(yáng)離子不斷透過(guò)陽(yáng)膜向陰極方向遷移，陰離子不斷透過(guò)陰膜向陽(yáng)極方向遷移，結(jié)果是，含鹽水逐漸變成淡化水。而進(jìn)入濃室的含鹽水，由于陽(yáng)離子在向陰極方向遷移中不能透過(guò)陰膜，陰離子在向陽(yáng)極方向遷移中不能透過(guò)陽(yáng)膜，于是，含鹽水因不斷增加由鄰近淡室遷移透過(guò)的離子而變成濃鹽水【1】。

2 工藝流程

重鋼新區(qū)EDI 工藝流程見(jiàn)圖2。重鋼新區(qū)二級(jí)除鹽水處理系統(tǒng)中設(shè)置有2 套EDI 裝置，模塊采用LXM45Z-1型，每套EDI裝置出水能力25 m3/h，每套裝置配置有5個(gè)模塊，每個(gè)模塊的產(chǎn)水量5 m3/h。

圖1 電滲析脫鹽原理示意圖

圖2 重鋼新區(qū)EDI工藝流程圖

3 影響EDI脫鹽設(shè)備運(yùn)行的因素

從EDI脫鹽設(shè)備的工作機(jī)理上分析，在運(yùn)行使用過(guò)程中，影響EDI 使用效果的主要有進(jìn)水水質(zhì)、壓力、流量、操作方式、電壓等幾個(gè)方面因素。下面針對(duì)這幾個(gè)方面因素對(duì)EDI 運(yùn)行的影響進(jìn)行分析論述。

3.1 進(jìn)水水質(zhì)對(duì)EDI運(yùn)行的影響

EDI運(yùn)行對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高（見(jiàn)表1），一般在EDI 的前處理中，需設(shè)置反滲透（RO）膜組對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，本工藝中經(jīng)過(guò)一級(jí)RO 和二級(jí)RO 的產(chǎn)水即是預(yù)處理后作為EDI進(jìn)水的原料水。

表1 EDI進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)表

EDI 裝置于2010 年3 月份正式投產(chǎn)運(yùn)行，目前已運(yùn)行10 年時(shí)間，采取的是電流恒定的運(yùn)行方式，模塊運(yùn)行穩(wěn)定。前處理設(shè)備一級(jí)RO 膜組、二級(jí)RO膜組實(shí)際產(chǎn)水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 二級(jí)RO產(chǎn)水水質(zhì)表

從表2 看，EDI 前處理后的水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足EDI 進(jìn)水水質(zhì)要求。但水質(zhì)波動(dòng)會(huì)直接影響EDI 運(yùn)行參數(shù)變化，主要表現(xiàn)為電壓直線升高。對(duì)于水質(zhì)波動(dòng)的情況若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致EDI模塊發(fā)生無(wú)法修復(fù)損壞。常見(jiàn)的進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)主要是溫度和pH。

(1)pH 波動(dòng)。EDI 進(jìn)水pH 值一般應(yīng)保持在8.3以上，實(shí)際運(yùn)行中重鋼EDI 進(jìn)水pH 值一般在9.3 左右。當(dāng)pH 值降低于8.3 以下時(shí)，模塊電壓明顯升高。

(2)溫度波動(dòng)。溫度影響EDI模塊產(chǎn)水量。冬季EDI模塊產(chǎn)水量一般會(huì)降低20%左右。

3.2 壓力對(duì)EDI運(yùn)行的影響

EDI 運(yùn)行時(shí)，最大進(jìn)水壓力應(yīng)不大于0.7 MPa，正常流量時(shí)的壓降范圍應(yīng)是0.14～0.21 MPa。壓力的變大變小，都將造成對(duì)EDI使用效果的影響。

(1)進(jìn)水壓力過(guò)大將減少EDI 設(shè)備的使用壽命。當(dāng)EDI的進(jìn)水壓力過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致EDI模塊內(nèi)憋壓，模塊容易被壓變形，造成機(jī)械性的損傷，影響設(shè)備的使用壽命。

(2)進(jìn)水壓力過(guò)小將影響EDI 的產(chǎn)水流量。當(dāng)EDI 的進(jìn)水壓力過(guò)小時(shí)，將直接導(dǎo)致淡水室的產(chǎn)水量下降。另外，還將使?jié)馑覂?nèi)濃離子無(wú)法被完全清除，致使?jié)馑覂?nèi)的填充樹(shù)脂結(jié)垢、堵塞，影響模塊的使用效果。

(3)產(chǎn)水壓力對(duì)EDI 模塊的影響。EDI 淡水產(chǎn)水壓力應(yīng)比濃水出水壓力高0.01～0.03 MPa 。若出現(xiàn)濃水壓力比淡水高的情況，即濃水室壓力高于淡水室壓力，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致模塊變形，影響產(chǎn)水水質(zhì)。因此要求在工程設(shè)計(jì)時(shí)注意濃水出水管徑與路由設(shè)置，確保濃水出水口低于淡水出水口。重鋼原設(shè)計(jì)EDI 濃水出水口比淡水出水口高近3 m，導(dǎo)致濃水壓力始終高于淡水壓力，無(wú)法達(dá)到要求，在調(diào)試時(shí)為了達(dá)到壓力要求，需將淡水出水口徑減小，影響了系統(tǒng)產(chǎn)水能力。為此，改造后，降低了濃水出水口位置并加大了管徑，提高了系統(tǒng)產(chǎn)水量，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3.3 流量對(duì)EDI運(yùn)行的影響

EDI 運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水及產(chǎn)水流量會(huì)隨著模塊使用時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，原因是EDI運(yùn)行時(shí)間久后，模塊內(nèi)填充的樹(shù)脂中會(huì)存在結(jié)垢、堵塞的情況，造成模塊的產(chǎn)水量下降。

（1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)EDI的淡水產(chǎn)水流量下降時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備對(duì)模塊進(jìn)行在線藥劑清洗以恢復(fù)其產(chǎn)水量。

（2）EDI淡水進(jìn)水流量不宜過(guò)大，流量過(guò)大將增加模塊的脫鹽負(fù)荷，導(dǎo)致淡水產(chǎn)水水質(zhì)不合格。

（3）EDI濃水進(jìn)水流量不宜過(guò)大，流量大對(duì)濃水室內(nèi)的離子去除效果較好，但濃水室的壓力隨之升高，將造成對(duì)淡水室的擠壓，容易使模塊變形。故濃水產(chǎn)水量應(yīng)控制在3 m3/h左右。

3.4 操作方式對(duì)EDI運(yùn)行的影響

EDI 運(yùn)行過(guò)程中，操作方式尤為重要。EDI 在啟動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的操作要求：

（1）啟動(dòng)EDI設(shè)備時(shí)，應(yīng)檢查設(shè)備與直流電源保證正確連接。

（2）排盡EDI設(shè)備內(nèi)的死水。啟動(dòng)設(shè)備后，將不合格產(chǎn)水排放，再啟動(dòng)電源，切勿在設(shè)備未通水的情況下通電。

（3）調(diào)整EDI 直流電流在2.5 A 左右，調(diào)整好電流后應(yīng)保持不變。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中EDI的運(yùn)行電流應(yīng)保持不變，電壓將隨著電阻的增加而增大。隨著EDI 運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，進(jìn)水水質(zhì)的變化，EDI 運(yùn)行電流可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（4）停設(shè)備時(shí)，應(yīng)將殘留在設(shè)備的死水排放，避免細(xì)菌在殘留的死水中生長(zhǎng)堵塞模塊。

（5）當(dāng)某一個(gè)EDI模塊出現(xiàn)電源故障時(shí)，可暫時(shí)將其他的模塊電源供給該模塊，并聯(lián)使用，此時(shí)應(yīng)將該模塊電源電流增加一倍，調(diào)整至5.0 A。以次類推，但單個(gè)直流電源所帶模塊不應(yīng)大于5 個(gè)。此種情況在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中已出現(xiàn)過(guò)，通過(guò)并聯(lián)方式很好地解決了已壞模塊的電源問(wèn)題。

（6）運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格按照EDI 設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行操作，一旦出現(xiàn)誤操作將造成對(duì)EDI設(shè)備的損壞，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。

3.5 電壓對(duì)EDI運(yùn)行的影響

EDI運(yùn)行中，電流不變，電壓隨著電阻的增加變大，但外界提供給EDI 模塊直流電源電壓的波動(dòng)將影響EDI產(chǎn)水水質(zhì)。

（1）若外界直流電源電壓變大，EDI產(chǎn)水水質(zhì)不變，但電能耗量大，將加速EDI陰極和陽(yáng)極的電極反應(yīng)，對(duì)電極造成急速的腐蝕。

陰極還原反應(yīng)為：H2O→H++OH-，2H++2e→H2↑

陽(yáng)極氧化反應(yīng)為：H2O→H++OH-，4OH-→O2↑+2H2O+4e 或2Cl-→Cl2↑+2e

（2）若外界直流電源電壓變小，EDI產(chǎn)水水質(zhì)下降。原因是EDI 模塊內(nèi)電阻不變，即對(duì)離子透過(guò)陰膜或陽(yáng)膜的阻力不變，而外界提供的直流電壓降低，濃鹽水中的部分離子將無(wú)法透過(guò)陰膜或陽(yáng)膜，故產(chǎn)水水質(zhì)將下降。

（3）隨著EDI設(shè)備的運(yùn)行，模塊內(nèi)顆粒污染物的積聚結(jié)垢堵塞、樹(shù)脂的失效或滋生細(xì)菌對(duì)模塊的堵塞，都將引起EDI 去除離子的電阻增大，運(yùn)行電壓隨之升高。當(dāng)堵塞達(dá)到一定程度，EDI的產(chǎn)水水質(zhì)將大幅下降、產(chǎn)水量減小，電壓將升高至極限。

（4）啟動(dòng)或停止EDI 設(shè)備時(shí)，EDI 模塊內(nèi)若無(wú)水有電，將可能導(dǎo)致電源短路情況的發(fā)生。

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)EDI 運(yùn)行電壓提出以下幾個(gè)方面的注意事項(xiàng)：

（1）EDI運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)保持外界電源電壓的穩(wěn)定。若出現(xiàn)外界電源不穩(wěn)定情況，應(yīng)停止使用EDI設(shè)備，以免造成對(duì)設(shè)備的損壞。

（2）啟動(dòng)或停止EDI設(shè)備時(shí)，對(duì)EDI模塊須做到先通水再通電或先斷電再斷水，防止電源短路，損壞模塊。

（3）EDI 運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)觀察、記錄其流量、壓力、產(chǎn)水電阻、壓差等參數(shù)情況。若出現(xiàn)產(chǎn)水水質(zhì)下降或電壓升高或產(chǎn)水壓降升高的情況，應(yīng)及時(shí)對(duì)EDI 模塊進(jìn)行藥劑清洗，避免EDI 模塊超負(fù)荷運(yùn)行可能引發(fā)的無(wú)法修復(fù)的后果。

4 結(jié)論

EDI 脫鹽設(shè)備在運(yùn)行使用過(guò)程中，受各方面因素影響，只有全面了解各種因素對(duì)EDI運(yùn)行的影響，才能找出運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一些不正常狀況的原因，進(jìn)而對(duì)其予以處理。本文對(duì)影響EDI 運(yùn)行的這5 個(gè)常見(jiàn)因素：進(jìn)水水質(zhì)、壓力、流量、操作方式及電壓進(jìn)行了理論性地分析論述，并提出了相應(yīng)的解決方法和注意事項(xiàng)。為運(yùn)行人員全面了解掌握EDI脫鹽設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律和處理問(wèn)題的方法提供借鑒。