唐远辉 余峰 杨松 郑建军 徐来
摘 要
某工程造水系统是我所首次使用RO（反渗透）+EDI（电去离子）工艺的造水系统。为掌握该系统的运行规律，本文分析了影响造水系统产量和水质的因素，并对二级RO进水pH值、电流、淡水流量、淡水室和浓水室的压差、浓水流量对水质的影响进行了试验分析，确保了产水的水质。
关键词
去离子水;反渗透;电去离子
中图分类号： TQ083.4 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 06
0 前言
去离子水生产系统工艺的发展大致经过三代，第一代是“预处理+阴、阳离子交换树脂+混床”;第二代是“预处理+RO（反渗透）+混床”;第三代是“预处理+RO+EDI（电去离子）”。RO+EDI的工艺的优点是不需要酸碱进行树脂再生，可以长期连续运行。
根据用水要求和其所在地的水质情况，阴阳离子交换树脂、反渗透和电去离子可以组合成不同的造水系统[1]。我所存在两种造水工艺，一种是高通量堆使用的预处理+阳柱+阴柱的造水工艺，一种是某工程使用的预处理+RO+EDI的造水工艺。前者已经运行了30余年，积累了丰富的经验，运行情况也不断得到优化和改进，工艺上已经非常成熟。而后者是首次在我所运用。
本工程造水系统运行初期，产水电阻率达到13MΩ*cm，产量达到了4t/h，满足设计要求。然而根据文献[2]，EDI产水的电导率可以达到17MΩ*cm。为了提高产水水质和产水量，本文对造水系统的运行工艺进行了研究。
1 RO装置的运行研究
造水系统选用陶氏公司生产的LCLE4040反渗透膜，采用两段式排列，每三根串联为一个单元。工作时原水从截面外围进入膜，经过反渗透，渗入膜中心的淡水集管。各个单元的淡水汇合到一起，进入RO水箱。
1.1 RO装置产水量的提升
由图可见，电导率呈U字变化。当二级RO进水pH值较低时，电导率高的原因是产水中二氧化碳的水解;当二级RO进水pH值较高时，电导率高的原因是添加碱液的影响。因此，在运行过程中应将二级RO进水pH值控制在7到8之间。
2 EDI装置运行研究
2.1 EDI装置的工作原理
EDI装置是利用离子在电场中的定向移动，以及阴阳离子交换膜对于阴阳离子的选择性透过来实现水的净化的。其工作原理如图1所示。
EDI装置在电场的作用下同时进行两个过程[4]：
（1）去离子过程：淡水室进水中杂质离子先与离子交换树脂进行离子交换，然后杂质离子在电场作用下在树脂之间迁移，最后通过离子交换膜进入浓水室，达到去除离子的目的。
（2）树脂再生过程：在EDI淡水室进口，树脂层吸附了大量的杂质离子，杂质离子在树脂层上迁移导电;而在淡水室出口，水中杂质离子较少，将会发生水的离解，生成H+和OH-，这样可自动持续对树脂进行再生。
2.2 EDI设备运行研究
根据文献[4]，RO产水电阻率、淡水流量、浓水流量、淡水室和浓水压差、电流大小等均影响EDI的运行效果。根据现场设备情况，本文通过研究淡水流量、浓水流量和电流的取值来对EDI的运行进行研究。
2.2.1 电流对于水质的影响
EDI通过带电离子在电场中的定向移动来除去离子，因此，电流的大小对于其去离子能力有着较大的影响。当淡水流量为2t/h，浓水流量为400L/h，极水流量为100L/h，电流对水质的影响如图2所示。
从图2中可见，当电流从1.2A加大到2A时，产水水质有显著提高，电流继续加大后，水质提升并不明显，甚至还有微弱下降。这是因为，在EDI设备中，电流的作用一是促进杂质离子迁移，二是水的离解。在起始阶段，随着电流的增大，杂质离子的迁移增强，水质上升，同时水的离解程度也加大，促进了树脂的再生，进一步提升了水质;当电流达到一定程度时，杂质离子迁移已经比较彻底，此时电流主要作用是水的离解，对产水电导率提升不大[5]。过大的电流还会使离子通过选择性透过膜，这是导致曲线上电阻率略微下降的原因。同时，过大的电流会使积水中产生更多的氢气和氧气，影响到极板的冷却。因此，EDI设备的电流不应该过大。
2.2.2 淡水流量对水质的影响
調试时，电流取1A和2A两种情况，浓水流量为400L/h，极水流量为100L/h，淡水流量对产水水质的影响如图3所示。
由图3可见，电流为1A和2A的情况下，淡水流量对水质的影响趋势是一样的，且当电流较小时，电导率始终不超过14MΩ*cm，由此可见，电流对与水质的影响大于淡水流量对水质的影响。因此，以下主要讨论电流为2A的情况。
当电流为2A时，随着淡水流量的上升，产水电导率先缓慢上升，后下降。这是因为，当淡水流量比较小时，增大淡水流量，可以使水流在淡水室中更好的分布，与树脂的反应更充分，故水质得以上升。当淡水压力继续增大时，淡水室和浓水室的压差变小，直至为负，浓水向淡水渗透，使水质变差。淡水室和浓水室压差随淡水流量的变化见图4。
2.2.3 浓水流量对水质的影响
调试时，电流取1A和2A两种情况，淡水流量为2t/h，极水流量为100L/h，浓水流量对产水水质的影响如图5所示。
由图5可见，浓水流量对水质的影响不大，随着浓水流量的上升，水质有微弱的提升，这是因为随着浓水流量上升，浓水流速加快，浓水中离子浓度降低，促进了淡水中的杂质离子迁移到浓水中。但这种影响比较微弱。
3 结论
本文通过调试试验，将RO装置的产水量由5t/h提高到5.6t/h，提高了12%。同时探讨了影响RO+EDI造水系统水质的因素，结论如下：
（1）通过调节二级RO进水pH值，可以有效除去溶于水中的二氧化碳，提高水质。
（2）当EDI电流小于2A时，产水电阻率随电流增大而增大;当电流过大（大于3A）时，水质有微弱下降。因此运行时宜取2A到2.5A。
（3）淡水流量通过影响淡水室和浓水室的压差影响水质。当淡水流量过大时，淡水室和浓水室压差为负，浓水向淡水渗透，水质迅速下降。
（4）浓水流量本身较小，其取值对水质影响不大。
参考文献
[1]彭柯，何龙，郑爽英，王波.EDI技术取代复床+混床除盐工艺的应用[J].水处理技术，2011，37，8：124-126.
[2]通用电气.E-CELL MK-3用户手册[M].通用电气，5.
[3]陶氏化学.反渗透和纳滤膜元件[M].陶氏化学公司，2012：186.
[4]张赢.EDI产水水质影响因素的试验及分析[J].工业用水与废水，2007，38，1：21-26.
[5]闻瑞梅，范伟，邓守权.杂质离子在EDI中的传质模型[J].净水技术，2003，1：1-4.
