从 上面 的分析 可 以看 出 , E D I 的去 离 子包 括 三 个过程 :

1 ) 原水 中的离子 与离 子交换 树脂 发生 的交换过程 ;

2 ) 树脂上 的离子在 直 流 电场的作用下发 生 的定 向迁移过 程 ;

3 ) 树脂的 电再生过 程 。 这三个 过 程 同时 发 生 , 相 互 促进 , 实现 了 E D I 连续去离 子 。 为了形象地 描述 E D I 的 去离 子过 程 , 王方 提 出 了一 个反 应 叠 加 实 用 模型 。 他将 E D I 过 程解体为各组 分反 应 , 依据 各 组分反 应 的前 后 次 序和发生地 点 , 确定这 些 反 应在 某种 应用 场合下 的 主次位置 , 给出离子交换层谱 。 根 据这个模型 , 可 以 认 为 , 在膜堆 淡室 隔板 中 , 依 此存在 着 三个 区 域 , 分 别是饱 和区 、 工作 区和再生 区 。 在 饱和 区 , 填充 的树 脂 呈盐型 , 处于饱和状态 , 水 中的离子仅能借助 树脂 发生定 向迁移作用 ; 工作 区 里 的树脂有 一 定 的再生 度 , 具有一定 的交 换 能 力 , 通 过这 部 分树脂 , 水 中 的 离子不仅发 生定向迁移作用 , 而 且 还发 生 离子交 换 作用 ; 再生 区 的树 脂处于再生状态 , 具有 很强 的交换 能力 , 水 中残 留的微量 离 子 , 尤其是 碳酸 、 硅 酸 等弱 解离性 离子能够与树脂发 生交换作用 , 可 以使 E D I 产水水质达到很 高的纯度 。 这三个 区 间的大小 随着 膜 堆操作条件的变化 而变化 , 始终 处 于一 种动 态平 衡之 中。 只要控制适 当的膜 堆操作参数 , 使填 充树 脂 的离子交 换一再生达 到 某 种程度 的平 衡 , E D I 过 程 就能连续不断地 生成纯水和高纯 水 。

2 E D I 工艺 ED I 膜堆 的运行状况 取决于水处理工艺 流程 的图 2 E D I 高纯 水工艺 流程 U F 作为 前 处 理 , 有 效 截 留 原 水 中 的微 粒 、 胶体、 细 菌等杂 质 , 使原水 的污 染 指数 降至 3 以 下 , 提 高 R O 进料水 的水 质 , 减 轻 R O 膜 的污 染 , 延 长 R O 膜 的使用 寿命 。 活性 炭用 于吸 附 自来 水 中 的余氯 及有 机 物 , 将 自来水 中的余氯 降至 0 . l m g / L 以下 , 保护 RO 膜 及 E D I 膜 堆 。 软化 用 于 除去 R O 进 料水中 的 C a , 十 、 M g , + 等 离子 , 降低硬 度 , 防 止 R O 膜 面结 垢 , 保护 RO 膜及 E D I 膜 堆 。 R O 作 为初 级 脱 盐 , 可 有 效 去 除可 溶 性 盐 类 及 分子量在 2 0 0 以 上 的 有 机 物 , 可 以 制 取 电 导 率 在 2 0拜S / c m 以 下 的 初 级 纯 水 。 低 含 盐 量 的水 作 E D I 进水 可 以减 轻 E D I 负担 , 有利 于 E D I 淡室 中水 的解 离 , 产生足 够 的 H 十 和 O H 一 , 对 填充 的树脂 进 行 再 生 , 使相 当一 部分树脂处 在交换 一再生平衡状态 。 E D I 用 以除去 RO 水 中剩 余 的少 量 离 子 , 实现 深度脱 盐 , 使产水达 到高纯水 的程度 。

2 0 世 纪 9 0 年代 , 在工艺上 , 类 似 于倒 极 电渗析 ( E D R ) 技术 , M illip o r e 〔’ 5」与 xo n iC s [` 6〕分别 研究 了倒 极 E D I ( E D IR ) 技术 , 即在 浓室 隔板 中也填 充 混床树 脂 , 结合一 种 “ 二 元 室 ” ( d u a l e o m p a r t m e n t ) 装 置 结 构 , 频繁倒极 , 连续 产水 , 目的是增 强 膜 堆 的导 电能 力 , 防止膜 堆 内部 结垢 、 沉 积 。 文 献中称这 种倒 极装置在 生产过程 中可 以 连续制 取 纯 水 , 倒 极 前 的 浓室 在倒极 后变 为淡 室 , 可 立 即生 产 合格 的纯 水而 不需 短时 间排放不 合格 水 。 但 至今 还没有倒 极 E D I 实 用化 的报 道 。 我们在 小型 E D I 装置上进行 了倒极 E D I 实验 , 实验 结果另 文报道 。 结果 发现 , E D I 膜堆倒极后 , 经 过 5 0 多个小 时的连 续运行 , 膜堆 产水 电阻率还无法 恢复倒 极 以前的 水平 。 我们认为 , 其主要 原 因是 倒 极后 , 浓 、 淡室 中的树脂状态 变 化不是 瞬间完 成的 ,即浓室 中盐型树脂转变 为 H + 型 和 O H 一 型 树脂 , 淡 室 中 H 十 型 和 O H 一 型树脂转变 为盐型树脂 , 而 是需 要较 长时 间 , 重新 建 立 动态平衡 所需 时 间 的 长 短 与 进 人 E D I 膜 堆 的原水 含 盐 量 有关 。 如 果 进 人 E D I 膜堆的原 水含盐量较高 , 浓 、 淡室 中的树脂都 以盐型 存在 , 填充 的树脂仅起增 强膜堆导 电能力 的作用 , 则 倒极后 , 填充 树脂 的状态并不发 生根 本性的变化 , 重 新建立 动态 平衡所 需 时 间就短 , 产 水水质就能较 快 稳定 ; 如果 进人 E D I 膜 堆 的 原 水 含盐量 较 低 , 淡室 中树脂 以 H 十 和 O H 一 型 存在 , 浓 室 中树脂 以 盐 型存 在 , 填充在 淡室中的 树脂不仅起增 强 膜堆 导 电能力 的作用 , 而且 还可 与水 中的离子 发 生交换作用 , 但倒 极后 , 浓室 变为 淡室 , 淡室 变 为浓室 , 浓 、 淡室 中填 充 的树脂 为 了达 到 交换一再生 平 衡状态 , 就 需 要 较 长 的时间 。 因此 , 对 于处理 含盐 量较 高的原水 , 在填 充 的树脂处 于盐 型状态 时 , 倒极 E D I 是 可行的 。 3 E D I 关键 技术 E D I 的关键技术包括 E D I 膜 堆 的结构设计 , 特 别是淡室 隔板的设计 、 填充材料的选择与处 理 、 膜堆 进水条件的控制 、 操作参数的优化等 。

3.1 淡 室隔 板 在淡室 隔板设计上 , Millipor e 公 司首 先 取 得 进展 , 使得 EDI 技 术 真正 走 向成熟 , 迅 速 获 得 实 际 应 用 。 它设计的 隔板能 防止 树脂在进 出 口 处的堵塞 和加厚隔板可 能引起 的膜塌陷 , 促进水流 均匀分布 , 避免沟 流等 。 Millipore 还 于 1 9 5 9 年开 发 出一 项 将离子交换膜 与隔板 粘为 一 体的 技术 , 防止 了装 置 的 内漏 窜水 。

3.2 填 充材料 在 E D I 淡室 隔板 中 , 填充 的一 般是离子交换树 脂 , 利用树脂的导 电性和 离 子 交换作用 除去 原水 中 的离子 , 树脂 的填充 密度较 高 , 而且采用一定 的处理 措施 , 还可 以进一步提高填充 密度 。 也 有文献报道 , 填充其它 可 导 电 的 材料 , 同样也 能 制取纯 水 、 高纯 水 。 由于树脂颗粒细 小 、 分散 , 装 填 比较困难 , 因此 A k a h o r i 等人 2 0 [ 〕采 用 粘合 的办 法 , 用 粘 合剂 , 如聚 1 , 2 丁二 烯 , 将树脂颗粒粘合 起来 , 然 后挤 压 成型 , 填充 到隔板 中。 这种方式使填充简单易 行 , 但挤压 成 型的树脂空 隙率低 , 只能 达到 5 % 一 0 S % , 水 处理 效果 不太 好 。 他 们 还 应 用 辐 射诱 导 嫁接 聚 合 物 技 术 , 制成离子交换纤维 和离子 导 电隔板 , 降低膜堆 电 阻 , 提 高电流效率 , 防止膜堆内部结垢 。

3.3 膜 堆进水条件

E D I 膜 堆对 进水有 严格 的 要求 , 它直 接关系到 膜堆使用效果与寿命 , 必 须严 格控制 。 目前在 国 内 , 不管是 进 口 膜堆还 是 国产膜 堆 , 在使用 过 程 中往 往 出现 性能下 降很 快 , 主 要 原 因就是 国内用 户 往 往不 太重 视膜堆进水 条件 的控制 。 国外 一些公 司生产 的 E D I 膜堆 的主要 进水指 标要 求 :

3.4 膜堆操作参数 膜堆 的操作参数包括操 作电压 电流 、 处理 水量 、 浓淡 水 比例 、 进 水温度等等 。 关于这些 操作参数 , 国 内外文献鲜有报道 , 多数凭经验 。 我们在 文献 〔1 0 〕 中对 操作电压 电流 、 浓淡 水比例 、 进水温度等做 了一 定的探讨 , 确定 了 自行 研 制的 E D I 膜堆长 期稳 定 工 作的最佳运行 参数 , 主要 包括 :

( 1 ) 膜堆 中每个膜对 电压 4 . S V ~ 1 0 . o V ;

( 2 ) 淡室水 流线 速度 1 . 2 一 1. 4 c m / S

( 3 ) 淡水 : 浓水 : 极 水 = 7 5 : 2 0 : 5 ( 4 ) 膜堆 进水温度 5 一 3 5℃ 4 前景 展望 目前 , E D I 以 其具备 的技术 领 先性 和 良好 的 市 场 前景 , 正在 吸引 国 内外越来越多 的关注 , 而且 E D I 技 术及工 艺 日趋成熟 , 在 医药 、 电子 、 电力 和生 物技 术 等领 域 已经 获得 了广 泛 的应 用 , 显 示 出强 大的生 命力 。 不 仅如此 , 国 内外 的研 究机 构仍 然 在 开 展 E D I 的研究开发工 作 , 主要集 中在 改进 工艺 、 提高性 能 、 扩展应 用领 域 的研究 上 , 如 防垢膜 堆 的研制 、 倒 极 E D I 的研究 、 水 的软 化技术 、 化 工 产品 的 分离提 纯等 , 因此 E D I 技术必 将在 2 1 世 纪 获得 更 广泛 的 应用 。 在 国内 , 拥 有 自主知识产权的 E D I 技术与 装置 的研 究机 构不 多 , 大 多 数工程 公司 均 直 接采 用 国外 E D I 产品 , 应 用 到 自已 研 制 的 水处 理设备上 。 这样 虽然 可 以较 快获利 , 但 不 利 于 国 内 E D I 纯 水行 业 的 发 展 , 还 是 应该尽 快开 发具 有 自主知 识产权 的 E D I 技术与装置 。 目前 , 我 国的 E D I 技术与 国外 的先 进 水平 尚有差 距 , 如果加 以扶持 , 加 强行 业 间的相互 协作 , 提高 E D I 膜 堆 材料如离子 交换膜 的 性 能 , 完善 1 0 工艺及 结构设计 , 是能 够赶上 国外的先进 水平 的 。