EDI设备应用与技术培训2024

2024年河北东海特钢集团有限公司

动力部除盐水站EDI应用与技术培训原水预处理原水预处理原水预处理阴/阳床反渗透反渗透混床混床EDI水处理技术的发展历程第一代二十世纪六七十年代第二代二十世纪八九十年代第三代二十世纪九十年代末EDI技术的出现是水处理工业的一次划时代的革命，标志着水处理工业全面跨入绿色产业的时代。EDI相比传统DI混床的优越之处：电渗析与离子交换技术的有机结合；保留了电渗析连续脱盐和离子交换深度脱盐的优点；离子交换树脂用量少，与普通离子交换树脂柱相比，节约树脂95%以上；离子交换树脂不需酸碱化学再生，节约大量酸碱和清洗用水，降低劳动强度；无废酸废碱液排放，是清洁生产技术，绿色环保产品；过程易实现自动控制，EDI与反渗透（RO）、超滤（UF）等水处理技术相结合，能形成完善的高纯水生产线；占地面积小，而且不需要像离子交换床那样，一套在用，一套再生的重复设置；产水水质高，电阻率可达15～18MΩ.cm。专业术语阴离子：一种带有一个或多个负电荷（如Cl-、OH-、SO42-）的离子（带电原子或原子团）。阳极：一种带正电的电极，吸引阴离子，表层涂钛。膜组件。阳极电解液：阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。阴极：一种带负电的电极，吸引阳离子，通常由不锈钢制作。阴极电解液：阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。阳离子：一种带有一个或多个阳电荷（如Na+、NH4+和Ca2+）的离子（带电原子或原子团）。浓水流：流经浓水室并收集离子的水流。电导率：水传导电流能力的一个电学测量参数，其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。单位是μS/cm，一般是指25℃。膜孔结构随孔深度而变化的膜。专业术语直流（DC）电流：电流不改变状态，在EDI系统中与移动的离子数量成比例，包括水裂解的离子。直流（DC）电压：电压不改变极性。电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。在直流电压中会有一些交流的电压成份存在。电极：传导电场的金属板（阳极和阴极），并且促进电化学反应发生，电极通过导线与外部电源相连。电解液：电极附近的离子溶液。EDI单元将两种电解液汇成一股，在通过“电解液出口”导出端口将它们输送到模块之外。进水：垂直进入EDI模块的水。它将供应给淡水室、浓水室和极水室。单位时间单位膜面积透过组分的量。这种水的水源就是反渗透的产品水。GPM：加仑每分钟。水流量的一个测量参数。1.0gpm相当于227升/小时，4.4gpm相当于1.0m3/h。离子交换膜：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜，且不允许水通过。离子交换树脂：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。兆欧：（MΩ.cm）电学测量参数的单位，用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。它是一个电阻参数。不含杂质的超纯水在25ºC时可以达到18.24兆欧.厘米（MΩ·cm）。专业术语pH值：氢离子（H+）浓度的一个测量参数。pH值用对数从0到14来表述。pH值为0或在0附近的是强酸性，pH值为7为中性，pH值为14或在14附近是强碱性。分解：水在电流的作用之下分解成H+和OH-，这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情况下。它导致水的分解以传导电流。一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。pH值的波动一般跟分解作用有关。水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。ppb：十亿分之一，或μg/l。用于衡量水中离子的数量，如：超纯水中的硅含量。ppm:百万分之一，或mg/l。用于标识水中总溶解固体数目（TDS）的参数单位。这个参数单位一般用于描述进入EDI模块的水流的纯度。在低电导率时，1ppm近似等于2μs/cm。产品水（淡水）：流经纯化室或淡水室的水流。这股水流就是去离子水。电阻率：描述水阻挡电流的能力的测量参数。离子浓度降低，电阻率就增加；离子浓度增加，电阻率就降低。这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。不含杂质的超纯水在25℃可以达到18.24MΩ.cm。专业术语盐：由金属阳离子或带正电的根完全或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。举例：TOC:总有机碳：水样中总的有机物水平的量度。非有机碳总量（CO2）为从总碳中减去有机碳后剩下的部分。用ppm或毫克/升表示。工艺流程（EDI)地下水反渗透供水泵超滤产水池多介质产水池超滤供水泵自清洗过滤器超滤多介质过滤器原水泵原水箱5μm保安过滤器高压泵保安过滤器EDI供水泵二级RO产水池EDI装置一级RO产水池二级RO供水泵二级RO一级RO除盐水箱除盐水泵用户工艺流程（混床）地下水反渗透供水泵超滤产水池多介质产水池超滤供水泵自清洗过滤器超滤多介质过滤器原水泵原水箱5μm保安过滤器高压泵用户除盐水泵除盐水箱一级RO产水池混床供水泵混床一级ROEDI系统

EDI的设计包括了两个成熟的水净化技术—电渗析技术和离子交换树脂除盐技术。通过这种革命性的技术，用较低的能源成本就能去除溶解盐，而且不需要化学再生；该技术能够连续稳定、大流量的制备电阻率为几兆欧（MΩ·cm）的高纯水、超纯水。

EDI通过直流电场让进水中的带电荷离子在电场中进行移动，使阴阳离子从进水流中分离出来，通过离子选择透过性膜进入浓水中，达到净水的效果。EDI与ED不同的是在淡水室中使用了树脂—这种树脂允许离子在很低电导率的水中更快地迁移。

树脂处于稳定工作状态时，树脂类似于一个离子输送导体，与进水中阴阳离子进行交换，进而在电场作用下离子沿树脂表面进入浓水。EDI设备的基本原理

电渗析技术电去离子（EDI）工艺采用一种离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下两个电极之间（阳极（+）和阴极（-），在两极间的直流电源电场从RO预处理过的水中去除离子。离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料，他们用于将某种特定的离子进行分离。阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子，阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子，这两种膜不允许水透过。通过在一个层状、框架式的组件中放置不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜，就建立了并列交替的淡水室和浓水室。离子选择性膜被固定在一个惰性的聚合体框架上，框架内装填混合树脂就形成淡水室，淡水室之间的层就形成了浓水室。EDI模块：连续去除离子特性第一个区域（工作床）第三个区域（抛光床）第二个区域（抛光床）EDI模块：连续去除离子特性在EDI除盐过程中并不能同等效率的去除所有的离子，故会影响到产品水的品质和纯度。

首先去除简单离子。离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。这些典型的离子包括：H+、OH-、Na+、Cl-、Ca2+和SO42-(和一些相似的离子)在EDI模块的第一个区域，相较其它离子，这些离子优先被去除。这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。自H+和OH-离子变得平衡后，pH值接近7.0。EDI模块的第一个区域被称为“工作床”。

其次去除中等强度离子和极化离子(例如，CO2)。CO2是最常见的EDI进水组成。CO2有着复杂的化学发应，依据其H+在模块中局部的浓度，被认为是可以适度的离子化：CO2+H2O⇌H2CO3⇌H++HCO3-⇌2H++CO32-当pH值在这个部分接近7.0左右时，大部分CO2以重碳酸盐(HCO3-)形式存在。重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附，如此仍然不能与“简单”离子(例如Cl-、和SO42-)相抗衡。在EDI模块的第二个区域，CO2(包括它所有的形式)相较于强度更加微弱的离子优先被去除。EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。EDI模块：连续去除离子特性最后去除强度微弱的离子(例如.，溶解的二氧化硅和硼)。

二氧化硅分子的离子化能力相当微弱，并且难吸附在离子交换树脂上，使用任何反电离过程都很难将之去除。

如果已经去除了所有的“简单”离子，并且去除了所有CO2，EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。在模块第三个区域的停留时间非常重要。停留时间越长，去除效率就越高。第三个区域较长的停留时间，需要RO产品水的电导率达到最小（去除大量“简单”离子）同时使RO产水中CO2的数量最少化。

EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为“抛光床”。

EDI进水中不同的离子种类，以及它们的浓度，直接影响着EDI的工作性能和效率。EDI运行进水要求注：*FCE计算举例：FCE=电导率+2.79*（CO2）+1.94（SiO2），电导率=5.0μS/cm,CO2=3.5mg/l,SiO2=0.5mg/l,那么FCE=5.0+2.79*(3.5)+1.94*(0.5)=15.7μS/cmEDI启动步骤•确认EDI已正确与直流电源连接。•确认EDI产水管道已连接到排水沟。•开启进水。调整水泵和/或阀门，让产水及浓水达到所需的流量和压力。标准浓水流量通常会设定在产水流量的11%(从而使水的回收率达到90%)。•调整阀门，以使在预期的流量下，产水出口的压力比浓水出口的压力高约0.1-0.3bar(2-5psig)。•调整直流电源。•所有流量开关及联锁装置正常工作，确保EDI的直流电源会在水流中断时关闭。•继续将产水排入排水沟，直到水质达到预期。•当产水水质达到预期后，将产水连接至产水箱。重新按要求调整压力，使产水(淡水)出口压力比浓水出口的压力高约0.1-0.3bar(2-5psig)。•每天将操作数据记录在合适的表格上.正确设定操作电流是启动EDI的重要步骤之一。直流电流的大小取决于以下现场条件：•每个EDI模块的流量•EDI进水相当电导率(FCE)o进水电导率测得值o进水二氧化碳浓度o进水二氧化硅浓度•产水水质要求可用以下公式来计算电流值(基于法拉第定律)。直流电流(A)=(1.31)x(产水流量,L/min/cell)x(FCE,µS/cm)/电流效率,%其中FCE=测得进水电导率µS/cm+(mg/LCO2)x(2.79)+(mg/LSiO2)x(2.04)EDI所需电流计算EDI产水品质优化电压驱动力

对于每一种操作条件来说，都有一个最佳电压。对于具体的操作条件，所加电压可能太大，也可能太小。每种模块都有一个典型的电压范围----优化最佳电压应该在这个范围之内。

如果电压太低，则驱动力太小，这就不能将足够的离子从淡水室迁移到浓水室中。而且可能不会使足够的水发生裂解，从而使离子交换树脂不能进行有效的再生。在抛光层可能不能充分捕捉和迁移类似二氧化硅这样的杂质离子。

如果初始设置的电压值过低，模块中的离子交换树脂将被离子填充，直到达到一个稳定状态，这样进入模块的离子就比离开模块的离子要多。其症状主要表现为浓水流中的离子比正常水平低。稳定状态可能要8～24小时才能获得----在此期间，产品水质将会逐渐下降。

如果电压过高，就会有过多的水发生裂解，驱动力的效率下降。其症状首先是在极水中产生多余的气体，而后浓水中也会产生气体。过高的电压也会产生一种称为“浓度反扩散”现象，在这种状态下，离子将被迫从浓水扩散到邻近的淡水室以保持电中性。

如果初始设置的电压值升高，模块中的离子交换树脂就开始释放离子，直至达到稳定状态。在此期间，离开模块的离子多于进入模块的离子。其症状表现为浓水流电导率的增大。稳定状态可能要8～24小时才能获得----在此期间，产品水品质将会逐渐提高。EDI产水品质优化电流强度

EDI模块较底部的电流强度非常高，这是由于进水中主要离子的迁移所致。底部浓水有一定的电阻特性，因为那里的水基本上是电导率为2～20微西门子的RO水。

EDI模块的上部，浓水流中充满了它从淡水室“工作层”中收集的离子，在90%回收率时，浓水流相当于被浓缩了10倍，因此电导率为20~200μS/cm之间。因此，淡水室此时将有更高的电压降（模块上部淡水流中几乎没有离子），唯一的结果是水的裂解率更高，将导致氢根离子（H+）和氢氧根离子（OH-）的迁移率更高。

这样会有利于抛光床的存在和更好的去除CO2和硅，以及生产更高电阻率的产品水。

只有模块处于平衡状态而且没有过高的电流强度时，产品水的质量才能得以优化。树脂床的抛光部分的再生能力对获得最高的电阻率至关重要。EDI产水品质优化离子平衡和pH值

模块中溶液的电中性必须保持在离子水平上，这样可以抑制阳离子比阴离子更易扩散性。

即使在分子或原子级别也要保持电中性。这就不可能发生扩散的阳离子比阴离子多的情况。

正因为如此，离子平衡显得至关重要。如果进水中的离子流形成了高迁移率的阳离子和低迁移率的阴离子，这时EDI的驱动力会自动调节迁移率最低的离子保持电中性。此外，移动的质子（H+）和氢氧根离子（OH-）将在调节离子平衡的过程当中扮演重要的角色。如果进水流中的离子存在较大的不匹配，则在产品水流和浓水流之间，因质子（H+）和氢氧根离子（OH-）的迁移将发生较大的pH值的变换。这时质量就无法优化。

PH值因此也极大的影响着产水品质。较低的pH值，多余的H+将作为反离子扩散到进水流的阴离子中去。进水流中的阳离子将不能有效的去除。

PH值较高，氢根离子不再扮演反阳离子的角色。但是，二氧化碳将转化为带电荷的盐类（碳酸氢盐），因此将会发生迁移。二氧化硅也将一样。建议理想的操作条件是pH为7.0，最好有最少的CO2存在。EDI产水品质优化“离子前沿”区域的影响

如上所述，“离子前沿”（EDI模块中“工作层”和“抛光层”的位置分界点）对产品水品质也非常重要。

对于生产电阻率最高、二氧化硅的含量最低的水，必须设定变量来最大限度的扩大抛光层的深度。★离子负荷必须是最小；★产品水流量应该是在给定范围最高流量以下；★电压应该是最佳工作电压（不是太高或太低）；★浓水流量应该是恰当的（如：90%回收率），以便能有效地去除浓水室膜表面的离子。这将影响应用于淡水室的电压；★二氧化碳负荷应该最小；★pH值应该在7.0。

为节约能源，如果低品质的水能够满足需求，则可以扩大工作床的深度而限制抛光床的深度。这可以通过以下途径获得：★降低电压；★降低浓水流量（较高的回收率）----这可以降低模块的电阻。也可以通过浓水的循环或加盐来实现。注意：这样的风险就是浓水室易结垢。EDI系统的保护与控制

为保护EDI模块，确保EDI模块较长的寿命，采取一些系统保护措施是非常必要的。一些只是简单的工程优化。最重要的是防止在模块没有水流的情况下施加电压。违背这个原则，将导致对EDI模块不可逆转的损坏。关键的测量参数和报警条件是：1.极水流的流量高于最小值2.浓水流的流量高于最小值3.产水流的流量高于最小值4.RO产水电导率低于EDI进水电导最大值5.温度在限制范围之内

以下是一个理想的RO-EDI系统的构成列表。对于多模块系统，模块被并联连接并加电。EDI系统装置构成进水EDI进水条件在设计上最大限度地减少任何正常和持续的操作过程中模块所需的维护。但是运行过程中，当不符合进水规范和/或者所加电压不够时，一定的维护还是必要的。主要污染物是TOC、硬度、颗粒和铁。

盐/硬度结垢如果EDI的进水中含有较多的溶质，就可能在浓水室中形成盐的沉淀（如结垢），结果成品水的质量就会下降。如果进水中含有大量硬度离子（Ca2+、Mg2+）、溶解的CO2和较高的pH值，将会使沉淀速度大大增加。要除去这些大量的碳酸盐，浓水室必须用经认可的酸清洗液进行清洗。

离子交换树脂（TOC有机物污染）含有有机污染物的进水会污染阻塞离子交换树脂和离子选择性膜，形成的薄膜层严重有害的影响离子迁移速率，从而影响产水的品质。如果发生这种情况，淡水室就必须用经认可的有机物去除剂进行清洗。这可能是经认可的非离子表面活性剂或是经认可的碱清洗液。EDI模块清洗和维护颗粒污染粗的杂质颗粒在EDI进水中时会造成进水流部分的阻塞，引起模块之间水流分配不均匀，从而导致模块性能降低。在EDI进水中细小的颗粒会污染树脂和浓水室。如果EDI进水来自RO的产水箱而不是直接来自RO产水时，进入EDI之前特别需要一个非常微细的前置过滤器先将水过滤。在EDI模块安装之前，最好先用水将管道系统强烈的冲洗干净以预防颗粒杂质进入模块。

电源和再生如果一个EDI模块运转时不加电力或所加电力不够，离子交换树脂和离子选择性膜就会饱和，产水的纯度就会降低。要净化离子交换树脂，就要初始化流过模块的水的流量，逐渐增加电源的电压。模块在将离子输送到系统之外时将比正常状态下流过更大的电流，并且树脂得到再生。注意：如果没有过电流保护，就要小心不能超过电源的输出极限。EDI模块清洗和维护EDI模块清洗条件在下述情况下，膜堆可能需要清洗：•温度和流量不变，产水压差增加50%，或•温度和流量不变，浓水压差增加50%，或•温度、流量或进水电导率不变，产水水质下降，•温度不变，膜堆的电阻增加25%。酸清洗程序/浓水室中的结垢现象

——酸洗药剂选择药剂溶液

1（需要完全混合）：这个药剂溶液是简单而安全的商用方案，用于配制浓度为2%的有机酸和螯合剂的调节溶液，该溶液pH值在2.5~3.5之间。▲5.0L去离子水▲100mlAvistaTechnologies9公司的RoCleanL403型药液或等同药品。药剂溶液

2（需要完全混合）：用于配制有机酸。用于配制浓度为5%的弱酸溶液，pH值在3左右。▲5.0L去离子水▲250mg柠檬酸药剂溶液3（需要完全混合）：用于配制2.5%的强酸溶液，并选择非离子性的表面活性剂以帮助去除结垢。在三种清洗液中这个是最强烈的。▲5.0L去离子水▲350ml37%标准试剂级的盐酸（HCl10）安全提示：混合酸的安全方法：切记要将酸加入到水中，不能将水加入到酸中。酸清洗程序/浓水室中的结垢现象

——酸洗程序在清洗前，测量并记录通过极水和浓水的流量和压力降。▲封闭进水口（Feed）和产水口（Product）避免离子交换树脂被酸污染。▲化学药液输送泵出口连接到非淡水进水端口（极水和浓水进水端），调整压力到10~15psi(1bar)。不要向淡水室注入酸液，否则树脂将需要很长的再生时间。如果酸液进入淡水室，洗需要6~8小时，同时要花费近16个小时来再生并达到等同的产水品质。▲将泵进口端连到一个盛装上述酸清洗液的20~40L（5~10gal）塑料箱。▲直接将极水出口（elecout）和浓水出口（concout）连接到耐酸废液储箱，或连接到化学药箱。▲通过EDI模块缓慢泵入酸，直到酸和废水从出口出来为止，然后关掉泵，让清洗液在模块中浸泡5分钟或更长时间。太厚的结垢沉淀物会需要更长时间的浸泡。▲重新启动泵，泵出所有的清洗液。不能将空气泵入模块。▲向水箱中加入去离子水（DI），用泵冲洗模块，让出水口直接排放。连续加冲洗水，直到水流TDS不大于5ppm，pH在正常操作范围内。▲从清洗系统拆开管道，将管道重新连接到淡水进口和成品水流出口，恢复到原来连接状态。记录压力降、流量、pH和TDS，压力降应该下降到常规水平；▲在再生模式运行EDI系统，直到离子物质平衡为止。在标准模式下运行EDI，直到产水品质重新恢复。树脂清洗程序/进水和产水有机物

——碱洗药剂选择碱清洗溶液配方1：▲9.8L去离子水▲200mlRoCleanL211溶液（100ml轻度污染），pH值10.5。▲这种溶液应该加热到35-40°C，有利于清洗。碱清洗溶液配方2：▲9.8L去离子水▲纯氢氧化钠配0.1~0.5%的溶液，pH目标值12~13。▲这种溶液应该加热到35-40°C，有利于清洗。树脂清洗程序/进水和产水有机物

——碱洗程序▲不要将盐水加入到树脂室，否则EDI产水品质将会很难恢复；▲封堵浓水和极水的进水和出水口，将淡水进水和产水管与RO和产水输送管隔离；▲清洗树脂是从上往下流水；▲连接化学清洗泵到“产水PRODUCT”侧；▲连接“进水FEED”侧到废水回收水箱，或连接到循环化学药箱；▲将一个2