反滲透+EDI和傳統離子交換，到底哪個好？

01

什么是EDI？

 

 

EDI的英文全稱是electrode ionization，翻譯過來就是電除鹽法，也稱作電去離子技術，或填充床電滲析。

 

電去離子技術結合了離子交換和電滲析兩項技術。它是在電滲析的基礎上研究發展起來的除鹽技術，是繼離子交換樹脂等之后日益獲得廣泛應用并取得較好效果的水處理技術。

 

既利用了電滲析技術可連續除鹽的優點，又利用了離子交換技術達到深度除鹽的效果；

 

既改善了電滲析過程處理低濃度溶液時電流效率下降的缺陷，增強離子傳遞，又使離子交換劑可得到再生，避免了再生劑的使用，減少了酸堿再生劑使用過程中所產生的二次污染，實現了去離子的連續操作。

 

EDI原理示意圖 

 

EDI去離子的基本原理包括以下3個流程：

 

1、電滲析過程

 

水中電解質在外加電場作用下，通過離子交換樹脂，在水中進行選擇性遷移，隨濃水排出，從而去除水中的離子。

 

2、離子交換過程

 

通過離子交換樹脂對水中的雜質離子進行交換，結合水中的雜質離子，從而達到有效去除水中離子的效果。

 

3、電化學再生過程

 

利用離子交換樹脂界面水發生極化產生的H⁺和OH^-對樹脂進行電化學再生，實現樹脂的自再生。

 

 

02

EDI的影響因素及控制手段？

 

 

1、進水電導率的影響

 

在相同的操作電流下，隨著原水電導率的增加，EDI對弱電解質的去除率減小，出水的電導率也增加。

 

如果原水電導率低則離子的含量也低，而低濃度離子使得在淡水室中樹脂和膜的表面上形成的電動勢梯度也大，導致水的解離程度增強，極限電流增大，產生的H⁺和OH^-的數量較多，使填充在淡水室的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。

 

因此，需對進水電導率進行控制，使EDI進水電導率小于40us/cm，可以保證出水電導率合格以及弱電解質的去除。

 

2、工作電壓、電流的影響

 

工作電流增大，產水水質不斷變好。

 

但如果在增至最高點后再增加電流，由于水電離產生的H⁺和OH^-離子量過多，除用于再生樹脂外，大量富余離子充當載流離子導電，同時由于大量載流離子移動過程中發生積累和堵塞，甚至發生反擴散，結果使產水水質下降。

 

因此，必須選擇適當的工作電壓、電流。

 

3、濁度、污染指數（SDI）的影響

 

EDI組件產水通道內填充有離子交換樹脂，過高的濁度、污染指數會使通道堵塞，造成系統壓差上升，產水量下降。

 

因此，需進行適當的預處理，RO出水一般都滿足EDI進水要求。

 

4、硬度的影響

 

如果EDI中進水的殘存硬度太高，會導致濃縮水通道的膜表面結垢，濃水流量下降，產水電阻率下降，影響產水水質，嚴重時會堵塞組件濃水和極水流道，導致組件因內部發熱而毀壞。

 

可結合除CO₂，對RO進水進行軟化、加堿；進水含鹽量高時，可結合除鹽增加一級RO或納濾來調節硬度的影響。

 

5、TOC（總有機碳）的影響

 

進水中如果有機物含量過高，會造成樹脂和選擇透過性膜的有機污染，導致系統運行電壓上升，產水水質下降。同時，也容易在濃縮水通道形成有機膠體，堵塞通道。

 

因此，在處理時，可結合其他指標要求，增加一級R0來滿足要求。

 

6、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”，而樹脂的金屬“中毒”會造成EDI出水水質的迅速惡化，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。

 

一般來說，運行中控制EDI進水的Fe低于0.01mg/L。

 

7、進水中CO₂的影響

 

進水中CO₂生成的HCO₃^-是弱電解質，容易穿透離子交換樹脂層而造成產水水質下降。

 

進水前可用脫氣塔進行去除。

 

8、總陰離子含量（TEA）的影響

 

高的TEA將會降低EDI產水電阻率，或需要提高EDI運行電流，而過高的運行電流會導致系統電流增大，極水余氯濃度增大，對極膜壽命不利。

 

除了上面這8個影響因素，進水溫度、pH值、SiO₂以及氧化物亦對EDI系統運行有影響。

 

 

03

EDI的特點

 

 

近年來，EDI技術在電力、化工、醫藥等對水質要求較高的行業中得到了廣泛應用。

 

在水處理領域的長期應用研究表明，EDI處理技術具有以下6個特點：

 

1、產水水質高且出水穩定

 

EDI技術綜合了電滲析連續除鹽和離子交換深度脫鹽的優點，不斷的科研實踐表明，利用EDI技術進行再一次除鹽，可有效去除水中離子，出水純度高。

 

2、設備安裝條件低，占地面積小

 

EDI裝置與離子交換床相比，體積小、重量輕，而且不需設置酸、堿儲罐，可有效節省空間。

 

不僅如此，EDI裝置為整裝結構型,施工周期短,現場安裝工作量小。

 

3、設計簡單，操作和維護方便

 

EDI處理裝置可模塊化生產,可自動連續再生,不需要大型的、復雜的再生設備，投入運行后,操作和維護簡便。

 

4、水質凈化過程自動控制簡便

 

EDI裝置可多模塊并聯接入系統，模塊運行安全穩定、質量可靠，使系統的操作、管理易于實現程序控制，操作方便。

 

5、無廢酸廢堿液排放，有利于環境保護

 

EDI裝置不需酸、堿化學再生，基本無化學廢物排放。

 

6、水回收率高，EDI處理技術的水利用率一般高達90%以上

 

綜上所述，EDI 技術在產水水質質量、運行穩定性、操作維護難易、安全環保等方面都有很大的優勢。

 

但其也存在一定的不足，EDI裝置對進水水質有較高的要求，而且其一次性投資（基建和設備費用）較高。

 

需要特別說明的是，雖然EDI的基建和設備等費用比混床工藝稍高，但綜合考慮裝置運行等費用后，EDI技術仍具有一定優勢。

 

比如，某純水站對兩種工藝的投資及運行費用進行了比較，EDI裝置在正常運行一年后即可抵消與混床工藝的投資差額。

 

 

04

反滲透+EDI VS 傳統離子交換

 

 

1、項目初投資對比

 

項目的初投資方面，在產水流量較小的水處理系統中，由于反滲透+EDI工藝取消了傳統離子交換工藝所需的龐大再生系統，特別是取消了酸貯罐和堿貯罐各兩臺，不僅大大降低了設備采購費用，同時可以節約占地面積約10%～20%，從而降低了建設廠房的土建費用和征地費用。

 

由于傳統離子交換生設備的高度一般在5m以上，而反滲透和EDI設備的高度在2.5m以內，水處理車間廠房高度可降低2～3m，從而再節約廠房土建投資10%～20%。

 

考慮反滲透和EDI的回收率，二級反滲透和EDI的濃水全部回收，但一級反滲透的濃水（約25%）需要排放，預處理系統的出力需要相應增大，在預處理系統采用傳統的混凝澄清過濾工藝時，初投資較離子交換工藝的預處理系統需增加 20%左右。

 

綜合考慮，反滲透+EDI工藝在小型水處理系統中與傳統離子交換工藝在初投資方面大抵相當。

 

2、運行成本對比

 

眾所周知，在藥劑消耗方面，反滲透工藝（包括反滲透加藥、化學清洗、廢水處理等）的運行成本較傳統離子交換工藝（包括離子交換樹脂再生、廢水處理等）低。

 

但在電耗、備品備件更換等方面，反滲透加EDI工藝較傳統離子交換工藝會高很多。

 

根據統計，反滲透加EDI工藝在運行成本上，較傳統離子交換工藝，總體稍高。

 

綜合考慮，反滲透加EDI工藝的總體運行維護成本較傳統離子交換工藝高出50%～70%。

 

3、反滲透+EDI適應性強、自動化程度高、對環境污染小

 

反滲透+ EDI工藝對原水的含鹽量適應性強，從海水、苦咸水、礦井疏干水、地下水到河水均可使用反滲透工藝，而離子交換工藝在進水溶解固體含量大于500 mg/L時不經濟。

 

反滲透和EDI即不需要酸堿再生，無需大量消耗酸堿，也不產生大量酸堿廢水，僅需要進行少量酸、堿、阻垢劑和還原劑加藥即可。

 

在運行維護方面，反滲透和EDI也同樣具有自動化程度高、便于程控的優點。

 

4、反滲透+EDI設備造價高、難修理，濃鹽水處理難度大

 

反滲透加EDI工藝雖然有很多優點，但是在設備發生故障時，特別是反滲透膜和EDI膜堆損壞時，只能停運更換，多數情況下，需要專業技術人員進行更換，停運時間可能較長。

 

反滲透雖然不大量產生酸堿廢水，但是一級反滲透的回收率一般僅有75%，會產生大量的濃水，濃水含鹽量會遠高于原水，這部分濃水目前沒有成熟的處理措施，一旦排放將污染環境。

 

目前，在國內電廠中對于反滲透的濃鹽水回收利用多數用于輸煤沖洗、灰渣加濕；某些大學正在進行濃鹽水蒸發、結晶提純工藝的研究，但成本高、難度大，暫未大范圍工業應用。

 

反滲透和EDI設備的造價是比較高的，但某些情況甚至比傳統離子交換工藝的工程初投資更低。

 

在大型水處理系統（系統產水量較大時）中，反滲透和 EDI系統的初投資遠遠高于傳統離子交換工藝。

 

在小型水處理系統中，反滲透加 EDI 工藝在小型水處理系統中與傳統離子交換工藝在初投資方面大抵相當。

 

綜上所述，在水處理系統出力較小時，可優先考慮采用反滲透加EDI處理工藝，此工藝初投資低、自動化程度高、對環境污染小。

 

來源：水處理新視野公眾號