由于传统的离子交换已经越来越不能满足现代工业和环境保护的需要,结合了膜、树脂和电化学原理的EDI技术已经成为水处理技术的一场革命。其离子交换树脂的再生使用电力而不是酸碱,从而满足了当今世界的环保要求。自1986年EDI膜反应器技术产业化以来,世界各地已经安装了成千上万的EDI系统,特别是在制药、半导体、电力和表面清洁行业。它还被广泛应用于废水处理、饮料和微生物。
EDI超纯水设备的优点是连续电脱盐(EDI、Electro-deionization或CDI、ContinuousElectrodeionization),采用混合离子交换树脂吸附给水中的阴离子和阳离子,同时这些被吸附的离子在直流电压的作用下分别通过阴阳离子交换膜去除,该过程不需要用酸和碱再生离子交换树脂。
这种新技术可以取代传统的离子交换(DI)装置,生产电阻率高达18MΩcm的超纯水。EDI超纯水设备用于反渗透系统,取代传统的混合床离子交换技术,生产稳定的超纯水。EDI技术与混合离子交换技术相比具有以下优点:①水质稳定②易于实现全自动控制③不因再生而停机④不需要化学再生⑤运行成本低④厂房面积小0006不排放污水。EDI工作时,天然水源中一般有钠、钙、镁、氯化物、盐、碳酸氢盐等溶解性物质。
这些化合物由带负电荷的阴离子和带正电荷的阳离子组成,通过反渗透(RO)处理,可以去除95%-99%以上的离子,RO纯水(EDI给水)的一般电阻率范围为0.05-0MΩcm,即电导率范围为20-1μS/cm。
根据应用的不同,去离子水的电阻率一般在5-18 MΩcm的范围内,此外,原水还可能包括其他微量元素、溶解气体(如CO2)和一些弱电解质(如硼、二氧化硅),在工业淡化水中必须去除,但反渗透工艺对这些杂质的去除效果较差。
因此,EDI的作用是通过去除电解质(包括弱电介质),将水的电阻率从0.05-0MΩcm提高到18 MΩcm。离子交换膜和离子交换树脂的工作原理相似,它们可以选择性地穿透离子。阴离子交换膜只允许阴离子穿透,不允许阳离子穿透;而阳离子交换膜只允许阳离子穿透,不允许阴离子穿透。用混合的离子交换树脂填充一对阴阳离子交换膜,形成一个EDI单元。
混合离子交换树脂在阴、阳交换膜之间所占用的空间称为淡水室,一定数量的EDI单元列在一起,使阴、阳交换膜交替排列,离子交换膜之间加入专用离子交换树脂,形成的空间称为浓缩水室。
在给定直流电压的驱动下,在淡水室中,离子交换树脂中的阴离子和阳离子分别迁移到正负极,通过阴阳离子交换膜进入浓缩水室。同时,给水中的离子被离子交换树脂吸附,占据离子电迁移留下的空位。实际上,离子的迁移和吸附是同时连续发生的。通过这个过程,给水中的离子穿过离子交换膜,进入浓缩水室被去除,成为淡化水。
带负电荷的阴离子(例如OH-、Cl-)被正极(+)吸引并通过阴离子交换膜进入相邻的浓水室,之后这些离子在继续迁移到正极时遇到相邻的阳离子交换膜,但阳离子交换膜不允许阴离子通过,这些离子在浓水中被阻挡。
淡水流中的阳离子(例如Na+、H+)同样被截留在浓缩水室中,在浓缩水室中,通过阴离子和阴离子膜的离子保持电中性,EDI模块的电流与离子迁移量成正比。
电流量由两部分组成,一部分来源于被去除离子的迁移,另一部分来源于水本身电离产生的H+和OH-离子的迁移。EDI模块中存在较高的电压层,在该层下水电解产生大量的H+和OH-。
这些局部生成的H+和OH-对离子交换树脂有持续再生作用,EDI组分中的离子交换树脂可分为两部分,一部分称为工作树脂,一部分称为抛光树脂,两者之间的边界称为工作锋。
工作树脂负责去除大部分离子,而抛光树脂负责去除弱电解质和其他困难离子,EDI给水的预处理是EDI实现其最佳性能和减少设备故障的首要条件。
给水中的污染物会对脱盐模块产生负面影响,增加维护并降低膜模块的使用寿命。