反渗透+EDI和传统离子交换，到底哪个好？

01

什么是EDI？

 

 

EDI的英文全称是electrode ionization，翻译过来就是电除盐法，也称作电去离子技术，或填充床电渗析。

 

电去离子技术结合了离子交换和电渗析两项技术。它是在电渗析的基础上研究发展起来的除盐技术，是继离子交换树脂等之后日益获得广泛应用并取得较好效果的水处理技术。

 

既利用了电渗析技术可连续除盐的优点，又利用了离子交换技术达到深度除盐的效果；

 

既改善了电渗析过程处理低浓度溶液时电流效率下降的缺陷，增强离子传递，又使离子交换剂可得到再生，避免了再生剂的使用，减少了酸碱再生剂使用过程中所产生的二次污染，实现了去离子的连续操作。

 

EDI原理示意图 

 

EDI去离子的基本原理包括以下3个流程：

 

1、电渗析过程

 

水中电解质在外加电场作用下，通过离子交换树脂，在水中进行选择性迁移，随浓水排出，从而去除水中的离子。

 

2、离子交换过程

 

通过离子交换树脂对水中的杂质离子进行交换，结合水中的杂质离子，从而达到有效去除水中离子的效果。

 

3、电化学再生过程

 

利用离子交换树脂界面水发生极化产生的H⁺和OH^-对树脂进行电化学再生，实现树脂的自再生。

 

 

02

EDI的影响因素及控制手段？

 

 

1、进水电导率的影响

 

在相同的操作电流下，随着原水电导率的增加，EDI对弱电解质的去除率减小，出水的电导率也增加。

 

如果原水电导率低则离子的含量也低，而低浓度离子使得在淡水室中树脂和膜的表面上形成的电动势梯度也大，导致水的解离程度增强，极限电流增大，产生的H⁺和OH^-的数量较多，使填充在淡水室的阴、阳离子交换树脂的再生效果良好。

 

因此，需对进水电导率进行控制，使EDI进水电导率小于40us/cm，可以保证出水电导率合格以及弱电解质的去除。

 

2、工作电压、电流的影响

 

工作电流增大，产水水质不断变好。

 

但如果在增至最高点后再增加电流，由于水电离产生的H⁺和OH^-离子量过多，除用于再生树脂外，大量富余离子充当载流离子导电，同时由于大量载流离子移动过程中发生积累和堵塞，甚至发生反扩散，结果使产水水质下降。

 

因此，必须选择适当的工作电压、电流。

 

3、浊度、污染指数（SDI）的影响

 

EDI组件产水通道内填充有离子交换树脂，过高的浊度、污染指数会使通道堵塞，造成系统压差上升，产水量下降。

 

因此，需进行适当的预处理，RO出水一般都满足EDI进水要求。

 

4、硬度的影响

 

如果EDI中进水的残存硬度太高，会导致浓缩水通道的膜表面结垢，浓水流量下降，产水电阻率下降，影响产水水质，严重时会堵塞组件浓水和极水流道，导致组件因内部发热而毁坏。

 

可结合除CO₂，对RO进水进行软化、加碱；进水含盐量高时，可结合除盐增加一级RO或纳滤来调节硬度的影响。

 

5、TOC（总有机碳）的影响

 

进水中如果有机物含量过高，会造成树脂和选择透过性膜的有机污染，导致系统运行电压上升，产水水质下降。同时，也容易在浓缩水通道形成有机胶体，堵塞通道。

 

因此，在处理时，可结合其他指标要求，增加一级R0来满足要求。

 

6、Fe、Mn等金属离子的影响

 

Fe、Mn等金属离子会造成树脂的“中毒”，而树脂的金属“中毒”会造成EDI出水水质的迅速恶化，尤其是硅的去除率迅速下降。

 

另外，变价金属对离子交换树脂的氧化催化作用，会造成树脂的永久性损伤。

 

一般来说，运行中控制EDI进水的Fe低于0.01mg/L。

 

7、进水中CO₂的影响

 

进水中CO₂生成的HCO₃^-是弱电解质，容易穿透离子交换树脂层而造成产水水质下降。

 

进水前可用脱气塔进行去除。

 

8、总阴离子含量（TEA）的影响

 

高的TEA将会降低EDI产水电阻率，或需要提高EDI运行电流，而过高的运行电流会导致系统电流增大，极水余氯浓度增大，对极膜寿命不利。

 

除了上面这8个影响因素，进水温度、pH值、SiO₂以及氧化物亦对EDI系统运行有影响。

 

 

03

EDI的特点

 

 

近年来，EDI技术在电力、化工、医药等对水质要求较高的行业中得到了广泛应用。

 

在水处理领域的长期应用研究表明，EDI处理技术具有以下6个特点：

 

1、产水水质高且出水稳定

 

EDI技术综合了电渗析连续除盐和离子交换深度脱盐的优点，不断的科研实践表明，利用EDI技术进行再一次除盐，可有效去除水中离子，出水纯度高。

 

2、设备安装条件低，占地面积小

 

EDI装置与离子交换床相比，体积小、重量轻，而且不需设置酸、碱储罐，可有效节省空间。

 

不仅如此，EDI装置为整装结构型,施工周期短,现场安装工作量小。

 

3、设计简单，操作和维护方便

 

EDI处理装置可模块化生产,可自动连续再生,不需要大型的、复杂的再生设备，投入运行后,操作和维护简便。

 

4、水质净化过程自动控制简便

 

EDI装置可多模块并联接入系统，模块运行安全稳定、质量可靠，使系统的操作、管理易于实现程序控制，操作方便。

 

5、无废酸废碱液排放，有利于环境保护

 

EDI装置不需酸、碱化学再生，基本无化学废物排放。

 

6、水回收率高，EDI处理技术的水利用率一般高达90%以上

 

综上所述，EDI 技术在产水水质质量、运行稳定性、操作维护难易、安全环保等方面都有很大的优势。

 

但其也存在一定的不足，EDI装置对进水水质有较高的要求，而且其一次性投资（基建和设备费用）较高。

 

需要特别说明的是，虽然EDI的基建和设备等费用比混床工艺稍高，但综合考虑装置运行等费用后，EDI技术仍具有一定优势。

 

比如，某纯水站对两种工艺的投资及运行费用进行了比较，EDI装置在正常运行一年后即可抵消与混床工艺的投资差额。

 

 

04

反渗透+EDI VS 传统离子交换

 

 

1、项目初投资对比

 

项目的初投资方面，在产水流量较小的水处理系统中，由于反渗透+EDI工艺取消了传统离子交换工艺所需的庞大再生系统，特别是取消了酸贮罐和碱贮罐各两台，不仅大大降低了设备采购费用，同时可以节约占地面积约10%～20%，从而降低了建设厂房的土建费用和征地费用。

 

由于传统离子交换生设备的高度一般在5m以上，而反渗透和EDI设备的高度在2.5m以内，水处理车间厂房高度可降低2～3m，从而再节约厂房土建投资10%～20%。

 

考虑反渗透和EDI的回收率，二级反渗透和EDI的浓水全部回收，但一级反渗透的浓水（约25%）需要排放，预处理系统的出力需要相应增大，在预处理系统采用传统的混凝澄清过滤工艺时，初投资较离子交换工艺的预处理系统需增加 20%左右。

 

综合考虑，反渗透+EDI工艺在小型水处理系统中与传统离子交换工艺在初投资方面大抵相当。

 

2、运行成本对比

 

众所周知，在药剂消耗方面，反渗透工艺（包括反渗透加药、化学清洗、废水处理等）的运行成本较传统离子交换工艺（包括离子交换树脂再生、废水处理等）低。

 

但在电耗、备品备件更换等方面，反渗透加EDI工艺较传统离子交换工艺会高很多。

 

根据统计，反渗透加EDI工艺在运行成本上，较传统离子交换工艺，总体稍高。

 

综合考虑，反渗透加EDI工艺的总体运行维护成本较传统离子交换工艺高出50%～70%。

 

3、反渗透+EDI适应性强、自动化程度高、对环境污染小

 

反渗透+ EDI工艺对原水的含盐量适应性强，从海水、苦咸水、矿井疏干水、地下水到河水均可使用反渗透工艺，而离子交换工艺在进水溶解固体含量大于500 mg/L时不经济。

 

反渗透和EDI即不需要酸碱再生，无需大量消耗酸碱，也不产生大量酸碱废水，仅需要进行少量酸、碱、阻垢剂和还原剂加药即可。

 

在运行维护方面，反渗透和EDI也同样具有自动化程度高、便于程控的优点。

 

4、反渗透+EDI设备造价高、难修理，浓盐水处理难度大

 

反渗透加EDI工艺虽然有很多优点，但是在设备发生故障时，特别是反渗透膜和EDI膜堆损坏时，只能停运更换，多数情况下，需要专业技术人员进行更换，停运时间可能较长。

 

反渗透虽然不大量产生酸碱废水，但是一级反渗透的回收率一般仅有75%，会产生大量的浓水，浓水含盐量会远高于原水，这部分浓水目前没有成熟的处理措施，一旦排放将污染环境。

 

目前，在国内电厂中对于反渗透的浓盐水回收利用多数用于输煤冲洗、灰渣加湿；某些大学正在进行浓盐水蒸发、结晶提纯工艺的研究，但成本高、难度大，暂未大范围工业应用。

 

反渗透和EDI设备的造价是比较高的，但某些情况甚至比传统离子交换工艺的工程初投资更低。

 

在大型水处理系统（系统产水量较大时）中，反渗透和 EDI系统的初投资远远高于传统离子交换工艺。

 

在小型水处理系统中，反渗透加 EDI 工艺在小型水处理系统中与传统离子交换工艺在初投资方面大抵相当。

 

综上所述，在水处理系统出力较小时，可优先考虑采用反渗透加EDI处理工艺，此工艺初投资低、自动化程度高、对环境污染小。

 

来源：水处理新视野公众号