電去離子出水水質的影響因素分析
電去離子(electrodeionization，簡稱edi)技術是將電滲析和離子交換相結合的一種新型膜分離技術，其主要特點：①樹脂用電再生而不需使用酸堿，實現了清潔生產；②設備運行的同時就自行再生，因此其相當于連續獲得再生的混床離子交換柱，能實現連續深度脫鹽；③產水水質好、制水成本低、日常運行管理方便。
1 edi基本原理
圖1是edi原理示意圖。
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在電滲析器的淡水室填充陰、陽混合離子交換樹脂，將電滲析和離子交換置于一個容器中而使兩者有機地結合為一體。水中離子首先因交換作用而吸附于樹脂顆粒上，然后在電場作用下經由樹脂顆粒構成的“離子傳輸通道”遷移到膜表面并透過離子交換膜進入濃室，存在于樹脂、膜與水相接觸的擴散層中的極化作用使水解離為h+和oh-，它們除部分參與負載電流外大多數對樹脂起再生作用，從而使離子交換、離子遷移、電再生三個過程相伴發生，相互促進，實現了連續去除離子的過程。
2 試驗裝置與流程
試驗工藝流程見圖2。
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edi裝置采用二級五段，在其淡水室中填充混合陰、陽離子交換樹脂(陰∶陽=2∶1)，每段4個膜對。淡室隔板：280mm×120mm×5 mm(聚氯乙烯硬板，四室無回路暗道式進出口為自制)；濃室隔板：280mm×120mm×5mm(橡膠板，無回路)；離子交換樹脂：天津南開大學化工廠生產的001×7陽樹脂和201×7陰樹脂；離子交換膜：上海化工廠生產的3361-bw陽膜和3362-bw陰膜；電極：陽極采用鈦涂釕，陰極采用不銹鋼。
3 結果與分析
3.1 原水電導率對脫鹽效果的影響
在進水流量為120l/h時，改變原水電導率則得到出水電導率與原水電導率的關系曲線，結果見圖3。
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由圖3可以看出，在相同的操作電流下，隨著原水電導率的增加則edi出水的電導率也增加。因為原水電導率低則離子的含量也低，同時低離子濃度使得在淡室中樹脂和膜的表面上形成的電勢梯度也大，這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，使填充在淡室中的陰、陽離子交換樹脂的再生效果良好。
從圖3還可看出，在原水的電導率為21.5μs/cm時，隨著操作電流的增大而edi出水的電導率一直很小(0.1～0.05μs/cm)，這是因為原水電導率越小則水解離越劇烈，產生的h+和oh-也越多，樹脂電再生的效果就越好(使其保持良好的交換性能)。當操作電流繼續升高時，h+和oh-除用于再生樹脂外還用于負載電流，故淡室中的水解離程度繼續增大，使得離子交換與樹脂的再生逐漸達到平衡，產水電導率趨于穩定。因此，原水電導率是影響產水水質的最重要因素之一。當進水電導率較高時，隨著操作電流的增加其產水水質有所下降。以原水電導率為100μs/cm時的曲線為例，當操作電流從0逐漸增加到5a時edi出水的電導率從0.17μs/cm 上升到0.5μs/cm左右(水質有所下降)，其原因是在高鹽度下濃差極化較小、水解離作用弱，樹脂幾乎沒有獲得再生，此時離子交換起了主要作用，短時間內樹脂就被鹽離子所飽和，而這時樹脂主要起到增強離子遷移的作用。
從圖中還可知，無論進水含鹽量高或低，二級五段的edi設備對其都有很好的脫鹽效果(脫鹽率＞99%)，出水的電導率能夠達到高純水標準(電導率＜1μs/cm)。
3.2 流量對產水水質的影響
當原水流量分別為60、80、100及120l/h時，edi出水的電導率隨操作電流的變化見圖4。
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由圖4可以看出，不同進水流量時edi出水的電導率隨操作電流變化很小，這是因為在電路上，淡室中的溶液相與樹脂相是并聯關系，由于所填充的離子交換樹脂的導電能力遠高于電滲析產水，因此樹脂相電阻成為淡室電阻大小的決定因素。離子傳輸主要通過樹脂相進行，而在一定的淡水流量范圍內流量對樹脂相電阻影響很小，故膜堆總電流不發生明顯變化，產水電導率變化也很小，因此進水流量對水解離程度的影響很小。
3.3 操作電壓對產水水質的影響
當原水電導率為21.5μs/cm、流量為120l/h時edi出水電導率與操作電壓的關系如圖5所示。
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由圖5可知，edi出水水質與操作電壓密切相關。操作電壓過小則不足以在純水排出之前將離子從淡室移出，電滲析過程和樹脂電再生過程都比較微弱，此時主要進行的是離子交換過程。隨著操作電壓的增大則水解離程度增大、樹脂的再生效果好，使得淡水的電導率下降，當操作電壓增加到一定程度時離子交換過程與樹脂的再生過程達到了平衡，產水電導率進一步下降并趨于穩定。但操作電壓過大將引起過量的水電離和離子反擴散而降低產水水質。所以，建議edi在適當的電壓下運行。
4 結語
提高edi膜堆的操作電壓可得到高質量的純水，但從提高膜堆電流效率的角度出發則操作電壓不宜太高；edi膜堆進水電導率越低(即預處理效果好)則edi產水的電導率越低，產水水質越好；另外適當增加進水流量即增加隔室流速可提高產水水質。
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