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1、反渗透-电去离子脱盐系统20世纪末,一种用于水处理的新型脱盐系统,即反渗透-电去离子(ＲＯ-ＥＤＩ)脱盐系统,由于其具有一系列优点,已在不少单位得到推广使用。制备纯水用脱盐系统的发展是与人们对纯水水质的要求、环保意识的增强及技术进步紧密相关的。水脱盐系统发展概况如图1所示。 图1 水脱盐系统发展情况 最初,人们采用蒸馏法脱盐(ａ)。由于蒸馏法制得的纯水水质不好,该法又消耗大量热能,所以自1934年发明离子交换树脂以来就改用了离子交换法。离子交换装置从一级复床发展到两级复床,直至混床(ｂ)。采用离子交换法可制得质量接近
2、理论纯水电导率0.055μＳｃｍ、电阻率18.2ＭΩ·ｃｍ的高纯水。然而,离子交换树脂可反复再生利用这一优点却带来了树脂再生废酸碱,造成了环境污染。为了克服污染,反渗透技术被引用到水的脱盐系统,即反渗透-混床脱盐系统(ｃ)。其废酸碱排放量与离子交换脱盐系统相比,减少了90%,基本上解决了废酸碱排放的问题。然而,随着对工艺要求的提高,此法暴露出两个缺陷:混床再生需要贮备酸碱;操作繁琐。最终,发展到用ＥＤＩ设备代替混床,成为ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统(ｄ),谓之"绿色"脱盐系统。 我国曾在20世纪70年代分别开发ＲＯ和ＥＤＩ技术
3、。然而,对ＲＯ的开发,多少年来未曾解决膜材料及其加工的国产化,一直停留在购买国外膜元件进行组装阶段;对ＥＤＩ的开发,初期没有认识到ＥＤＩ设备是一种脱盐用的精处理设备,其脱盐容量有限,而对提高纯水纯度的贡献却是巨大的。这一原因及其他因素使得我国未能及早地实现ＥＤＩ设备的产业化。至今,我国推广ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统时,ＲＯ膜元件和ＥＤＩ膜块这两种关键部件都为国外产品,影响了脱盐系统的普及推广。1 ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统的特点 (1)不用酸碱,不污染环境。传统的脱盐系统采用离子交换法脱盐,无论采用一级复床(阳床或阴床),还是两级
4、复床或混床,均采用离子交换树脂,树脂用酸碱再生,并反复利用。在用酸碱再生树脂的过程中,有大量的废酸碱排放,破坏水系的生态平衡,而采用ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统,在运行过程中不用酸碱。 (2)可连续生产,不需备用装置。ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统中ＲＯ为连续运行设备,ＥＤＩ组件采用每个容量为2～3ｔｈ的膜块,再并联扩大容量,也不需备用装置,解决了原来离子交换设备需停用再生,设有备用的缺陷。 (3)无人值守,水质稳定。ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统,出水水质平稳,不出现混床那样的周期性变化。 (4)占地面积小,运行费用低。 (5)对ＲＯ设备
5、和ＥＤＩ设备的进水有要求。对ＲＯ设备进水水质的要求因膜而异,见表1〔1〕。水质如达不到表1中的要求,应采用适当的预处理方法改善水质。除采用混凝和沉降处理外,预处理有多介质过滤、活性炭过滤、精密过滤等,有时为了防止ＲＯ膜阻塞,对高硬度水还要进行软化。 采用ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统制备超纯水的流程见图2。 表1 对ＲＯ设备进水的要求 表2 加拿大Ｅ-Ｃｅｌｌ对ＥＤＩ设备进水水质要求 图2 工艺流程 ＲＯ设备的出水直接作为ＥＤＩ设备的进水,一般都能满足要求,见表2和表3。2 ＲＯ-ＥＤＩ的制造2.1 ＲＯ装置 ＲＯ装置
6、是由一组管状膜元件与高压膜组成。管状膜元件分别由普通复合膜、超低压复合膜、醋酸纤维素膜和中空聚酰胺膜等制造。由于原材料和加工工艺方面的原因,国内市场基本上都为杜邦、陶氏、海德伦等国外公司产品,国产膜使用不多。 表3 美国Ｅｌｅｃｔｒｏｐｕｒｅ公司对ＥＤＩ设备进水水质要求指标范围电导率(μＳ·ｃｍ-1)2～40ｐＨ值5～8硬度(以ＣａＣＯ3计)(ｍｇ·Ｌ-1)<1.0,建议为0.1温度℃5～35进水压力ＭＰａ1.5～3.9总有机碳(ｍｇ·Ｌ-1)<0.5,建议为0氧化剂(ｍｇ·Ｌ-1)Ｃｌ2<0.05,Ｏ3<0.02变价
7、金属Ｆｅ(ｍｇ·Ｌ-1)<0.01ＳｉＯ2(ｍｇ·Ｌ-1)50～150ＣＯ2(ｍｇ·Ｌ-1)<10,当>10时,在ＥＤＩ前设脱气装置2.2 ＥＤＩ设备 最常见的ＥＤＩ设备是由一系列膜块串联组装而成。每个膜块可产水量2～3ｔ/ｈ,根据所要求的产水量决定并联膜块的数量。由于ＥＤＩ设备能连续运行,决定膜块数量时就不考虑备用。在运行中万一哪个膜块损坏时,可马上换用新的膜块。常见的膜块为板框式,采用原有板框式普通电渗析器式样,再在其淡水室填充离子交换材料,所以,制造ＥＤＩ设备就在于采用哪种满足要求的离子交换膜以及决定选择何种填充
8、离子交换材料,如何填充。 离子交换膜有异相膜和均相膜两种。异相膜是用离子交换树脂粉末和粘合剂的混合物压制成的,上海、浙江等地都生产这种膜。这种异相膜价格较低,其性能基本满足普通电渗析器对膜的要求,生产技术成熟,已有30余年历史。上海某厂还生产专门用于ＥＤＩ设备的一种低渗透膜,但至今这种膜产品还没有得到ＥＤＩ设备生产
