摘 要:EDI(electrodeionization)技术是一种新的具有纯水和超纯水制备技术,技术先进,操作简便、水质稳定和优异的环保特性。本文从实际运行、常见问题和维护分析三个方面介绍了EDI在我厂的应用情况,并对系统运行中出现的不合理问题进行了改造,对改造后的状态和运行中的维护进行了分析。
关键词:膜分离技术;膜污染;水处理
1 系统的实际运行情况
1.1 EDI技术的应用
EDI又称连续电除盐,它科学地将电渗析技术和离子交换技术融为一体,通过阴阳离子的选择透过性与离子交换树脂对水中离子交换的作用,在电场的作用下实现水中离子的定向迁移,,从而达到水的深度净化除盐,并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生,所以EDI整个制水过程不需要酸碱化学药品再生,连续制取高品质超纯水,水质达到1-18MΩ.cm。
EDI 是相对“娇贵”的设备,需要对进水做严格的控制,从其对进水条件的要求都可以看出,其运行受很多条件的制约,否则难以进行良好的运行。我厂对EDI的运行和维护方面比较重视,对 EDI的所有参数做记录,并及时发现其某项参数的变化,作出及时相应的调整。这个参数的变化,需要从全局考虑,并不一定是EDI本身的原因,需要有较强的专业知识结合其进水条件的变化,作出正确的判断。
1.2 我厂水处理工艺流程
我厂运行的水处理系统采用了循环水排污水作为水源,选用了目前国内先进的水处理方式:循环水排污水→生压泵→过滤器→生水加热器→超滤(4×53m3/h)→超滤箱→一级高压泵→一级反渗透(2×77m3/h)→缓冲水箱→二级高压泵→二级反渗透(2×69m3/h)→渗透水箱→EDI升压泵→保安过滤器→EDI设备(2×62m3/h)→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。
为节约用水,将二级反渗透浓水和电去离子浓水回收进行再处理利用。
我厂设计4组超滤装置,选用了美国KOCH公司生产的中空纤维结构,切割分子量为10万道尔顿。一级反渗透采用了Dow公司BW30-365FR膜元件,二级反渗透采用了Dow公司BW30LE440膜元件。EDI采用GE公司ECellMK2st膜块.。超滤做为反渗透的预处理是完全符合要求的,一级反渗透脱盐率约为97.6%,二级反渗透产水和EDI进水的电导率合格。EDI的产水亦符合指标。
2 EDI出现的问题分析及整改措施
2.1 系统设计工艺不合理造成膜元件全部堵塞
在EDI装置完成调试,运行情况一直良好,产水品质稳定,各项指标都符合要求。运行了一年之后,发现EDI出现了异常情况,进出压差增大,电阻率下降,产水水量严重下降。开始以为是膜快结垢造成,经过化学清洗没有效果,逐步排除原因进行分析,后经过打开一个膜块才发现树脂层上部全是一些黑色的细小颗粒堵塞,造成进水阻力增大,同时树脂不能很好的再生,经查找确定是由水箱内部防腐材料边缘未处理好,经过一段时间水的侵泡防腐材料碎末脱落,而且系统设计上忽略了在EDI装置前安装保安过滤器,使得细小的防腐颗粒随着水流进入膜块内将其堵塞,EDI膜块(膜堆)是EDI的工作核心,一个简单的EDI膜堆主要有两个电性相反的电极和多个膜块单元对组成,一个膜块单元对由一个填满阳树脂和阴树脂交换树脂的淡水室。一个阳膜、一个阴膜、一个浓水室组成。由于EDI膜块内树脂与杂质无法分离,如果拆除膜块从新换树脂,对树脂的用量以及密封的工艺要求在国内还没有很成熟的技术与设备,污堵严重的膜块不能再利用,造成严重后果,给经济上带来了重大的损失。经过这次的经验教训及时对系统进行了整改措施,水箱重新做防腐,在EDI升压泵与EDI装置之间安装了保安过滤器,能有效地截留细小颗粒及杂质进入EDI装置,并且严格监控避免再有类似问题的生。
2.2 EDI在应用中常见的问题因素及分析
EDI是比较复杂和严格维护的产品,对膜块需要严格遵守进水条件和运行参数,每个条件都有其意义的,简要分析如下:
1.EDI膜块是有一定的工作范围的,超出范围就是超负荷超极限,TEA(总可交换阴离子,包括CO2)就是反映其处理能力的一个指标。TEA离子在膜块中运动速度受诸多因素影响,游离态的CO2是无法交换的只有其转换为HCO3ˉ时才能去除,而溶解的CO2在水中存在是弱电解质的溶解平衡,HCO3ˉ离子的交换顺序又排在部分需要去除的离子前,尤其是硅酸根,所以总的交换阴离子需要包括溶解态的CO2,这样计算才能有足够的余量。
2.电导率对膜块的影响同样重要,导电率过高,膜块电流变大,温度升高,水温也升高,离子交换能力下降,这是个相互影响的复杂过程。
3.pH值是考虑树脂的工作环境和尽量去除溶解CO2的影响,我厂根据实际运行认为进水PH值在8.0~8.5最为理想,除盐和除硅效果最佳。
4.硬度如果过高会使浓缩水通道的膜表面结构影响产水水质,而有机碳会导致树脂和选择透过性膜的污染,导致运行系统的电压升高,也容易在浓缩水通道形成有机胶体,堵塞通道,造成产水水质下降。重金属粒子会导致树脂和选择透过性膜的中毒造成出水水质的迅速恶化。尤其是硅的去除率迅速下降。进水中的二氧化碳的含量增加会导致EDI中树脂的负担加重是出水水质恶化。
5.硅含量高可能造成EDI产水不佳,尤其在镁离子存在情况下,造成不可逆转的结垢。
6..游离氯具有强氧化性,对半透膜的损害不可逆,会造成膜块的永久坏。
7..SDI是反应颗粒物的程度,颗粒物会直接堵塞膜块内的浓水室淡水室,这个是机械堵塞。淡水室充满树脂,宽度也仅有18mm,颗粒物很容易被截留进而堵塞膜块。
3.对EDI运行条件的维护及控制
1.调整控制好产水流量,使其在额定的范围内不能超出处理能力范围,否则产水品质会下降。在进水条件不变的情况下,随着流量的升高,其产水的电导率和硅值也会升高。
2.调节好进水温度,在进水成分一定的条件下,随着温度的降低得到高电阻率和高的硅去除率的电流会增加,温度最低时会超过膜块所限电流。
3.保持好进水的压力,承受压力是其机械性能所限,要保持进水压力大于浓水的进水压力。产品水出水压力要比浓水和极水出水压力高。依次,任何内部漏泄将会稀释浓水,而不是离子泄露到纯水中。
4.根据膜块的处理能力,不同的进水条件有不同的回收率,进水条件好可以维持较高的回收率,反之亦然。
5.进水到产水压差、进水与浓水进水压差、产水与膜块出水的压差三个压差要保证,这是防止膜块内离子逆流的条件。
6. 电压和电流条件,是EDI能连续去离子的关键,保证有足够的迁移离子能力和促使树脂再生的电解能力。
综上所述,我厂对系统进行了整改措施后,加强对各项指标严格控制。根据进水条件和运行条件,分析和判断产水品质变化的根源,逐步排除,有些可能是系统内(EDI膜块)本身,有些在系统外,如前一级产水甚至更前面的系统出现了故障。只有严格监控整体系统的每一段的水质情况,及时发现问题及时处理,是保证EDI装置整体运行性能的关键,确保运行状态良好。
3 结论
EDI技术是一项先进的水处理技术,作为一种新型的水处理方法,再技术进步,产品结构调整,节省能源及污染防治方面日益显示出其强大的生命力和竞争能力。但是正是由于先进,其详细的技术和各系统复杂的相互影响还未能获得深入的了解,也因此造成了许多本可以避免的故障,因此随着运行经验的不断积累,分析产生的原因,探讨行之有效的改进措施和控制方法就显得尤为重要。
参考文献
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