EDI在电厂中的应用

随着社会的发展，人们的生活水平的提高，电力系统也越来越向着高参数大容量机组发展，对锅炉补给水的要求也越来越高。传统的离子交换除盐方式虽然能满足水质要求，但由于出力小，所需设备台数较多、占地面积大、投资费用高、运行过程需使用大量酸碱、操作繁琐的缺点。随着膜处理的发展，在电厂锅炉补给水处理中以其诸多优势得到人们的重视。

EDI是20世纪80年代以来逐渐兴起的一种除盐技术，它结合了电渗析和离子交换的优点，同时又克服了电渗析过程中的浓差极化和离子交换树脂需频繁化学再生的弊端,可代替常规的离子交换树脂床,生产高质量的去离子水。EDI脱盐工艺具有连续、稳定、无酸碱消耗等特点,这使它有传统的脱盐技术不可比拟的优越性。

1  基本原理及工艺特点

EDI的基本工作模型如图所示,膜堆由交替排列的阴、阳离子交换膜和浓淡室隔板等组件构成,离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间,膜堆两侧设置正负电极。进入淡水室中的电解质离子首先通过交换作用吸附到树脂颗粒上,而后在外加直流电场作用下,沿树脂颗粒构成的导电传递路径迁移到淡水室的离子交换膜表面,并透过膜进入浓水室而被除去。一般而言,EDI的去离子过程根据原水含盐量的不同有2种工况:原水含盐量较高时,淡水室中的树脂保持盐型,水解离程度微弱,去离子作用主要来源于树脂的增强导电能力;当原水含盐量降低时,淡水侧的阴、阳离子交换膜表面以及接近出水口的树脂床层中发生水分子的解离,水解离产物H+与OH-对树脂床层的就地“电再生”使部分混床树脂保持H+和OH-型,从而实现连续深度除盐。

EDI工作的基本原理

EDI技术不仅能去除水中的Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4等强电解质离子,而且对CO2、氨、硅、硼等弱电解质也有很好的去除效果,这是传统的电渗析和离子交换技术所不具备的技术优势。其去除机理在于:一定条件下EDI过程中的水解离作用产生的OH-和H+与弱电解质结合生成强电解质离子,使之在电场作用下发生迁移,**终达到去除目的。此外,EDI对等微生物也有一定抑制效应。在EDI膜堆内部的淡水室中,剧烈的水解离导致局部中性紊乱,形成不利于生长的环境条件;同时,尤其是对制药用水影响较大的革兰氏阴性菌带负电荷,极易被吸附到树脂表面,处于水解离相当活跃的部位,从而使其生长受到抑制甚至被杀灭,**减轻EDI产水受内污染的程度。

2  应用研究现状

传统纯水制备技术主要依靠蒸馏和离子交换。其中,蒸馏过程不仅能耗高,且产水水质低,目前已很少单独使用;采用离子交换法,树脂必须频繁用酸碱进行再生,使得纯水制备无法连续操作,且再生过程不仅消耗大量清洗用水,还产生大量酸碱废液,对环境造成很大危害。20世纪60年代以后,膜技术在世界范围内逐渐兴起。其共同特点是在一定条件下利用膜来实现杂质与水的分离。与传统的水处理方法相比,膜分离技术具有、节能、易操作等优点。目前,以微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、电去离子(EDI)等为**的膜技术的应用对纯水的制备有着不可替代的作用,而以RO/EDI为**的全膜法纯水工艺逐渐成为高纯水生产技术的主流。

近年来,在美国通用(GE)、德国西门子(Siemens)、美国陶氏化学(Dow)公司等跨国企业的推动下,EDI获得了前所未有的推广,越来越多的工业系统开始使用EDI膜集成技术对其水处理过程更新换代。GE公司水处理预计今后85%以上的新建工程都将使用基于RO/EDI的设计。Ionpure公司自1991年开始提供EDI产品,其后5年间业务总量增长了70倍;2005年4月,Ionpure公司在美国科罗拉多州建造成功产水量1 500 t/h的世界相当大规模的EDI水处理系统。GE(E- CELL)公司从20世纪90年代中期开始推广EDI产品,到2002年时,其EDI装机容量已超过8 500 t/h。由Ioncis公司建造的天津摩托罗拉135 t/h电子级高纯水工程,采用“ RO/RO/EDI”的**流程,工程投资超过1 000万美元,这也是迄今为止国内单笔造价相当高的使用EDI的纯水项目。2006年,收购浙江欧美公司后的陶氏化学公司也拥有了***家在华水处理工厂,为EDI装置的推广应用注入了动力。另一方面,国内EDI研发单位近年来也逐渐增多,随着研究的不断深入,国产EDI装置的开发也开创了可喜的局面,部分EDI产品在产水量、产品水质、能耗等方面已达到国际先进水平,且在国内水处理工程中开始实践应用。目前,国内EDI水处理工程装机容量已超过15 000 m3/h,同时每年新增装机容量也已达到10 000 m3/h,表明我国EDI技术市场已处于快速发展阶段。

3  离子交换与EDI比较

3.1设备成本

   采用UF+RO +EDI的全膜处理方式后,与相同制水量离子交换脱盐系统(一级除盐+混床)相比,其基建费用少10%～ 30%,两者的设备费及安装工程费基本相当.

3.2制水成本

   研究表明:EDI在低至中型产水量系统中的应用比混床的年度费用更经济.对于高产水量系统,EDI的费用也与混床相当,EDI系统在对RO出水的纯化上比混床系统更经济.同时,EDI有混床系统无可比拟的优点,如没有废水的监测、排放,较小的安装空间,较低的防腐要求,运行人员更少地对化学药剂进行操作处理,在进水水质变化时适应能力强。

经过分析，得知，在现有技术条件下，混床补一吨水的成本在6-12元之间，如按10元记，对于一座电厂，按每天补水1000吨记，每年混床补水费用为：365万；而同等补水能力的EDI费用为折旧费和电耗，折旧按3年记，每年大概100万，EDI每制一吨水为0.1千瓦时，附属水泵为0.3千瓦时，每千瓦时按0.5元记，EDI一年费用为：107.3万。每年EDI比混床少257.7万元。

3.3占地面积

混床系统除混床占地外，还有酸碱储罐、酸碱计量箱，保守估计，混床系统的占地面积是EDI系统的10倍以上。

3.4水资源利用

EDI装置产生的废水只有极水，极水量不到5%，而且所产生极水可作为锅炉补给水预处理的补水，从而实现EDI零排放。对于采用混床处理的电厂来说，由于用作树脂再生的废水不能回收利用，而树脂再生自用水率为10%，按每天制水1000吨记，每年需排放废水3.65万吨。

3.5系统稳定性

离子交换出水电阻率

从图可看出,EDI出水电阻率维持在18兆欧,比较稳定;离子交换虽然也基本能维持在18兆欧,但中间时段电阻率下降急剧,相对不稳定。

EDI进出水电阻率随时间变化

由图可知，随着时间的变化，EDI进水电阻率在4-8兆欧之间不断变化,而出水基本维持在18兆欧，比较稳定。

分析可得出：EDI在进水水质变化的情况下，出水电阻率也能保持稳定且在18兆欧；离子交换在对于出水电阻率上呈现间歇性下降。所以不难得出，EDI的连续性和可靠性都叫离子交换号。

四、结论

   EDI与离子交换相比，具有产水质量高、连续稳定、投资少、节约水资源、运行费用低、环保无污染、自动化程度高等优点。