1．前言

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格、用水品質(zhì)要求提高和水源匱乏加劇，世界各地的電廠、半導(dǎo)體微電子廠、化工、冶金企業(yè)正重新評(píng)估他們的超純水處理設(shè)備，EDI作為無需化學(xué)品的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的環(huán)保型先進(jìn)超純水處理技術(shù)，正在逐步取代混床，這正在為全球超純水處理帶來一場(chǎng)革命。 
 

E-Cell^TMEDI技術(shù)能夠?qū)⒍趸韬偷V物質(zhì)含量降至1ppb以下，能夠?qū)㈦娮杪侍岣叩?6Mohm•cm以上，滿足了高壓及超高壓鍋爐、精細(xì)化工和電子行業(yè)對(duì)于超純水的需要。同時(shí)E-Cell^TM EDI大大減少了水處理系統(tǒng)的維護(hù)成本，提高了生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了設(shè)備的生命周期，并將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)降至最低。

2．EDI介紹 

EDI是英文Electrodeionization的縮寫，中文全稱為“連續(xù)電去離子技術(shù)”，其主要用于替代傳統(tǒng)混床技術(shù)。

超純水的生產(chǎn)在過去的二十年間，在成本、環(huán)境及品質(zhì)等因素的驅(qū)動(dòng)下，其供水系統(tǒng)發(fā)生了許多變化，特別值得一提的事，目前存在一個(gè)明確的方向，就是減少對(duì)離子交換工藝的依賴性，以便盡可能減少化學(xué)藥品的使用，并提高產(chǎn)水量。有一項(xiàng)重要的事實(shí)可以說明該趨勢(shì)—反滲透作為陰陽(yáng)床的替代技術(shù)正在普及。

反滲透作為有效的脫鹽技術(shù)，其脫鹽率可以達(dá)到95~99%。但是，RO對(duì)離子的去處效果有一定的限度，一般來說，產(chǎn)水電導(dǎo)率0.5us/cm（2 MOhm-cm）是其脫鹽的極限。

當(dāng)產(chǎn)水水質(zhì)有更高的要求的時(shí)候，就需要采用混床或等同技術(shù)。

EDI能高效去除殘余離子和離子態(tài)雜質(zhì)， 尤其當(dāng)用戶產(chǎn)水水質(zhì)要求高，比如對(duì)電阻率（>10 或者16MOhm-cm）, 二氧化硅（<10ppb或者<1ppb）,鈉離子,硼等有嚴(yán)格的要求的時(shí)候, EDI技術(shù)更體現(xiàn)了其品質(zhì)的優(yōu) 越性，且EDI系統(tǒng)的運(yùn)行成本明顯低于與混床，與混床裝置及其輔助設(shè)備相比，其設(shè)備的生命周期總成本占有優(yōu)勢(shì)。

EDI技術(shù)在大約50年前就出現(xiàn)了，但是大型的商業(yè)化直到1986年才真正開始，時(shí)至如今EDI制造商已經(jīng)為全球制造了1000套以上的EDI系統(tǒng)。 

圖1描述了RO，EDI取代傳統(tǒng)離子交換工藝的過程。

圖1 EDI技術(shù)的發(fā)展

2．EDI工作原理
 

圖2 混床與EDI模塊運(yùn)行狀態(tài)的比較

圖2中所示，混床在運(yùn)行過程中，其內(nèi)部的樹脂分為飽和區(qū)，交換區(qū)，新生區(qū)。飽和區(qū)的樹脂已經(jīng)被離子飽和，不再具有從進(jìn)水中交換離子的能力；交換區(qū)的樹脂處于部分飽和狀態(tài)，離子交換主要在交換區(qū)完成；新生區(qū)的指樹脂尚未發(fā)生離子交換。隨著混床的運(yùn)行，飽和區(qū)和交換區(qū)將逐步向上移動(dòng)，新生區(qū)的空間將減少，直到被穿透。新生區(qū)的存在是產(chǎn)水水質(zhì)的保證，而新生區(qū)被穿透的時(shí)候，也就意味著混床產(chǎn)水水質(zhì)將下降，混床需要用化學(xué)藥品再生。 

EDI在運(yùn)行過程中，樹脂分為交換區(qū)和新生區(qū)，在運(yùn)行過程中，雖然樹脂不斷進(jìn)行離子交換，但電流連續(xù)不斷的使樹脂再生，從而形成了一種動(dòng)態(tài)平衡；EDI模塊內(nèi)將能始終保持一定空間的新生區(qū)；這樣EDI內(nèi)的樹脂也就不再需要化學(xué)藥品的再生，且其產(chǎn)水品質(zhì)也得到了高品質(zhì)的保證。 

如圖3所示EDI由陰/陽(yáng)離子交換膜，混床樹脂，淡/濃水室和陰/陽(yáng)電極構(gòu)成。

圖3 EDI工作原理圖

EDI技術(shù)將電滲析和離子交換技術(shù)完美的結(jié)合在一起。 

EDI工作主要有三個(gè)過程：
1，淡水進(jìn)水淡水室后，淡水中的離子與混床樹脂發(fā)生離子交換，從而從水中脫離； 
2，被交換的離子受電性吸引作用，陽(yáng)離子穿過陽(yáng)離子交換膜向陰極遷移，陰離子穿過陰離子交換膜向陽(yáng)極遷移，并進(jìn)入濃水室從而從淡水中去除。 
     離子進(jìn)入濃水室后，由于陽(yáng)離子無法穿過因離子交換膜，因此其將被截留在濃水室，同樣，陰離子無法穿過陽(yáng)離子交換膜，被截留在濃水室，這樣陰陽(yáng)離子將隨濃水流被排出模塊；與此同時(shí)，由于進(jìn)水中的離子被不斷的去除，那么淡水的純度將不斷的提高，待由模塊出來的時(shí)候，其純度可以達(dá)到接近理論純水的水平。 
3，水分子在電的作用下被不斷的離解為H⁺和OH^-，H⁺和OH^-將分別使得被消耗的陽(yáng)/陰樹脂連續(xù)的再生。 

        過程1和過程3是樹脂的消耗和再生的兩個(gè)相反過程，這兩者會(huì)在模塊內(nèi)部形成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。 

       圖4，5為EDI系統(tǒng)典型的流程圖
 

圖4 帶濃水循環(huán)的EDI系統(tǒng)

圖4中，進(jìn)水從模塊底部進(jìn)入淡水室，并從頂部出來；濃水從模塊底部進(jìn)入模塊，從模塊頂部出來，濃水經(jīng)過濃水循環(huán)泵后，大部分濃水將回流到模塊的濃水室中循環(huán)，小部分濃水將排放；極水的進(jìn)水與濃水進(jìn)水為同一水流，只是分別進(jìn)入不同的室（極水室和濃水室），并從模塊頂部排出。

圖5 不帶濃水循環(huán)的EDI系統(tǒng)

圖5中，淡水從模塊底部進(jìn)入淡水室，從頂部出來；濃水從模塊頂部進(jìn)入模塊，從模塊底部出來；極水的進(jìn)水與淡水進(jìn)水為同一水流，只是分別進(jìn)入不同的室（極水室和濃水室），并從模塊頂部排出。

3．EDI與混床的比較 

EDI相對(duì)與混床具有如下的優(yōu)勢(shì)：
–無需再生化學(xué)品的再生；不需要中和池及中和的酸堿；地面和高空作業(yè)能夠極大地減少；所有的水處理系統(tǒng)操作都能夠在控制室內(nèi)完成
–無需前往現(xiàn)場(chǎng)；減小了EHS風(fēng)險(xiǎn)；連續(xù)工作，不是間歇操作，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的出水水質(zhì)；沒有廢棄樹脂污染排放的風(fēng)險(xiǎn)。
3．1無需再生化學(xué)品的再生 
無需化學(xué)品再生，意味著不需要相關(guān)化學(xué)品的運(yùn)輸，儲(chǔ)存和使用（如圖6），也避免了相關(guān)的ESH風(fēng)險(xiǎn)，并且大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。
 

圖6 化學(xué)品的運(yùn)輸，儲(chǔ)存和使用過程

3.2 沒有中和藥劑的需要
混床再生會(huì)生成酸/堿廢液，需要用堿/酸對(duì)之進(jìn)行中和處理。 
相比之下，EDI無酸堿廢液產(chǎn)生，因此也就不需要酸堿中和池。此外，一般情況下，EDI的濃水可以完全回用；而且極水也可以在氣液分離后回用。EDI系統(tǒng)能很好的滿足ISO14000的要求。

圖7 EDI沒有中和藥劑的需要

3.3 運(yùn)行成本低 
EDI的運(yùn)行的費(fèi)用幾乎全部為電耗，成本大幅往往低于混床。以E-Cell MK-3為例，平均產(chǎn)水1噸，其運(yùn)行所需的電耗僅為0.132~0.396KWhr；而且其運(yùn)行過程中，幾乎不需要人工操作，降低了人工費(fèi)用。

3.4 水利用率高 
以E-Cell MK-3為例，相比于混床，由于沒有化學(xué)再生的需要，其系統(tǒng)的水利用率為95~99%，這對(duì)于中大型系統(tǒng)、水資源緊缺地區(qū)的節(jié)水效益尤為明顯。 

3.5 極大地減少了地面和高空作業(yè) 
E-cell是EDI模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的倡導(dǎo)者和領(lǐng)導(dǎo)者，現(xiàn)在E-cell模塊化技術(shù)已經(jīng)成為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這種設(shè)計(jì)既使得EDI模塊及其系統(tǒng)的安裝十分簡(jiǎn)便，不同水量的系統(tǒng)就像搭積木一樣方便。 

圖8為EDI系統(tǒng)示意圖，對(duì)于一般的EDI系統(tǒng)而言，其高度在2.25米左右，因此，高空作業(yè)也就很少。
 

圖8 EDI系統(tǒng)示意圖

3.4. 所有的水處理系統(tǒng)操作都能夠在控制室內(nèi)完成 – 無需前往現(xiàn)場(chǎng)

圖9 EDI系統(tǒng)控制示意圖

EDI 系統(tǒng)的自動(dòng)化程度很高，以 E-cell 為例，GE 在歐美具有二十幾年的 EDI 系統(tǒng)工程自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)，EDI系統(tǒng)所有的操作均可以在中空室完成。這樣平時(shí)操作，用戶不再需要到現(xiàn)場(chǎng)，從而降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.5. 連續(xù)工作，不是間歇操作，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的出水水質(zhì)

如圖10所示，混床運(yùn)行過程為間歇運(yùn)行過程，混床在運(yùn)行一段時(shí)間后，樹脂會(huì)被穿透，此時(shí)產(chǎn)水電阻率會(huì)下降，這時(shí)就需要對(duì)混床進(jìn)行停機(jī)再生，再生后的混床將能繼續(xù)提供高品質(zhì)的產(chǎn)水，直到下一次再生。

如圖11所示，EDI運(yùn)行過程為連續(xù)過程，EDI 在運(yùn)行過程中將能持續(xù)不斷地提供 10~18Mohm•cm的產(chǎn)水，在運(yùn)行過程中，幾乎不需要人工干預(yù)，沒有復(fù)雜的操作，并不需要化學(xué)藥品的再生。

圖12 實(shí)際運(yùn)行的E-Cell系統(tǒng)產(chǎn)水電阻率圖

圖12為某實(shí)際運(yùn)行的E-Cell系統(tǒng)產(chǎn)水電阻率，當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生波動(dòng)的時(shí)候，產(chǎn)水水質(zhì)能很好的穩(wěn)定在18Mohm•cm左右。 

當(dāng)用戶要求對(duì)二氧化硅，硼，鈉等進(jìn)行控制的時(shí)候，EDI相對(duì)混床的優(yōu)勢(shì)就進(jìn)一步體現(xiàn)出來。比如，混床運(yùn)行過程中，常會(huì)出現(xiàn)硅先于電阻率穿透的現(xiàn)象，即使產(chǎn)水電阻率合格，但硅已經(jīng)超過控制標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著混床需要更為頻繁的再生。 

而E-CellTM率先對(duì)二氧化硅出水水質(zhì)提供了擔(dān)保，按照其進(jìn)水中二氧化硅的含量可以提供<5ppb，<10ppb，<20ppb的擔(dān)保（具體數(shù)據(jù)清參照表2）
 

EDI對(duì)于二氧化硅的去除率相當(dāng)高，一般在94.6~99.4%之間，圖13為實(shí)際運(yùn)行的E-Cell系統(tǒng)對(duì)于硅的去處效果。
 

圖13 E-Cell系統(tǒng)對(duì)于二氧化硅的去除率

3.6設(shè)備占地空間更小 
相對(duì)與混床及其附屬設(shè)備而言，EDI系統(tǒng)的占地空間更小，下圖為的單套17~120t/hr產(chǎn)水量的E-Cell系統(tǒng)占地空間，而對(duì)于更大的系統(tǒng)，僅需將系統(tǒng)做相應(yīng)的延伸或者增加套數(shù)即可。
 

由表1可見，E-CellTM系統(tǒng)所需要的空間很小，而且對(duì)廠房的要求不高。 
此外，其運(yùn)輸和安裝重量也較輕。

4．E-Cell案例 E-Cell作為超純水EDI設(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)者，不僅在全球的業(yè)績(jī)領(lǐng)先，而且在中國(guó)的電力、電子、化工、冶金等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用：

5．結(jié)論 
EDI作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的環(huán)保超純水處理解決方案，相對(duì)與混床具有如下優(yōu)點(diǎn): 無需再生化學(xué)品的再生，運(yùn)行成本低；沒有中和藥劑的需要；水利用率高；地面和高空作業(yè)能夠極大地減少；全自動(dòng)操作；減小了EHS風(fēng)險(xiǎn)；連續(xù)工作，出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。EDI技術(shù)是超純水降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少?gòu)U水排放，將生產(chǎn)地的危險(xiǎn)降至最低的有效手段。

EDI技術(shù)在超純水生產(chǎn)將由于其突出的優(yōu)勢(shì)，將越來越多成為超純水水處理的首選技術(shù)。