EDI典型工藝技術流程圖

發布日期：2011-4-8 閱覽數：3639次

1.0 概述
EDI技術從20世紀70年代開始發展，EDI產品和技術在中國最早的應用是20世紀80年代初期，在20世紀90年代末期，在中國才開始真正推廣EDI技術，因此，EDI技術在中國的真正發展和規模性的應用，不到10年時間，最早應用在電子和半導體行業，在中國電力行業的推廣和應用，要晚于電子和半導體行業。

EDI在中國的應用，經歷了巨大的曲折發展之路，無論是模塊的發展還是工藝技術的發展，失敗的教訓和成功的經驗都為EDI的后續發展作出了巨大的貢獻。

總體而言，EDI技術的應用是成功的，但是，為了成功的應用EDI技術，現在大部分的EDI整體工藝系統，無論原水水質的好壞，為了一味的追求所謂的穩定性，現在大部分設計的工藝系統均為二級反滲透+EDI的工藝技術，投資方為此付出了巨額的設備和工程投資，以及系統后續運行的巨大能源消耗。

先進的技術和優秀的產品，如果是靠巨額的投資和高額的能源消耗來保證其運行，那么，這種產品和技術一定缺少推廣和應用的價值。真正的EDI應用技術，應該是從技術和經濟性進行分析，并非一味片面而單一的追求EDI運行的過度穩定性，那樣會造成投資的無意義性浪費，增加投資者的無用性成本投資。

因此，EDI技術的應用，需要同時解決EDI應用的二大核心問題：
（1）EDI系統的運行穩定性  
（2）EDI系統的投資合理性

2.0 水源和水質分析

2.1  原水水質差異
    中國的地域廣闊，自然界的水系非常復雜，主要體現在：
    (1) 南北水系有差異：                  (4) 苦咸水、海水、亞海水水系
    (2) 地表和地下水系有差異              (5) 江、河、湖、庫、溪等水系
    (3) 同一個地區的水系也有差異          (6) 污水的回用、循環水排污水系統
    各種水系的差異是巨大的，有的地表水系原水電導率在50～100μS/cm，有的地表水系
原水電導率在400～800μS/cm，有的地下水系原水電導率在300～800μS/cm，有的地下水系原水電導率在2000～3000μS/cm，有的海水倒灌水系原水含鹽量在5000～15000mg/l等等。同時，由于原水中其它離子或參數表現也有所不同，如：碳酸鹽堿度、硬度、硅、PH值等的差異性，因此，必須對原水的各種特性表現進行詳細分析，為確定整體工藝路線尋找到完整的設計依據。

2.2  產水水質差異
     工業行業眾多，生產工藝的差異巨大，對于用水水質的需求千差萬別，如：
    a.電廠鍋爐補給水：由于鍋爐壓力的不同，其控制硅的指標也有巨大差異，有的要求小于100μg/L，有的要求小于50μg/L，有的要求小于20μg/L，有的要求小于10μg/L；
    b.電子半導體行業：由于電子產品和單晶硅的產品不同，水的等級要求也是不同的，有的要求小于500μg/L，有的要求小于100μg/L，有的要求小于20μg/L，有的要求小于10μg/L，有的要求小于5μg/L，有的要求小于1μg/L；
2.3  EDI的進水條件
         以美國Electropure EDI為例，進水水質主要有離子負荷類和結后污染類兩大類指標，具體如下：
離子負荷類指標
      PH 值： 5.0 to 9.5 (pH 7.0 至 8.0之間EDI有最佳電阻率性能，但硬度要低于常規值)，注意到典型的低PH值進水時由于CO2的存在而導致產水質量下降；
      電導率：1-20 μS/cm。最佳電導率在2-10 μS/cm。最大電導率50μS/cm；
      總CO2：建議小于5 ppm,高于10 ppm時，產水品質很大程度上依賴于CO2水平和PH值；                     
      硅    ：最大0.5 ppm.  反滲透RO產水典型范圍是50-150 ppb。
結垢污染類指標
      硬度(以CaCO3計)：最大1.0 ppm，在90%回收率時；
      金  屬：最大0.01 ppm Fe、Mn、變價性金屬離子；
      有機物：TOC 最大0.5 ppm，建議檢測不出；
      顆  粒：建議用無顆粒的反滲透RO產水（直接進入）或者將中間水箱的水采用1μm預先過濾，建議控制SDI值在1以下；
      氧化劑：活性氯(Cl2)最大 0.05 ppm，建議檢測不出；臭氧(O3)最大0.02 ppm，建議檢測不出。
進水條件特別說明：
(1) 各類水質指標不能獨立分析，指標之間有很強勢的邏輯關系和相互制約的關系，需要綜合分析各類指標存在的條件，選擇穩定和經濟性的工藝手段解決EDI的進水負荷。
(2) 對于進水離子負荷，EDI性能表現最敏感也是最脆弱的指標是CO2，在離子負荷領域，其表現是弱電解質，主要是二個表現：
a .CO2轉變成HCO3-并非瞬間完成，需要緩慢轉變；
b .即使CO2完全轉變成HCO3-，HCO3-離子從淡水室遷移至濃水室的速度也是非常緩慢，不像K+、Na+離子那樣能夠快速遷移至濃水室，因此，CO2的濃度大小將會對EDI的整體性能產生至關重要的影響。  

3.0 EDI工藝技術分析

3.1 EDI工藝系統設計的核心準則
   a .EDI系統的運行穩定性：
降低總離子負荷、減少結垢和污染因子從EDI的進水條件進行分析，滿足EDI的進水條件，減少弱電解質和結垢污染類物質的影響，采用經濟合理的工藝手段去除EDI的進水負荷，尤其是盡力弱電解質負荷，對于實現EDI的穩定運行將產生至關重要的影響。
   b .EDI系統的投資合理性：
優化前處理整體工藝流程優化前處理整體工藝流程，每種特定的工藝總是有其應用的條件和優勢，但是，也有其應用的局限性，優秀系統工藝的形成是多個優勢單體工藝的有機組合；
根據原水水質、產水要求，合理設計完整的EDI水處理工藝，充分進行工藝的優化，對所選擇的工藝技術進行分析，必須首先滿足實現EDI運行的穩定性，同時，對于所選擇的工藝技術進行經濟分析，在滿足EDI系統穩定運行的前提下，實現整體工程投資的合理化；
EDI 工藝系統的選擇，是關系到EDI 能否安全、穩定運行的關鍵，但是，由于原水水源、產水要求、初期投資、運行維護投資等多方面的約束和影響，因此，并沒有放之四海皆準的工藝系統存在，必須結合終端用戶工程系統的實際情況進行綜合分析后，才能夠確定經濟合理的工藝路線。

3.3 常規EDI設計理念
常規設計理念的劣勢：
對于進水的離子負荷和結垢的理解以及處理方式，在很多情況下都是正向思維方式，
例如：硬度問題，當發現RO的產水硬度高于EDI進水條件時，首先想到的是采取軟化工藝
或二級RO技術來將硬度去除。但是，對于EDI進水硬度的條件限定，是有相關聯的水質條件的，主要的條件是EDI的回收率和進水的CO2濃度水平，當EDI回收率為90%時，硬度和堿度在EDI濃水室的濃縮倍率為10～11倍，但是當EDI回收率為95%時，硬度和堿度在EDI濃水室的濃縮倍率為20倍以上，而當EDI回收率為85%時，硬度和堿度在EDI濃水室的濃縮倍率為6.67倍左右，同樣的硬度條件，在不同的回收率情況下，在EDI濃水室形成CaCO3結垢的趨勢將會完全不同。很顯然，在高回收率和高的進水的CO2濃度水平條件下，進水的硬度必須很低才能保證EDI的濃水室不產生CaCO3結垢，相反，如果高回收率和非常低的進水的CO2濃度水平條件，人為的去除或減少CaCO3結垢的因子，則可以保證EDI濃水室在一定的硬度范圍內不會形成CaCO3結垢。
 

3.3.1 軟化工藝      
1) 無法優化EDI性能：軟化技術，只能解決鈣鎂結垢的因素，但是，由于鈣離子和鈉離子是等當量交換，EDI進水的總離子當量負荷并沒有任何改變，相反，離子濃度負荷是增加了，故對于EDI本身的性能并沒有改善，相反，有惡化的趨勢。
 

3.3.2 二級RO工藝
1）缺乏投資價值：二級RO技術，設備一次性投資巨大，缺乏投資的經濟價值。根據數據分析顯示，二級RO+EDI的工藝配置和一級RO+混床的工藝配置相比，投資的差額回收期為15～20年，也即：原則上，從經濟的角度分析，二級RO+EDI的工程投資是無法回收的；
     2）高電能消耗：二級RO技術，由于RO高壓泵的存在和第一級RO產水容量的放大，
其整體運行的電能消耗巨大；
3）二氧化碳負荷波動：二級RO技術，其解決二氧化碳并不徹底，帶來EDI進水二氧化碳負荷的可變性，尤其是在有二級RO濃縮水回流時，使一級RO進水的HCO3-產生較大波動，在原水的HCO3-較高條件下，波動性更大，從而，導致EDI性能不穩定。
 

3.3. 3鼓風脫氣工藝
1）殘留二氧化碳：鼓風脫氣技術，能夠解決一部分二氧化碳問題，但是還有5ppm左右的二氧化碳殘留在水中無法去除，使EDI的運行條件無法得到優化；
2）二氧化碳負荷波動：鼓風脫氣不但有殘留CO2的問題，而且，隨著水溫的變化，殘留的CO2濃度也會產生波動，尤其在冬季，會使殘余的CO2濃度上升很多，將會嚴重影響EDI的運行穩定性和產水品質；
      3）水的二次污染：同時，空氣與水接觸， 會帶來水的二次污染問題。

3.4 膜脫氣設計理念

3.4.1 膜脫氣工藝技術優勢
     1，減少CO2負荷：控制EDI進水的二氧化碳絕對值，使其小于2ppm或1ppm或0.5ppm，
大大減少了二氧化碳的負荷，降低了進水的TEA，提高EDI的除硅性能；
     2，降低PH負荷：一級RO產水通常偏酸性（PH=5～6.5），因此，產水中的HCO3-絕大部分會以游離CO2的形式存在，為膜脫氣去除CO2創造了非常有利的條件，去除二氧化碳后可以提高EDI的進水PH值，降低其PH值H+負荷，改善EDI工作性能；
     3，降低總離子負荷：對于EDI的四大類離子負荷，PH和HCO3-有很大的改善，從而，有效地降低EDI的進水總離子負荷，尤其是弱電解質負荷HCO3-，可以有效地提高EDI除硅性能；
     4，減少硬度結垢：大大減少EDI濃水室碳酸鹽結垢的趨勢，延長模塊的清洗周期和使用壽命；
     5，放寬硬度限制：由于二氧化碳量大大減少了，硬度結垢的趨勢大大減弱了，因此，可以適當放寬EDI進水硬度的條件，即使在進水硬度2ppm或5ppm或更高，EDI濃水室也不會結垢，取決于二氧化碳的去除水平，去除二氧化碳越徹底，允許的進水硬度越高；
     6，減少鐵污染：由于脫氣膜可以去除大部分溶解氧，因此大大減少鐵的氧化物的形成，從而減少EDI膜和樹脂的鐵污染；
     7，減少微生物污染：去除溶解氧后，可以抑制細菌的生長，減少微生物污染，減少化學清洗和延長模塊壽命；
        8，去除揮發性TOC：脫氣膜可以去除水中的揮發性TOC，降低后續工藝進水的TOC負荷。
3.4.2 膜脫氣工藝整體優勢：一級RO+膜脫氣+EDI
整體優勢：
      1）解決負荷和結垢問題：采用膜脫氣技術同時解決了離子負荷和硬度結垢的問題；
      2）放寬進水條件：同等條件下，擴大了TDS的進水條件和硬度的進水條件；
      3）優化除硅能力：同樣進水負荷條件下，整體優化了EDI的除硅能力；
      4）提高運行穩定性：弱性離子HCO3-的減少，可以大大提高EDI性能的穩定性；
      5）延長EDI使用壽命：大大減少了EDI的污染，從而減少清洗維護的頻率，延長EDI模塊壽命；
      6）減少初期工程投資：大大減少了反滲透技術和整體工程的初期投資，該工藝的整體投資比采用二級RO技術的投資要節省30% 左右，主要特點是：設備投資省、輔助設備少、占地少；
      7）節約電能消耗：減少了整個RO和EDI系統的用電能源消耗，膜脫氣采用真空技術或壓縮空氣吹掃技術，比RO的高壓泵技術節能90%以上；
      特別建議：
(1) 對于采用一級RO+膜脫氣+EDI工藝技術的系統，對于一級RO部分的膜，建議優先采用高脫鹽率、抗污染及性能恢復性強的RO膜。
(2) 膜脫氣技術在國內的成功應用有20年以上的歷史，國內最大的脫氣膜系統為1300m3/h。

4.0  EDI技術應用工藝類型             
     根據原水水質條件、產水水質要求、工程投資合理性，在此對各應用工藝進行簡單的分析與比較,具體如下:

一.UF+RO+加堿+RO+EDI（二級RO工藝）
 

工藝特點：
 二級RO：通過二級RO技術同時解決EDI的負荷指標和結垢污染類指標；
加  堿：通過在第二級RO進水前加堿，將CO2轉變成HCO3-離子，然后通過RO去除；

適用范圍：
原水進水負荷高，尤其是電導率、堿度、硬度、硅中的一項或幾項指標很高；原水進水負荷變化大，時高時低，不利于EDI運行的條件，如：苦咸水、循環水排污水利用、海水倒灌等高含鹽量的水，一級RO產水的TDS不能滿足EDI要求條件；
產水品質要求高：電阻率≥16MΩ.CM，SiO2＜20µg/L。         

二.UF+SF+加堿+RO+EDI（一級RO工藝）
 

工藝特點：
軟化：通過軟化工藝解決EDI的進水硬度條件；
加堿：軟化后，由于RO硬度的大大降低，可以通過在一級RO進水前加堿，將CO2轉變成HCO3-離子，然后通過RO去除；

適用范圍：
原水進水負荷低，尤其是電導率、堿度、硬度、硅的指標都不高的情況；
原水進水負荷變化不大，有利于EDI運行的條件；
         產水品質要求高：電阻率≥16MΩ.CM，SiO2＜20µg/L。

三.UF+RO+DGS+SF+EDI
 

工藝特點：
             軟化：通過軟化工藝解決EDI的進水硬度條件；
             脫氣：主要是通過鼓風脫氣或者膜脫氣工藝將EDI進水中的CO2降低到較低的水平，鼓風脫氣的效果能將CO2降低到4～6ppm的水平，在其它負荷低的情況下，可以滿足EDI對于進水的需求，膜脫氣工藝比鼓風脫氣能夠取得更好的效果。膜脫氣可以將CO2降到2ppm以下，最好的效果可以降到ppb等級，在其它負荷較高的情況下，建議優先采用膜脫氣工藝。采用膜脫氣工藝后，由于CO2的含量很低，因此，即使進水的硬度有一些超過了進水要求，EDI仍然可以安全運行。

適用范圍：
原水進水負荷一般，堿度較高、硬度太高、硅不是很高；
產水品質要求高：電阻率≥16MΩ.CM，SiO2＜20µg/L。

注意事項:
軟化器選用的樹脂品質要求高，樹脂的再生劑（鹽）的純度等級要高，最少食品級；

四.UF+RO+DGS+EDI
 

工藝特點：     
脫氣：主要是通過鼓風脫氣或者膜脫氣工藝將EDI進水中的CO2降低到較低的水平，鼓風脫氣的效果能將CO2降低到4～6ppm的水平，在其它負荷低的情況下，可以滿足EDI對于進水的需求，膜脫氣工藝比鼓風脫氣能夠取得更好的效果。膜脫氣可以將CO2降到2ppm以下，最好的效果可以降到ppb等級，在其它負荷較高的情況下，建議優先采用膜脫氣工藝。采用膜脫氣工藝后，由于CO2的含量很低，因此，即使進水的硬度有一些超過了進水要求，EDI仍然可以安全運行。
適用范圍：
原水進水負荷低，堿度無要求、硬度較低、硅不是很高；
 產水品質要求高：電阻率≥16MΩ.CM，SiO2＜20µg/L。

五.UF+RO+EDI
 

工藝特點：
 一級RO：通過一級RO技術同時解決EDI的負荷指標和結垢污染類指標；在滿足RO不結垢的前提下，可以根據需要在RO進水前加入一定量的堿，從而進一步減少CO2對于EDI的影響，當然，如果進水的堿度本身很低，也可以不需要設計加堿系統。     
適用范圍：
原水進水負荷很低，尤其是電導率、堿度、硬度、硅中的幾項指標都很低；
原水進水負荷變化不大，有利于EDI運行的條件；
產水品質要求高：電阻率≥16MΩ.CM，SiO2＜20µg/L；
注意事項:
根據進水負荷的變化，產水電阻率可能有少量的波動。

六. EDI特殊工藝
前處理系統+EDI
前處理系統反滲透的產水直接進入EDI設備，不需要中間水箱、水泵、保安過濾器及其配套系統，通過反滲透高壓泵的一次增壓，運用反滲透產水的壓力直接進入EDI，或者在RO和EDI 之間增加管道式增壓泵，減少了設備初期投資、減少了運行費用、減少了二次污染的環節。
舉例：一級RO工藝系統
 

說明：
       UF：超濾系統                  EDI：電去離子技術        SF：軟化器
       RO：反滲透系統             DGS：膜脫氣系統