EDI在除盐水系统的应用及分析

ＥＤＩ在除盐水系统的应用及分析
宋子维，张　琰，高贵蓉，冯　爽，魏广春
（中国石油长庆石化公司，陕西省咸阳市７１２０００）
摘要：传统的除盐水系统基于反渗透加混床离子交换工艺，工艺复杂，出水水质较差，且混床再生过程中产生大量的含酸、含碱废水。

而反渗透加ＥＤＩ（连续电除盐技术）系统的工艺废水排放量较少，运行维护简单，不产生含酸、含碱废水，产品水电导率降低至０．１０μＳ／ｃｍ以下，钠、硅离子质量浓度控制在１０μｇ／Ｌ以下，水质明显提升，是理想的除盐水系统工艺。

对Ｅ
ＤＩ在除盐水系统中的应用进行详细介绍，并对比分析了ＥＤＩ模块更新前后的能耗、节能减排、经济效益和运行操作方面的不同，与ＭＫ ２模块相比，产水电导率进一步降低至０．０６μＳ／ｃｍ以下，且在节能减排和经济效益方面表现突出。

关键词：ＥＤＩ　除盐水　混合离子交换　水质　节能　经济效益
除盐水系统工艺按除盐原理不同可以分为物
理除盐、化学除盐及膜分离除盐［
１］。

除盐技术经历了从高能耗、高成本、操作复杂、环境污染到低能
耗、低成本、易操作、环境友好的发展过程［２］。

ＥＤＩ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）又称连续电除盐技术，科学地将电渗析技术和离子交换技术融为一体，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交
换树脂对水中离子的交换作用［
３］
，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，从而生产超纯水［４］。

１　反渗透加ＥＤＩ和反渗透加混床的工艺比较
反渗透膜技术已广泛地应用到海水淡化、苦咸水除盐及城市污水深度处理等领域，如在电力行业应用的反渗透 混合离子交换除盐工艺、反渗透 ＥＤＩ工艺，美国在２１世纪对城市污水进行的
深度处理就采用了反渗透膜技术［
５］。

ＥＤＩ技术自１９９７年后才进入中国，近几年在制药、电子、石化等行业快速发展，在研发方面也取得部分专
利［６］。

中国石油长庆石化公司除盐水站现有两
套除盐水系统，分别采用两种工艺：除盐水系统（一）采用反渗透加混合离子交换工艺，除盐水系统（二）采用两级反渗透加ＥＤＩ工艺。

ＥＤＩ由淡水室、浓水室和电极室组成，淡水室装填常规的离子交换树脂，给水中离子由淡水室去除；淡水室和浓水室直接装有阴阳离子交换膜，淡水室中的阴（阳）离子在电极作用下不断通过阴（阳）离子进入浓水室；Ｈ２Ｏ在直流电作用下分解成Ｈ＋和ＯＨ－，淡水室混合离子交换树脂随时处于再生状态，有了交换容量，而浓水从浓水室不断排出。

ＥＤＩ与混床操作运行对比见表１，ＥＤＩ与混床出水水质对比见表２。

ＥＤＩ的产品水水质明显高于混床产品水。

表１　ＥＤＩ与混床操作运行对比
Ｔａｂｌｅ１　ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＥＤＩａｎｄｍｉｘｅｄｂｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ
收稿日期：２０２０－０４－２９；修改稿收到日期：２０２０－１０
－１０。

作者简介：宋子维，工程师，硕士，２０１１年毕业于郑州大学化学系工业催化专业，从事炼油工作。

联系电话：１８６２９２０６９７８，Ｅ ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｚｉｗ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ。

表２　ＥＤＩ与混床出水水质对比
Ｔａｂｌｅ２　ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＥＤＩａｎｄｍｉｘｅｄｂｅｄｅｆｆｌｕｅｎｔ
ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ
２　ＥＤＩ模块更新前后对比
ＭＫ ２ＳＴ膜块的ＥＤＩ系统自２００６年１０月投入使用，至２０１５年已使用９ａ，存在产品水电阻率下降、产品水流量下降、
水箱高低水位系统无法控制、工艺流程一些配件存在不协调的问题。

于２０１５年１１月将ＭＫ ２ＳＴ膜块更新为ＭＫ ３模块。

ＭＫ ２ＳＴ，ＭＫ ３工作原理见图１～２。

图１　ＭＫ ２ＳＴ工作原理Ｆｉｇ．１　ＷｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＭＫ ２ＳＴ
图２　ＭＫ ３工作原理Ｆｉｇ．２　ＷｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＭＫ ３
ＭＫ ３技术通过在浓水室添加离子交换树脂和采用浓水逆流技术，与ＭＫ ２ＳＴ模块相比：降低了模块的运行电压；允许更宽的进水范围；在某种情况下，采用一级反渗透产品水作为Ｅ
ＤＩ的进水成为可能；简化了系统设计，降低了模块的投资成本和系统投资成本；无需向浓水室加盐；无需浓水循环泵。

ＭＫ ３的淡水和浓水的方向为逆流，这样
可以大大缩短Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋
等容易产生硬度结垢的
离子在浓水室的流程，最直接的作用是最大限度防止模块内结垢，并可以放宽进水硬度限制。

２．１　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３进水水质要求对比
与原来的ＭＫ ２ＳＴ模块相比较，在进水水质要求上，ＭＫ ３模块能更好地去除阴离子；在硬度和硅含量方面，
ＭＫ ３模块具有更高的忍耐性；进水的ｐＨ值要求范围更宽。

由图１和图２可以看出，更新模块后：在工艺流程方面，进水产水与极水排放方向完全相同；浓水进、出方向完全相反；流程简化，取消浓水补水流程，无需浓水循环泵。

２．２　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３出水水质对比
ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３出水水质对比见表３。

更换为ＭＫ ３模块后，在保持产品水的ｐＨ值、二氧化硅去除率、硼去除率的同时，产品水水质进一步提高。

表３　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３出水水质对比Ｔａｂｌｅ３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｆｆｌｕｅｎｔｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ
ｂｅｔｗｅ
ｅｎＭＫ ２ＳＴａｎｄＭＫ ３
２．３　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３节能减排对比
ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３节能减排对比见表４。

ＭＫ ２ＳＴ模块的运行电压一直在３６０Ｖ左右，而ＭＫ ３模块的运行电压仅为５６Ｖ左右，有效降低了ＥＤＩ设备的运行能耗。

同时，浓水排放量的降低意味着ＭＫ ３模块更符合节能减排的大方针，虽然ＥＤＩ浓水目前已经回用，但浓水电导率的大幅下降，减少了回用水的处理成本。

表４　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３节能减排对比
Ｔａｂｌｅ４　ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＭＫ ２ＳＴａｎｄＭＫ ３ｅｎｅｒｇ
ｙｓａｖｉｎｇ
ａｎ
ｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
２．４　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３经济效益核算对比
ＭＫ ２ＳＴ模块除盐水的电耗为０．６７（ｋＷ·ｈ）／ｔ降为０．３５（ｋＷ·ｈ）／ｔ，下降了４７．７６％。

ＭＫ ３模块在运行中无氯化钠及其他药剂消耗（ＭＫ ２模块除盐水耗氯化钠８ｇ／ｔ）。

ＭＫ ３模块浓水排放量更低，由２３．８ｔ／ｈ降为８．３ｔ／ｈ。

若全年单台ＥＤＩ产水量３６０ｋｔ，则单台ＥＤＩ可节电约１．１５２×１０５ｋＷ·ｈ，节约药剂费用６万元；单台ＥＤＩ全年运行按４８００ｈ，则节水６．９６Ｍｔ。

２．５　ＭＫ ２ＳＴ与ＭＫ ３运行操作对比
ＥＤＩ系统模块升级换代后，浓水室添加树脂，浓水的排放量大大降低，已满足制水率的要求。

ＭＫ ３模块取消了浓水循环系统及加盐系统，工艺流程简化，因此操作更为简单，且避免了ＭＫ ２ＳＴ模块由于加盐泵或循环泵故障而导致的ＥＤＩ停运、加盐量过大造成的ＥＤＩ整流器电流故障、加盐量过少造成的ＥＤＩ再生困难等问题，大大降低了员工的操作难度。

３　结论及展望
两级反渗透加ＥＤＩ工艺在除盐水系统运行十余年来，与传统的反渗透加混床工艺相比，展现出出水品质高、能耗低、费用少、操作简单等特点，且随着环保压力的剧增，ＥＤＩ系统在环保方面的优势更加凸显，是较理想的除盐水系统工艺。

在ＥＤＩ系统模块更新换代后，浓水室增设树脂，直接取消ＮａＣｌ的加注流程，浓水电导率降低了３８．６％。

ＭＫ ３新模块在节能降耗、经济效益方面表现更加突出，在保持较宽水质要求的前提下，产品水电导率降低至０．０６μＳ／ｃｍ以下，已达到超纯水水质，产品水趋近于中性，有效降低了后续ｐＨ调节剂的加注量，大大降低了运行成本。

参考文献
［１］祁鲁梁，李永存，李本高．水处理工艺与运行管理实用手册［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２００２：１９３ ２３０．
［２］刘小平，傅晓萍，李本高．除盐水制备技术进展［Ｊ］．工业水处理，２００８，２８（４）：６．
［３］刘中正．核电厂ＥＤＩ电除盐装置与传统混床水处理的对比分析［Ｊ］．中国核电，２０１７，１０（１）：１１１．
［４］张克峰．连续电再生离子交换原理探讨［Ｊ］．工业用水与废水，２００２，２２（１）：９ １０．
［５］刘茉娥，蔡邦肖，陈益棠．膜技术在污水治理及回用中的应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５：９ １０．
［６］王世昌，王建友，任延，等．电去离子高纯水器：００２００２０７．８［Ｐ］．２００１ ０１ ０３．
（编辑　彭　扬）
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆＥＤＩｉｎｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍ
ＳｏｎｇＺｉｗｅｉ，ＺｈａｎｇＹａｎ，ＧａｏＧｕｉｒｏｎｇ，ＦｅｎｇＳｈｕａｎｇ，ＷｅｉＧｕａｎｇｃｈｕｎ
（ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａＣｈａｎｇｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｘｉａｎｙａｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓａｎｄｍｉｘｅｄｉｏｎｅｘ ｃｈａｎｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｉｓｐｏｏｒ，ａｎｄａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆａｃｉｄｉｃａｎｄａｌｋａｌｉｎｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｘｅｄｂｅｄ．ＴｈｅｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓａｎｄＥＤＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）ｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｍａｌｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｎｏａｃｉｄｉｃａｎｄａｌｋａｌｉｎｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｔｅｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏｂｅ ｌｏｗ０．１μＳ／ｃｍ，ａｎｄｔｈｅｓｏｄｉｕｍａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｅｌｏｗ１０μｇ／Ｌ，ｗｈｉｃｈｉｓａｎｉｄｅａｌｄｅｍｉ ｎｅｒａｌｉｚｅｄｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥＤＩｉｎｔｈｅｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅ ｔａｉｌ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔａｎｄｏｐ ｅｒａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅＥＤＩｍｏｄｕｌｅｕｐｄａｔｅａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅＭＫ ２ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｒｏｄｕｃｅｄｗａｔｅｒｉｓｆｕｒｔｈｅｒｒｅｄｕｃｅｄｔｏｂｅｌｏｗ０．０６μＳ／ｃｍ，ａｎｄｉｔｈａｓｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅｉｎｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ，ｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＤＩ，ｄｅｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｗａｔｅｒ，ｍｉｘｅｄｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅ，ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓ。