离子交换工艺部分

第三节 水的化学除盐
1.化学除盐原理
（各种离子和离子交换树脂进行化学反应）
2.化学除盐系统设备的设置原则
1) H离子交换器设在强碱OH离子交换器之前 2) 除碳器应设在H离子交换器之后、强碱OH离子交换器之
前。 3) 经过一级化学除盐后不再设置除碳器。 4) 为实现水的深度除盐，通常采用一级除盐系统加混床。 5) 当原水水质差，一级除盐系统的交换器运行周期短，酸、
EDI除盐机理
一种说法是利用离子交换原理除去水中离子，利 用水在直流电能的作用下分解产生H+和OH去再生混合离子交换树脂，从而实现在通电 状态下，连续制水、再生；
一种理论是在电场作用下，纯水里离子在树脂相 的迁移速率要比水中高2～3个数量级，阴、 阳离子会与树脂颗粒不断发生交换过程而构 成“离子迁移通道”，即阴、阳离子主要通
碱耗大时，可以采用强、弱型树脂联合应用工艺。
第四节 常用化学除盐水处理设备
1. 顺流再生离子交换器 2. 逆流再生离子交换器 3. 分流再生离子交换器 4. 浮床 5. 双层床/双室床
6. 满室床（罗门哈斯公司 AMBERPACK技术） 7. 混合离子交换器 8. 除碳器
9. 连续电去离子（EDI）
磅
（0.045 到 4.54 kg/day）
出水口
浓水出口
极水排放口
浓水进口
流动方向: 1）淡水从模块下方进入 2）浓水从模块下方进入 3）产水从模块上方导出 4）循环浓水从模块上方导出 5）极水从模块上方排出
进水口
直流柜
控制原理
运行状态 E-Cell 系统启动: 确认淡水进水5秒钟 启动浓水循环泵和加盐泵 确认浓水循环泵运行 确认进水流量、浓水流量、浓水排放流量和极
5. 失效树脂的再生
1)强酸H交换器的再生（HCl或H2SO4） 2)强碱OH交换器的再生（NaOH） 3)弱型树脂的再生（HCl、 H2SO4 ，也可以是
H2CO3，当用强酸作再生剂时，比耗一般为 1.05～1.10 ） 4)再生剂比耗（单位体积树脂所用再生剂的量 （mol/m3）和该树脂的工作交换容量 （mol/m3）的比值） 5)清洗水耗（单位体积树脂再生后用水清洗至交 换器可以投入运行所需最少量水的体积，以 树脂层体积的倍数表示）
• 1-2 ppm in Eout (400 uS/cm NaCl) • Low pH
+
Anode
浓水电导率
浓水电导率 主要用来控制E-CELL模块的“电阻” 典型范围在 150 - 600 uS/cm
加盐水
在浓水回路中加入高品质的盐水
盐水加入点在浓水排放以后以减少加盐量
盐加入量很小 -- 典型加入量为每天0.1 到 10
树脂和离子交换膜迁移到浓水室。 离子集中到浓水室。 如果超过设计极限，会发生结垢现象。 极水 (E) 含有氢气和氯气，因此需排气。 主要的能量最终转化为热量，所以要注意最小
流量。
Fra Baidu bibliotek
阴_ 极化学反应
2H2O +2e- = 2OH- +H2
•生成氢气 •pH值高 •易产生结垢 •水从阴极得到电子
EDI（Electrodeionization）是一种不耗酸、碱而 制取纯水的新技术，又称“填充床电渗析”。 它是将传统的电渗析技术和离子交换技术有 机地结合起来，既克服了电渗析不能深度除 盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续制水、 需要用酸碱再生等不足。EDI适用于处理反渗 透出水等低含盐量水，其产水水质满足锅炉 用水对电导率、硬度和硅等要求。
Ionpure公司的膜堆与其他公司不同之处在于将浓水 室中也填充了离子交换树脂，通过树脂的导电 能力维持装置电流，系统较为简化，不需要加 入NaCl维持浓水室的电导率，也不需要使用浓 水循环泵。
EDI 工艺过程回顾
离子交换从水中除去污染离子。 污染离子以及 H+ 和 OH- 在电场作用下通过
E-CellTM Operation
2) 电流
每个模块的平均电流必须足够负担进水中的离 子含量
1.5-2.0 Amp/stack 的电流对绝大多数进水已 经足够
E-CellTM 操作
3) 操作压力 淡水压力通常比浓水压力大 5-10 psi (0.3-0.7
bar) 新的 MK-2E 模块的压差
过树脂相迁移至阳膜和阴膜而进入浓水室。
EDI产品的应用
EDI装置通常用于处理反渗透出水，用于制备超纯 水。EDI对进水含盐量、弱电解质含量要求比较 严格，主要是因为EDI对弱电解质的脱除能力受 限于这些物质在水中电离度的大小。EDI要求进 水硬度小于1.0mg/L(CaCO3)，当原水硬度不能 满足该要求时，可以使用钠离子软化器等工艺去 除硬度。
水排放流量 5 秒钟 启动整流器 确认整流器工作
E-CellTM 操作
影响E-Cell性能的四个参数：
1. 进水水质 2. 电流 3. 压力 4. 流量
E-CellTM Operation
1) 进水水质
CO2 会造成进水水质差 TEA < 25 ppm 以 CaCO3 计 (<16 for Pharm) 硬度超过 1.0 ppm 会导致结垢 超出允许的最大回收率会造成结垢 硅含量超过 500 ppb 也会引起结垢
Cathode
阳极化学反应
2H2O = 4H+ +O2 +4e2Cl- = Cl2 +2e-
• 生成氧气 • 生成氯气 • pH值低 • 阳极从水中得到电子
• Oxygen gas formation
• 3.5 mL (STP)/Amp/minute • Trace Chlorine formation
为满足上述条件，EDI前处理通常为二级反渗透 + 除碳器 或在二级反渗透 前加碱处理。
（单级反渗透出水硬度、CO2 、SiO2含量高难以 满足EDI进水要求。）
目前世界上主要由美国Ionpure、GE、Omexell 等大公司占领市场。国内有北京\浙江等生产厂 家.
GE的膜堆在淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂， 并在浓水室中设置了浓水循环系统，一方面可 通过增加浓水室的电导率以减小浓水室电阻， 另一方面浓水室保持较高的流速增强混合效果 以减少结垢的可能，浓水中的离子通过从循环 回路排出一部分以达到盐量平衡。