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反渗透-电去离子脱盐系统
20世纪末,一种用于水处理的新型脱盐系统,即反渗透-电去离子(ＲＯ-ＥＤＩ)脱盐系统,由于其具有一系列优点,已在不少单位得到推广使用。制备纯水用脱盐系统的发展是与人们对纯水水质的要求、环保意识的增强及技术进步紧密相关的。水脱盐系统发展概况如图1所示。图1水脱盐系统发展情况最初,人们采用蒸馏法脱盐(ａ)。由于蒸馏法制得的纯水水质不好,该法又消耗大量热能,所以自1934年发明离子交换树脂以来就改用了离子交换法。离子交换装置从一级复床发展到两级复床,直至混床(ｂ)。采用离子交换法可制得质量接近理论纯水电导率0.055μＳｃｍ、电阻率18.2ＭΩ·ｃｍ的高纯水。然而,离子交换树脂可反复再生利用这一优点却带来了树脂再生废酸碱,造成了环境污染。为了克服污染,反渗透技术被引用到水的脱盐系统,即反渗透-混床脱盐系统(ｃ)。其废酸碱排放量与离子交换脱盐系统相比,减少了90%,基本上解决了废酸碱排放的问题。然而,随着对工艺要求的提高,此法暴露出两个缺陷:混床再生需要贮备酸碱;操作繁琐。最终,发展到用ＥＤＩ设备代替混床,成为ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统(ｄ),谓之"绿色"脱盐系统。我国曾在20世纪70年代分别开发ＲＯ和ＥＤＩ技术。然而,对ＲＯ的开发,多少年来未曾解决膜材料及其加工的国产化,一直停留在购买国外膜元件进行组装阶段;对ＥＤＩ的开发,初期没有认识到ＥＤＩ设备是一种脱盐用的精处理设备,其脱盐容量有限,而对提高纯水纯度的贡献却是巨大的。这一原因及其他因素使得我国未能及早地实现ＥＤＩ设备的产业化。至今,我国推广ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统时,ＲＯ膜元件和ＥＤＩ膜块这两种关键部件都为国外产品,影响了脱盐系统的普及推广。1ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统的特点(1)不用酸碱,不污染环境。传统的脱盐系统采用离子交换法脱盐,无论采用一级复床(阳床或阴床),还是两级复床或混床,均采用离子交换树脂,树脂用酸碱再生,并反复利用。在用酸碱再生树脂的过程中,有大量的废酸碱排放,破坏水系的生态平衡,而采用ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统,在运行过程中不用酸碱。(2)可连续生产,不需备用装置。ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统中ＲＯ为连续运行设备,ＥＤＩ组件采用每个容量为2～3ｔｈ的膜块,再并联扩大容量,也不需备用装置,解决了原来离子交换设备需停用再生,设有备用的缺陷。(3)无人值守,水质稳定。ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统,出水水质平稳,不出现混床那样的周期性变化。(4)占地面积小,运行费用低。(5)对ＲＯ设备和ＥＤＩ设备的进水有要求。对ＲＯ设备进水水质的要求因膜而异,见表1〔1〕。水质如达不到表1中的要求,应采用适当的预处理方法改善水质。除采用混凝和沉降处理外,预处理有多介质过滤、活性炭过滤、精密过滤等,有时为了防止ＲＯ膜阻塞,对高硬度水还要进行软化。采用ＲＯ-ＥＤＩ脱盐系统制备超纯水的流程见图2。表1对ＲＯ设备进水的要求表2加拿大Ｅ-Ｃｅｌｌ对ＥＤＩ设备进水水质要求图2工艺流程ＲＯ设备的出水直接作为ＥＤＩ设备的进水,一般都能满足要求,见表2和表3。2ＲＯ-ＥＤＩ的制造2.1ＲＯ装置ＲＯ装置是由一组管状膜元件与高压膜组成。管状膜元件分别由普通复合膜、超低压复合膜、醋酸纤维素膜和中空聚酰胺膜等制造。由于原材料和加工工艺方面的原因,国内市场基本上都为杜邦、陶氏、海德伦等国外公司产品,国产膜使用不多。表3美国Ｅｌｅｃｔｒｏｐｕｒｅ公司对ＥＤＩ设备进水水质要求指标范围电导率(μＳ·ｃｍ-1)2～40ｐＨ值5～8硬度(以ＣａＣＯ3计)(ｍｇ·Ｌ-1)<1.0,建议为0.1温度℃5～35进水压力ＭＰａ1.5～3.9总有机碳(ｍｇ·Ｌ-1)<0.5,建议为0氧化剂(ｍｇ·Ｌ-1)Ｃｌ2<0.05,Ｏ3<0.02变价金属Ｆｅ(ｍｇ·Ｌ-1)<0.01ＳｉＯ2(ｍｇ·Ｌ-1)50～150ＣＯ2(ｍｇ·Ｌ-1)<10,当>10时,在ＥＤＩ前设脱气装置2.2ＥＤＩ设备最常见的ＥＤＩ设备是由一系列膜块串联组装而成。每个膜块可产水量2～3ｔ/ｈ,根据所要求的产水量决定并联膜块的数量。由于ＥＤＩ设备能连续运行,决定膜块数量时就不考虑备用。在运行中万一哪个膜块损坏时,可马上换用新的膜块。常见的膜块为板框式,采用原有板框式普通电渗析器式样,再在其淡水室填充离子交换材料,所以,制造ＥＤＩ设备就在于采用哪种满足要求的离子交换膜以及决定选择何种填充离子交换材料,如何填充。离子交换膜有异相膜和均相膜两种。异相膜是用离子交换树脂粉末和粘合剂的混合物压制成的,上海、浙江等地都生产这种膜。这种异相膜价格较低,其性能基本满足普通电渗析器对膜的要求,生产技术成熟,已有30余年历史。上海某厂还生产专门用于ＥＤＩ设备的一种低渗透膜,但至今这种膜产品还没有得到ＥＤＩ设备生产厂或用户的认可。另一种均相膜是由烃类聚合物或氟代烃聚合物引入离子交换功能团后制成的。