1、.：.；EDI與混床離子交換法的經濟性比較電去離子法EDI作為一種水處置技術在各種領域已有10余年的商業運轉閱歷，它是一種利用電能對水質進展凈化處置的技術EDI膜堆中各膜對為板框式組裝，每個膜對由精選的離子交換膜一張陽膜、一張陰膜及允許水流經過和促進水流在流道中湍流的隔柵組成。另外，交錯的膜對間填充溢象混合離子交換樹脂之類的離子化導電物質。膜對中對進水起純化作用的單元稱為淡水室，起聚集離子作用的單元稱為濃水室。多個膜對構成一個膜堆，膜堆設計為程度放置，在膜堆的兩側安裝有一副電極陽極及陰極，整個的組件通常稱為一個EDI膜堆。在直流電場的作用下，離子從淡水室中選擇性地透過離子膜進入到濃水室中，最后

2、在淡水室中制出除鹽的產品水。濃水室中的廢水可以回收至水處置系統的前端或回收至其它設備中運用，小流量的極水可以同設備的廢水一樣進展排放處置。EDI最適宜于運用在經RO脫鹽后的水質精處置階段。EDI設備無需化學藥劑的再生，可以延續運轉。在詳細的運用中，僅調理EDI的運轉電流就可以改動其出水水質。在進水電導率為60ms/cm或更低的條件下，EDI可制出118MW的產品水。一些供應商如今曾經為各個行業包括實驗室、蒸汽站、制藥及半導體在內的廠家消費和銷售EDI系統以制取高純水，EDI產業運用的焦點集中在中到大型出力純水制備的運用上50gpm及以上，在這些運用中，EDI可帶來環境、平安及運轉方面的顯著效益

3、，它作為RO出水的純化安裝技術上合理、經濟上可完全替代混合床離子交換技術，本報告對新投產的EDI及混床技術將作經濟上的比較。由于EDI為膜堆式設計，屬于非化學式的水處置系統，它無需酸、堿的儲存、處置及無廢水的排放，因此它對新用戶具有特別的吸引力。采用EDI對舊系統進展改造也是非常經濟的，由于EDI可完全地利用現有的廠房及輔助設備。主要的研討點總那么研討的目的是將作為經RO預脫鹽的后續處置的EDI與混床離子交換精化方式作經濟性比較。假定水的預處置過程及RO單元與精處置的選擇無關，因此這部分水處置系統的費用不作核算。假設RO出水中含有較高濃度的CO2，可以在EDI或混床前進展處置以減小CO2的含量

4、，這可以經過在RO的出水后運用除碳風機或經過加堿的方式提高RO進水PH的方法完成。本研討以要求除鹽水出力在50600gpm范圍內的新廠為例，此流量范圍與普通的廠站要求相當。由于大多數EDI系統以一種模塊式的方式構造，因此系統設計的最大出力實踐上是無限的。本研討調查了三種不同的產品水出力及三種不同含量TDS全溶解固形物組合的水處置系統。出力選擇50、200及600gpm，對于每一種出力調查了進水TDS含量為低、中、高三種情況，這些進水的組成成分見表A，進水水質為的RO系統的出水。普通情況下，離子的種類及混合情況對EDI及混床的運轉沒有什么影響。通常SiO2的含量在0.5PPm以下、游離CO2的含

5、量不超越陰離子總量50的RO出水可完全為EDI所處置。除鹽水水質的普通定義為電阻大于或等于17MW，SiO2小于20PPb，實踐上要求的除鹽水水質允許按此規范有一定的變化。設備一切的設備要求是規范化的，適宜重工業產業的延續運轉，運用壽命至少在20年以上。假定每套系統都占有適當的空間，由于EDI系統占用的空間較后者小，因此在經濟上更合算。EDI系統由裝在同一個擱架上的多個EDI膜堆50gpm為4個膜堆, 200gpm為16個膜堆，600gpm為48個膜堆、電源、濃水泵、控制盤、必要的閥門等組成，多個膜堆組裝在同一膜架內。EDI系統采用通用的膜堆設計，可提供不同流量大小的出力。EDI的電耗根據進入

6、TDS的含量大小普通為每小時1.12.8KWh/kgal。一個EDI膜堆普通按其正常出力運轉，但在短時間內可以在保證出水水質的條件下以更高的流量運轉。當EDI膜堆要求進展維護及改換時當然這種情況是比較少見的，系統中剩余的膜堆可以在保證出水水質的前提下比正常出力略大的負荷運轉，直至有缺點的膜堆被修復或改換為止。這種才干可使其根據產水量和水質提供一定程度的富余量，并允許系統延續地運轉，當然這種膜堆式系統出力的提高是有限制的最大可提高20的出力。同時需求指出的是，更大的出力將添加EDI膜堆的運轉壓差。此外某些EDI組件可提供100的富余量，例如濃水循環泵等。在混床系統中，為堅持延續的運轉，普通設置有

7、兩臺床。對于50gpm出力的混床，其直徑為30英寸；200gpm出力的混床直徑為54英寸；600gpm出力的混床直徑可達90英寸，混床的運轉周期分別為24小時高TDS含量、36小時中TDS含量及60小時低TDS含量，混床系統還包括酸堿再生安裝、酸堿儲存罐30天的儲存量、堿稀釋水加熱器、風機、相關的儀表、控制盤及廢水中和系統罐、泵、混合器等。需求指出的是在EDI及混床系統中都含有控制盤，但混床系統的控制盤比EDI系統的控制盤更大更復雜。 過程調查這里選擇了下述主要過程進展研討討論。廠站容量設為100，運轉溫度為20，陽樹脂量為10kgr/ft31kgr=64.8g，陰樹脂的量為9kgr/ft3，

8、酸堿劑量為6lb/ft3，離子交換樹脂每四年改換一次，EDI膜堆每5年改換一次。研討闡明，EDI的維護量為每天0.5個任務時，而混床每再生一次需2個任務時。EDI系統的回收率為97.2，混床回收率根據運轉時間普通為95.4%至98.5。費用分析這里討論了各種條件下的投資、安裝及運轉費用，費用數據主要調查了年度破費。調查期選擇為10年，即投資系數為10資產回收系數為0.16275，總的年度費用表示目前10年期內的年度支出數據。縮短調查時間不利于對初期投資的分攤計算對年度運轉費用有利，降低投資系數對年度運轉費用不利有利于分攤初期投資。EDI的混床設備的資金破費比較見表B安裝費用可按總投資的百分比進

9、展估算，對于EDI系統費用系數取0.2，混床系統取0.4，一些工程公司過去常運用這些系數對新設備的安裝費用進展預算。EDI的安裝與新RO系統的安裝具有可比性，系數可取0.2。混床安裝的部件要多得多，而且系統銜接也較為復雜線路、管線及墊料等的相互銜接，對混床安裝費用系數的分析比較靈敏，當混床的安裝費用系數降至0.3時，年度費用按詳細情況僅降低3至5。運轉費用兩套系統中每一過程主要運轉費用的調查有以下幾方面的內容：人力、水耗、廢水的處置等。對于EDI而言，電耗及EDI膜堆的改換是額外的運轉破費，混床的破費也包括化學藥劑及樹脂的改換費等，其它的如堿稀釋水加熱每年通常為幾百至二千美圓及間歇性運轉的水泵

10、每年最多在200500美圓等這類較少的破費不包括在內。可取下述的費用數據：人力40美圓h，電耗0.07美圓KWh，水1美圓Kgal，廢水2美圓Kgal，100硫酸0.05美圓lb，100氫氧化鈉0.15美圓lb，陽樹脂55美圓ft3，陰樹脂150美圓ft3，膜堆改換費用6300美圓12.5gpm出力。費用分析的討論各種條件下年度費用的統計見表C。表B給出了各系統年度總的投資費用，運轉及安裝費用前已敘及，費用比較也已作了較準確的討論。EDI與混床年度費用的比較見圖1，結果闡明，除第一種情況外，EDI系統在對RO出水的純化上比混床系統更經濟。隨著RO出水TDS的增大，EDI在費用上有增大的趨勢。在

11、出力較大、TDS較低時600gpm，4.16ppm，EDI的費用比混床略高10，這主要是由于EDI膜堆的經常改換所引起的。由于EDI技術剛剛開發，故研討中取5年為一個改換周期。可以預料，EDI膜堆的運用壽命將至少可到達68年，這已在一些早期的商業運用中得到了證明。圖2給出了各條件下的年度運轉費用，這里膜堆的改換周期選用5年。圖3給出膜堆改換周期為7.5年的情況下對運轉費用的影響。將膜堆改換周期延伸后，對高出力、低TDS情況的年度運轉費用進展調整的結果闡明，EDI的年度總費用由混床費用的110下降到95。圖1、2、3略表C 系統年度費用,000$對于新建廠站的情況，在50200gpm的出力范圍內

12、，EDI較混床精處置有較明顯的經濟優勢。混床精處置系統要求配有相應的輔助設備化學藥劑儲存及保送系統、廢水中和系統，這對低到中型出力的設備來說在經濟上不合算。對于出力為100gpm的情況，EDI和混床系統的投資費用大致相當。 建筑空間要求這項研討未包括與基建或別的對空間有要求的相關費用。EDI系統可比混床系統及其一切的輔助設備占用更少的空間。對于新設備費用的估算而言，降低與EDI相關的基建費用是相當重要的，即使使EDI所用的空間不及混床系統的一半，這也是可行的。假定基建費用估計為75美圓ft3，EDI可降至500ft2，這樣就可以節省37,500美圓的投資費用。 環保問題目前隨著企業數量的不斷擴

13、展，有害化學物質的運用及其相關的負效應問題變得更加鋒利。對化學藥品所引起的爭端包括運轉人員的操作及平安問題、防止走漏的措施、廢棄物的排放及定期控制等問題。隨著水處置技術的開展，如今可以采用膜處置及其它非化學方法的凈水技術，EDI技術對此是一個較大的奉獻。本研討沒有調查化學藥劑從工場到膜處置系統基地包括EDI所引發的問題，但可以降低再生藥劑的運用或消除下述的需求及義務： 必要的廢水處置及其相關的監控、排放物的測試、再生廢水的調整等相關活動。 污染區域、設備及根據相應化學排放物所采取預防措施的實驗。 任務人員處置有害化學藥品的培訓。運用單臺混床添加除鹽水儲存罐本研討未詳細調查采取減少混床系統的投資

14、而運用單臺混床不是雙臺混床制水并添加除鹽水儲存罐的運轉方式。對這一方式的簡要分析闡明，假設安裝充足的貯水罐8小時的供水量，允許單臺的混床再生二次而不影響系統的供水量，那么對系統的初期投資沒有什么大的影響。思索到系統的出力，儲存量相應的可達24,000gal50gpm系統、96,000gal200gpm系統及288,000gal600gpm系統。對投資工程的研討闡明，從預算中去掉一臺混床將節省約20的初期投資費用。無論如何，添加除鹽水的儲存罐將降低費用，假設可以到達節省20的投資費用，就可以使混床系統的年度費用相應地降低6到12。總之，假設新廠不思索水處置系統的組成而方案安裝有較大的除鹽水儲存罐

15、，采用單臺的混床是有保證的。進水TDS增大當進水TDS增大時，EDI系統可以經過增大運轉電流的方式在保證出水水質及水量的條件下順應這一情況。因此當RO系統的除鹽才干有所下降時，EDI系統可以相對不受影響僅添加電耗，而混床系統將縮短運轉周期，從而增大了化學藥劑的運用，添加了人力。這對混床的運轉費用有較大的影響。總結本研討將新廠中運用的EDI及混床精處置系統運轉的經濟性進展了比較，研討并調查了三種產水量及三種進水TDS組合運轉的情況，系統的產水量選擇為50、200、600gpm，在每一種產水量條件下，調查了進展成分中低、中、高TDS含量三種運轉情況。研討闡明EDI在低至中型產水量系統中的運用比混床

16、的年度費用更經濟。對于高產水量系統，EDI的費用也與混床相當。另外，研討還闡明EDI可以帶來混床系統無可比較的其它方面的益處，這些包括有廢水的監測、排放、較小的安裝空間、較低的防腐要求、運轉人員更少地對化學藥劑進展操作處置、在保證水量及水質的前提下僅略微提高運轉費用就可以順應進水TDS的變化。EDI對純水制備技術是一個較大的奉獻，它允許水處置系統在一些運用條件下不運用有害的化學藥劑。研討闡明，EDI除了技術的的優勢外，它還與混床離子交換技術具有經濟上的可比性，在許多情況下，它較混床系統占有更大的經濟優勢。武漢藝達水處置工程 鄒向群供稿EDI技術的開發與運用Glegg水處置公司對于消費高純水的工

17、業公司來說有一個重要的音訊，那就是不運用化學再生藥劑而制得高純度的水如今已成為了現實。最近開發的EDI技術所制取水質的純度可以到達極限要求，而且還會帶來其它一系列的益處。無需化學再生藥劑的EDI技術被水處置行業稱為EDI的電去離子法并不是什么新名詞，現實上，商品化的EDI在十多年前就曾經出現了。雖然早期的EDI系統出力較低，而且運轉的可靠性很差，但今天的EDI曾經可以滿足工業領域對水處置的廣泛要求了。目前的RO反浸透EDI系統使水的凈化方式正閱歷著變革，然而使工業部門廣泛地接受EDI還有很長的一段路要走。從四十多年以前的制藥、造紙、石化及電力到今天的半導體產業，水一向是工業部門的命脈，而正是這

18、些部門導致了超純水處置技術的革命。雖然工業用戶所要求的根本特點如較少的化學藥劑、較少的廢水排放量、簡單的操作及較低的運轉費用等根本上是一樣的，但原有的水處置技術曾經發生了許多變化。水處置技術的主要開展為滿足工業部門對高純水的需求，近年來在工業水處置方面對兩項技術進展了重點開發，這些新技術中的每一項都使水處置系統產生了突破性的變化。在二十世紀60至70年代，工業部門所要求的水質經過化學方式再生的離子交換技術即可得到滿足。由于當時的運用面不大，因此對運用化學藥劑所帶來的長期影響較少有人關注。在早期的水處置系統中，混床離子交換階段作為后續處置過程以一個獨立的單元置于陽、陰離子交換之后。隨著對運用要求

19、的提高，以化學方式再生的離子交換系統顯然遭到了限制，問題的焦點在于它們漏過的TOC含量較高。與新近的技術相比，在這些系統中運用了大量的化學再生藥劑，并要求對化學廢水進展延續地處置，而且其操作復雜、運轉費用較高。在二十世紀70年代至80年代，隨著人們對減少化學藥劑使意圖識的添加，人們開場在工業水處置中尋求新的工藝方法，其結果導致了對反浸透技術的新的運用。反浸透在預脫鹽系統中運用膜技術替代了陽陰離子交換單元，但是這種新技術在初期的運用中并不順利，RO對預處置的要求較高，而作為一個整體的水處置系統那么趨向于簡化。由于電子工業對純水水質包括降低TOC的含量的要求越來越高，促使水處置技術不斷地向前開展，

20、RO被視為處理的方案。隨著預處置過程的提高、更高級的RO膜被開發出來，使RO在運用初期所遇到的問題逐漸地被抑制了。隨著時間的推移，RO逐漸為世人所接受，同時諸如逆流再生設計、滿室床離子交換及公用樹脂的開發等后續的離子交換技術也得到了相應的開展。由于這些新工藝的廣泛運用，費用得到了降低，但RO/混床系統與目前的化學方式再生的離子交換系統相比，仍具有一定的經濟性，對于前述的這些技術目前還有一定的需求。RO混床系統滿足了工業部門對高純水水質的多方面要求，它們可將不溶性雜質處置至十億分之幾，同時也降低了TOC的含量。無論如何，工業上仍需繼續依賴混床技術作為除鹽的最后階段，對混床階段化學藥劑的運用及相關

21、設備的要求意味著RO所帶來的益處未能充分地表達出來，進一步降低化學藥劑的運用促成了第二次技術革命。通常稱為EDI的電去離子法40多年前作為非化學工藝首先被開發運用于實驗室任務，最近的開發EDI技術使徹底消除對化學再生藥劑的依賴成為現實，而且它還可以帶來一系列別的益處。EDI的任務原理典型的EDI系統涉及到這樣一個處置工序：預處置ROEDI。EDI運用普通的離子交換樹脂延續地從水中除去離子，但由于它是運用電流對樹脂進展延續的再生，因此它完全不用進展定期的化學再生。典型的EDI膜堆是由夾在兩個電極之間的一定對數的單元組成見圖1 EDI的任務原理圖。在每個單元內有兩類不同的室：待除鹽的淡水室即D室，

22、搜集所除去雜質離子的濃水室即C室。D室中用混勻的陽、陰離子交換樹脂填滿，這些樹脂位于兩個膜之間：只允許陽離子透過的陽離子交換膜及只允許陰離子透過的陰離子交換膜。樹脂床利用加在室兩端的直流電進展延續地再生，電壓使進水中的水分子分解成H及OH，水中的這些離子受相應電極的吸引，穿過陽、陰離子交換樹脂向所對應膜的方向遷移，當這些離子透過交換膜進入濃室后，H和OH結合成水。這種H和OH的產生及遷移正是樹脂得以實現延續再生的機理。當進水中的Na及CI等雜質離子吸咐到相應的離子交換樹脂上時，這些雜質離子就會發生象普通混床內一樣的離子交換反響，并相應地置換出H及OH。一旦在離子交換樹脂內的雜質離子也參與到H及

23、OH向交換膜方向的遷移，這些離子將延續地穿過樹脂直至透過交換膜而進入濃水室。這些雜質離子由于相鄰隔室交換膜的阻撓作用而不能向對應電極的方向進一步地遷移，因此雜質離子得以集中到濃水室中，然后可將這種含有雜質離子的濃水排出膜堆。在典型的EDI系統中，進水的9095直接經過D室，510的進水被分配進C室。濃水用泵打循環并使其在膜堆中到達較高的流速，這樣可以起到提高除鹽效率、促進水流的混合、降低能夠的結垢等作用。濃縮離子可以經過從濃水循環回路中排除一定比例的水后而從膜堆中除去，這種PH在58的水可以回收或直接打回到預處置系統的入口。在電去離子的過程中，將進水中的雜質離子去除后即制得高質量的除鹽水。ED

24、I的優點EDI在傳統的水處置系統中可替代現有的混床，它可以延續穩定地制出高純度的水。EDI的最大優點在于不用化學藥劑進展再生，因此不需求化學再生藥劑儲存罐及相應的中和池，而且無須對有害的化學廢水進展搜集、儲存及處置，結果使EDI大大的簡化了系統。RO的運用降低了對大型設備間的要求，而最近的EDI技術那么完全地排除了這一點。由于EDI系統僅要求天花板的高度不超越18英尺5.49米，即在通常的設備間內無高罐存在，在要求成套設備迅速地安裝起來以投入運轉時，對高度規格無特別的要求是極為重要的。還有一個優點是，EDI排出的濃水中僅含有進水中的雜質成分，通常這種水的水質比預處置系統的進水水質要好，故濃水可

25、以直接地排至RO的入口，這樣就有效地消除了對廢水的排放。相反，混床的再生是一個一次性的過程，由于運用化學藥劑再生樹脂床，其廢液中含有比普通EDI濃水高34倍的廢棄離子，這類廢液通常不回收到預處置系統中，而是排放于廢水中和池內。ROEDI的運轉過程是延續的，其消費的水質穩定，它不象混床在每一個再生周期的開場及終了階段因離子的走漏而影響出水水質。這種延續運轉的方式也簡化了操作，無需設置與循環的再生任務相關的操作人員及操作程序。 最新的EDI技術EDI在十余年前才有了工業方面的運用，但這項技術存在著較多的問題。昂貴的費用限制了它只能運用于較低出力的場所，更嚴重的是早期的EDI技術還存在著穩定性等問題

26、，而且系統設計也較復雜。如今的EDI已能滿足高出力的要求了，最近的模塊式技術使其流量在到達2000gpm454.2m3/h及以上時仍具有較好的經濟性，它的出力可以經過增減膜堆的方式簡單地進展調整。最近的EDI安裝在經濟性上可以與混床相媲美，簡化膜的合成及減少膜的數量等新工藝使其比早期的EDI技術有明顯的經濟性，EDI的運轉費用也與混床相當，其電耗與混床再生的藥劑費用大致相當。目前的EDI技術所帶來的益處曾經大大地超越了我們過去在制藥及電子工業中運用的其它技術。EDI系統初次實現了真正的工業化設計，它可以在壓力達100Psi7kgf/cm2的情況下延續運轉而不會出現走漏。最新的EDI技術采用模架式設計，模堆式的EDI系統可以進展擴展，容易安裝及維護。與RO系統類似，組成EDI的規范模塊很容易改換，可以成批量地消費，從而進一步地降低了它的費用。假設系統設計的容量有富余的話，首先應思索購買適宜現有流量要求的膜堆數。當