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　　电去离子(EDI)工艺
　　Electropure EDI的设计包括了两个成熟的水净化技术&电渗析和离子交换树脂除盐。通过这种革命性的技术，用较低的能源成本就能去除溶解盐，而且不需要化学再生;它能产生好几个兆欧(M&O&cm)电阻率的高质量纯水，且能够连续稳定大流量的生产。
　　Electropure EDI通过一个电势迫使离子从进水流中分离出来，再进入与进水流毗连的水流中。EDI与ED不同的是在淡水室中使用了树脂&这种树脂允许离子在很低电导率的水中更快地迁移。
　　树脂在稳定状态下工作，它们的工作不像一个离子汇聚库，而更像是一个离子输送的导体。
　　Electropure EDI技术总述
　　图1： Electropure EDI工艺原理示意图
　　电去离子(EDI)工艺采用一种离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下两个电极之间(阳极(+)和阴极(-))，在两极间的直流电源电场从RO预处理过的水中去除离子。
　　离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料，他们用于将某种特定的离子进行分离。阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子，阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子，这两种膜不允许水透过。
　　通过在一个层状、框架式的组件中放置不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜，就建立了并列交替的淡水室和浓水室。离子选择性膜被固定在一个惰性的聚合体框架上，框架内装填混合树脂就形成淡水室，淡水室之间的层就形成了浓水室。
　　EDI基本重复单元叫做&膜对&，见插图1。模块的膜对放置在两个电极之间，两电极提供直流电场给模块。在提供的直流电场推动下，离子通过膜从淡水室被输送到浓水室。因此，当水通过淡水室流动时，逐步达到无离子状态，这股水流就是产品水流。
　　流入Electropure EDI模块的RO水被分成了三股独立的水流：
　　1、产水水流(高达99%的水回收率)。
　　2、浓水水流(一般为5~10%，可以循环回流到RO进水)。
　　3、极水水流(0.5~1%，阳极+阴极统一排放)。
　　浓水室和产水室(纯化)在由变换的阴离子和阳离子渗透膜组成的蜂窝式的堆栈中形成单丝屏幕空格。这些形成了两个截然不同的、变换的流体腔体。嵌入高聚材料框架的离子选择性膜和装满离子交换树脂形成纯化室。
　　EDI基本的工作单元称为&膜对&在图2中画出。&膜对&堆栈位于给模块施加直流电压(DC)的两个电极之间。
　　第3股水流(极水)持续不断地流过阳极和阴极，阳极液首先流入阳极室，阳极室是位于阳极和临近的阴离子选择性膜之间，在该室PH值下降，产生Cl2和O2。极水流然后流入阴极室，阴极室是位于阴极(-)和一个临近的阳离子选择性膜之间。在阴极室，产生H2(氢气)，因此，极水室排出不想要的氯气、氧气和氢气。
　　Electropure EDI工艺详细描述
　　来自城市水源的水中含有钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐、二氧化硅等溶解盐。这些盐由带负电的离子(anion)和带正电的离子(cation)组成。98%以上的离子都可以通过反渗透(RO)处理得以去除。城市的水源还含有有机物、溶解气体(如：O2，、CO2)、微量金属和其它微电离的无机化合物，这些杂质在工业应用过程当中必须去除(如硼和硅)。RO系统和其预处理也可以去除许多这些杂质。
　　RO产水(EDI进水)的电导率理想范围一般在4-20&S/cm，而根据应用领域的不同，超纯水或去离子水的电阻率一般在2-18.2M&O.cm之间。通常，EDI进水离子越少，其产品水质量越高。
　　Electropure EDI工艺从水中去除不想要的离子，依靠在淡水室的树脂吸附离子，然后将它们迁移到浓水室中。
　　离子交换反应在模块的淡水室中进行，在那里阴离子交换树脂释放出氢氧根离子(OH-)而从溶解盐(如氯化物、Cl-)中交换阴离子。同样，阳离子交换树脂释放出氢离子(H+)而从溶解盐中(如钠、Na+)交换阳离子。
　　从水流中去除离子的吸附步骤，在模块中的停留是有限的(近似10~15秒)。当被吸附时，离子仅仅被外在的直流电场驱动迁移。
　　一个直流(DC)电场通过放置在组件一端的阳极(+)和阴极(-)实现。电压驱动这些被吸收的离子沿着树脂球的表面移动，然后穿过离子选择性膜进入浓水室。直流电场也裂解水分子形成氢氧根离子和氢离子：
　　H2O=OH-+H+
　　在图1中，离子交换膜由垂直线表示，这些垂直线根据离子穿透性的不同标注成不同的几项。因为这些离子选择性膜不允许水穿过，所以他们对水流来说是个屏障。
　　带负电的阴离子(如OH-、Cl-)被吸引到阳极(+),并且被阴极排斥。这些离子穿过阴离子选择性膜，进入相邻的浓水室，而不会穿过相邻的阳离子选择性膜，并滞留在浓水室，并随浓水流出浓水室。在淡水室中带正电的阳离子(如H+、Na+)被吸引到阴极(-),并且被阳极排斥。这些离子穿过阳离子选择性膜进入临近的浓水室，他们在那里被临近的阴离子选择性膜阻挡，并随浓水流出浓水室。
　　在浓水室中，仍然维持电中性。从两个方向输送过来的离子彼此相互中和。从电源流过来的电流跟移动离子的数目成比例。水裂解离子(H+和OH-)和现存的离子都被迁移并且被加到所要求的电流之中。
　　当水流流过两种不同类型的腔体时，淡水室中的离子就会完全被去除，同时被收集到邻近的浓水流之中，这就可以从模块中带走被去除了的离子。
　　在淡水室和(或)浓水室中使用离子交换树脂是Electropure EDI的关键技术和专利。在淡水室中还会发生一个重要现象，在电势梯度高的特定区域，电化学&分解&能够使水产生大量的H+和OH-离子。这些区域中产生的H+和OH-离子在混合的离子交换树脂中可以使树脂和膜不断再生，并且不需要外加化学试剂。
　　恰当的处理EDI进水对于EDI理想的性能表现和EDI系统无故障工作是一个基本要求(实际上对于任何基于离子交换树脂的去离子系统都是这样)。进水流中的污染物质对去离子组件会产生负面影响，要么增加维修频率，要么减少模块的使用寿命。因此，RO系统的品质和它的预处理是需要审定的。
　　各种离子去除特性
　　在EDI除盐过程中用相同的效率并不能去除所有的离子。这个事实会影响产品水的质量和纯度。
　　l 首先去除简单离子。
　　离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。这些典型的离子包括：
　　H+、OH-、Na+、Cl-、Ca+2和SO4-2 (和一些相似的离子)。
　　在EDI模块的第一个区域，相较其它离子，这些离子优先被去除。这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。自H+和OH-离子变得平衡后，PH值接近7.0。
　　EDI模块的第一个个区域被称为&工作床&。
　　l 其次去除中等强度离子和极化离子 (例如，CO2)。
　　CO2是最常见的EDI进水组成。CO2有着复杂的化学发应，依据其H+离子当地区域的浓度，被认为是可以适度的离子化：
　　CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3- = 2H+ + CO3-2
　　当PH值在这个部分接近7.0左右时，大部分CO2以重碳酸盐(HCO3-)形式存在。重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附，如此仍然不能与&简单&离子(例如Cl-、和SO4-2) 相抗衡。
　　在EDI模块的第二个区域， CO2(包括它所有的形式)相较于强度更加微弱的离子优先被去除。EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。
　　在Electropure XL系列产品中发现，只要CO2(其所有形式)少于5mg/L，就能得到高品质的超纯水。如果CO2含量是大于10mg/L，它会影响离子的总体去除率以及严重影响EDI产品水的品质和二氧化硅的去除。
　　l 最后去除强度微弱的离子 (例如.，溶解的二氧化硅和硼)。
　　因为例如二氧化硅分子的离子化能力相当微弱，并且难吸附在离子交换树脂上，使用任何反电离过程都很难将之去除。
　　如果已经去除了所有的&简单&离子， 并且去除了所有CO2，EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。在模块第三个区域的停留时间非常重要。停留时间越长，去除效率就越高。第三个区域较长的停留时间，需要RO产品水的电导率达到最小(去除大量&简单&离子)同时使RO产水中CO2的数量最少化。
　　EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为&抛光床&。
　　l EDI进水中不同的离子种类，以及它们的浓度，直接影响着EDI的工作性能和效率。
　　污染物的影响
　　消极影响EDI工艺的主要污染物包括：硬度(钙、镁)、有机物(TOC)、颗粒、SDI、活性金属(铁、锰)、氧化剂(氯、臭氧)和二氧化碳。
　　为RO/EDI系统设计的预处理过程要能够从进水流中尽可能除去这些污染物。在以下的进水章节给出了最低要求。为了加强EDI的性能，较好的系统设计应该会大大低于这个水平。手册后面还列出了水处理方法的建议。
　　硬离子能够导致反渗透和EDI单元引起结垢，这时，在浓水室中阴离子选择性膜表面pH值很高，浓水室中的压力降将会升高，电流效率则会降低。Electropure EDI模块的设计可以避免结垢，然而最小的进水硬度可以延长两次清洗之间的时间。
　　有机物质(TOC)能被树脂和膜表面吸附，会引起活性层受阻，一旦树脂和膜受阻，去离子的效率将会降低，模块电阻也会增加。
　　颗粒物质(SDI)、胶体和悬浮颗粒大量涌入会造成膜和树脂的阻塞。树脂的微孔阻塞使通过模块的压力降上升。
　　铁和其它活性金属可以崔化氧化树脂，并且可以强烈的被树脂和膜吸附，从而使其能力衰减，这些在低ppm浓度就会发生。
　　氯和臭氧会损坏离子交换树脂和离子选择性膜并且导致树脂疏松，从而降低容量。氯是一种氧化剂，氧化后使TOC显著增长，其副产物会使阴离子树脂和膜引起污染，降低树脂交换性能，氧化也能引起树脂裂解和压力降上升，模块寿命缩短。理想的浓度水平为零。
　　CO2：二氧化碳有两个影响，第一，CO32-与Ca2+和Mg2+起反应形成碳酸盐结垢。这种水垢随进水浓度、温度和pH值的变化而变化。第二，因为CO2的电荷随它的pH值的变化而变化，而且通过RO或EDI去除它都要依电荷而定，所以它的去处效率将会不断变化。即使低的CO2水平(低于5ppm)也能影响产品水电阻率和硅硼的去除效率。
　　术语表
　　阴离子：一种带有一个或多个负电荷(如Cl-、OH-、SO42-)的离子(带电原子或原子团)。
　　阳极：一种带正电的电极，吸引阴离子，表层涂钛。
　　阳极电解液：阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。
　　阴极：一种带负电的电极，吸引阳离子，通常由不锈钢制作。
　　阴极电解液：阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。
　　阳离子：一种带有一个或多个阳电荷(如Na+、NH4+和Ca2+)的离子(带电原子或原子团)。
　　浓水流：流经浓水室并收集离子的水流。
　　电导率：水传导电流能力的一个电学测量参数，其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。
　　单位是&S/cm，一般是指25℃。
　　直流(DC)电流：电流不改变状态，在EDI系统中与移动的离子数量成比例，包括水裂解的离子。
　　直流(DC)电压：电压不改变极性。电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。在直流电压中会有一些交流的电压成份存在。
　　电极：传导电场的金属板(阳极和阴极)，并且促进电化学反应发生，电极通过导线与外部电源相连。
　　电解液：电极附近的离子溶液。Electropure 单元将两种电解液汇成一股，在通过&电解液出口&
　　导出端口将它们输送到模块之外。
　　进水：垂直进入EDI模块的水。它将供应给淡水室、浓水室和极水室。
　　这种水的水源就是反渗透的产品水。
　　GPM(gpm)：加仑每分钟。水流量的一个测量参数。1.0gpm相当于227升/小时，4.4gpm相当于1.0m3/hr。
　　离子交换膜：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜，且不允许水通过。
　　离子交换树脂：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。
　　兆欧：(M&O.cm)电学测量参数的单位，用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。它是一个电阻参数。不含杂质的超纯水在25&C时可以达到18.24兆欧.厘米(M&O&cm)。
　　PH值：氢离子(H+)浓度的一个测量参数。PH值用对数从0到14来表述。 PH值为0或在0附近的是强酸性，PH值为7为中性，PH值为14或在14附近是强碱性。
　　分解：水在电流的作用之下分解成H+和OH-，这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情况下。它导致水的分解以传导电流。一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。PH值的波动一般跟分解作用有关。水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。
　　ppb：十亿分之一，或&g/l。用于衡量水中离子的数量，如：超纯水中的硅含量。
　　ppm:百万分之一，或mg/l。用于标识水中总溶解固体数目(TDS)的参数单位。这个参数单位一般用于描述进入EDI模块的水流的纯度。在低电导率时，1ppm近似等于2&s/cm。
　　成品(淡水)水流：流经纯化室或淡水室的水流。这股水流就是去离子水。
　　电阻率：描述水阻挡电流的能力的测量参数。离子浓度降低，电阻率就增加;离子浓度增加，电阻率就降低。这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。不含杂质的超纯水在25℃可以达到18.24 M&O.cm。
　　盐：由金属或带正电的根原子团完全或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。盐类举例：
　　TOC总有机碳：水样品中活性有机化合物的含量数目参数。非有机炭总量(CO2)为从总碳中减去
　　有机碳后剩下的部分。用ppm或毫克/升表示。
　　USP超纯水：USP质量要求，被采用蒸馏、离子交换、电去离子技术 、或其它恰当的工艺将水纯化，遵从EPA(美国环保总署)饮用水规则并且包含无额外物质存在。
　　Electropure EDI的知识产权
　　Electropure公司，以前的HOH水技术公司，拥有形成EDI技术基础的O&Hare专利(美国专利号：US4,465,573)。它同时还有一个改良性工作专利，是关于离子交换膜技术的专利(美国专利号：US6,503,957)。
　　其他公司拥有关于EDI在系统中应用的知识产权。Electropure 公司不默许推荐她的用户使用其它知识产权，并且没有义务代表她的用户在他们设计的系统中为其组建、安装或是操作EDI。
　　EDI技术总结
　　Electropure受专利权保护的电去离子(EDI)模块的高效性能，在连续的电去离子过程中已经得到验证。&Electropure XL系列&EDI对DI混合树脂床系统来说是个非常经济的转型产品，它有着许多优点。虽然建设EDI系统的基建成本比混合树脂床系统高，但是运行成本和其它的工艺优点对于使用Electropure EDI是大有裨益的。
　　产品应用和纯度特性
　　超纯水用于微电子和半导体生产，也用于生物医学和实验室研究，还用于药品制造业，作为蒸馏的预处理，发电过程当中的锅炉水，食品和饮料业以及需要用到去离子水的各种工业领域。
　　下面是典型的工业行业的离子含量规范。这些并不代表工业用纯水中的全部规范，而只是与EDI 有关的一些规范指标。
　　半导体超纯水(来源：1993 年Balazs分析实验室)：
　　电子级水 (ASTM D-19)：
　　电子一级E-I ：这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在1.0&m以下的产品设备上 。这是超纯水在大容量和最临界状态的应用。
　　电子二级 E-II: 这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在5.0&m以下的产品设备上。这种水应该是足够的为生产大多数大容积产品, 产品尺寸在1.0&m 之上和在5.0&m以下。
　　电子三级 E-III: 这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在5.0&m以上的产品设备上 。这种等级的水可以被使用来生产稍大的组件和一些小的组件，水中的痕量杂质不会产生影响。
　　电子四级E-IV:：电子级的水被分类可以作为非临界电镀用水和其它普通用途用水，这些水由于储存在水箱因而会一直与大气相接触。
　　来源: 奥斯莫利克斯Osmonics 纯水手册, 第2版, 1997年; ASTM 国际组织: www.astm.org.
　　发电锅炉水(与锅炉压力和用途有关)
　　ASTM 试剂水：
　　制药用水：
　　根据各个国家法律规定的不同其要求也有所不同(如USP_XXIII,XXIV)。注意，在美国，WFI要求作最终处理，采用蒸馏，或者膜分离。USP纯化水是被采用蒸馏、离子交换、电去离子技术或其它恰当的工艺将水纯化，遵从美国EPA(美国环保总署)饮用水规则，并且包含无额外物质存在。USP现在已经在日本和欧洲的JP和EP标准形成了联盟。
　　在任一个USP水处理系统中，EDI都可以作为首选的工艺单元。
　　普通用途去离子(DI)水：
　　EDI产品指南：&Electropuretm 的XL系列产品&
　　&Electropuretm XL&EDI系列模块设计成为OEM纯水系统中一种非常经济的模块。
　　与其它EDI组件相比，这种模块在设计上具有下列优点：
　　能够建立简单的EDI系统
　　一级RO的产水可以作为进水
　　不需要有浓水的循环
　　容易实现在整体式架子上的模块排列
　　重量轻，结构紧凑
　　铝制附件朝向正面
　　配套防水的电气附件在模块的反面
　　模块组件和螺栓隐蔬在模块内部
　　膜由Electropure公司自行研制
　　内部设计与EPM系列相同，并且已经发展了许多年。
　　&Electropuretm XL系列&模块的流量范围从50lph~2.3m3/h(0.5gpm到10gpm)。每种模块都有一个流量范围推荐值。多个模块可以并成几乎是无限制的庞大系统，最大系统的数据是150m3/hr(600gpm)。我们的高质量模块根据进水条件和操作条件的不同，可以产生 10-18.2M&O.cm的纯水。下表列出了各种&Electropuertm XL系列&模块的流量范围。
　　*精确尺寸(英寸和毫米)见尺寸图纸。
　　模块的重新组合
　　XL系列在设计上是一个可任意组合的单元。
　　替换模块比装船往返重新组装会更经济而且产生更少的环境影响。
　　标准操作和测试条件
　　　　标准测试条件：
　　Electropure用经过活性碳过滤、软化、微孔过滤以及50~65%回收率的RO运行处理后的水进行测试。RO的产水质量总含盐量(TDS)范围从2.5到4.0ppm，包括5ppm的CO2和200~300ppb的硅。温度范围20~30℃。每个模块施加标准电压和标准的流量。对于每一个模块测试结果都是令人可接受的，并且保留每个模块的记录。
　　应客户的要求，Electropure还可以在标准条件下，对现场安装好的模块重新进行测试，以确保质量可靠。
　　所加电压：加在每个模块阳极和阴极之间的直流电压。所需电压的大小主要取决于模块中单元室的数目。可以表示成伏/单元。
　　电流：流过每个模块的直流电流。电流大小取决于RO进水的离子负荷，模块的回收率和水的裂解数量。基本上与单元的数目无关。
　　模块电阻：等于电压除以电流，一般用欧姆或欧姆/单元。
　　电力需求：提供必要的电流与电压的电力。一般用kW/gpm表示。
　　电力效率：实际电流除以要求输送进水离子的理论电流，以%表示。
　　进水流：送入纯化室一转化成成品的水流，也可以包括送到浓水室和极水室的进水。
　　产水：从纯化室中出来的成品水。
　　浓水：从收集离子的收集水中排除的废液。一般是进水的5~10%。
　　极水：从阳极和阴极室排除的废液，一般是进水的0.5~1%。
　　回收率：等于产水除以总进水流量。如果浓水流返回RO预处理系统，一般为99%。如果浓水排到下水道，则可能为90-95%。
　　EDI模块的电力成本
　　典型的XL-500模块工作在300VDC，电流为2amps的情况下工作8个小时，成本1在美元以下。这是在假定电源的效率为85%，当地的电费为每千瓦时0.12美元的条件下。
　　见附录7的能源和成本计算。
　　直流电源要求
　　电源必须为可以调节的直流电源，须有足够的电源供给以保证在通常的操作条件和最高的极限工作条件下的使用。
　　电压输出应该是可调的，且电压范围应该包括再生条件。电源也应该有限定电流容量以保护电源自己和EDI模块，每个模块可以单独安装保险丝。
　　电流大小取决于EDI进水的电导率和其水回收率。应该有电流设计富余量以满足模块再生时的高电流需要。
　　出于保护的目的必须有无水状态和关断电源的系统连锁。它可以通过远程PLC或者系统计算机控制。电源可以有内部诊断和报警继电器输出。
　　交流电成份可能在5%以上，交流的低频和高频脉冲可以影响到就地电子仪表的读数，比如：电导率表或电阻率表。电源供给应该符合UL、CSA或CE的当地代码要求，当地代码可能有特定要求，比如：功率因素修正(PFC)和EMI防护。如果NEMA等级有要求，那么必须有足够的散热以保持电源系统冷却。典型的电源供给效率为85~90%，因此，交流(AC)输入电源需要比额定的电源供给高出10~15%。
　　说明：电源供给应该尽可能的达到最大的要求。
&&&&&& 运行进水特性：
　　以下是Electropure所能够感保证的最低运行要求。精确值更多地接近设计目标，就能得到更理想的Electropure EDI模块性能。
　　v 水 源： 反渗透RO产水，电导率1-20 &S/cm。最佳电导率在2-10 &S/cm。
　　v PH值： 5.0 to 9.5 (pH 7.0 至 8.0之间EDI有最佳电阻率性能，但硬度要低于常规值)，注意到典型的低PH值进水时由于CO2的存在而导致产水质量下降。
　　v 温 度： 5&C to 35&C. 最佳质量在25&C。
　　v 进水压力： 0.15~0.5MPa (1.5~5 bar)，模块压力降取决于流量和温度。
　　v 出水压力： 浓水和极水出水压力要比产水出水压力低。
　　v 硬度(以CaCO3计)： 最大1.0 ppm在90%回收率时。
　　v 有机物： TOC 最大0.5 ppm，建议检测不出。
　　v 氧化剂： 活性氯(Cl2)最大 0.05 ppm，建议检测不出;臭氧(O3)最大0.02 ppm，建议检测不出。
　　v 金属： 最大0.01 ppm Fe、Mn、变价性金属离子
　　v 硅： 最大0.5 ppm. 反渗透RO产水典型范围是50-150 ppb
　　v 总CO2： 建议小于5 ppm. 高于10 ppm时，产水品质很大程度上依赖于CO2水平和PH值
　　v 颗粒： 建议用无颗粒的反渗透RO产水(直接进入)或者将中间水箱的水采用1&m预先过滤。
　　电压是将混合的离子从进水流中推向浓水流的驱动力。特定区域的电压梯度也会导致H2O分裂成H+和OH-离子，在EDI模块中这种持续不断的形式和局部的高浓度区域使抛光层树脂一直保持H和OH形态，因而可以充分的去除类似CO2和硅等物质，这些也防止了细菌在EDI模块中的生长。多余的H+和OH-也从进水流中被迁移到浓水流中，它们也参与到任何一种杂质离子在迁移地区的竞争。
　　最佳电压
　　最佳的电压范围首先取决于模块内部单元的数目。正常的工作电压范围近似是5到8伏/单元。
　　参阅电源供给要求对于推荐的操作电压范围。最佳电压也取决于：
　　1、 温度
　　2、 浓水电导率
　　3、 浓水流量比例(回收率)
　　产水质量与电压关系
　　要获得最高质量的水，就要设定一个理想的电压值。比这个电压值低，就没有足够的驱动力在淡水流流出模块之前驱动离子经过淡水室的树脂床，然后穿过离子选择性膜;比理想值高时，则过压的产生将使过多的水发生裂解，并因此产生过强的电流，而且还将导致离子的极化作用，发生反扩散现象，这就会降低成品水的电阻率。
　　在每种模块类型的设置范围之内，其最佳值将取决于离子负荷和水的回收率。高的进水离子负荷和高的回收率将导致浓水室中较高的离子浓度，这样就降低了整个模块的电阻。模块的电阻低可以导致最佳电压值的降低。
　　参阅硅去除章节&&关于电压如何影响硅的去除和防止硅污染。
　　电流与进水电导率的关系
　　典型的标称电压下XL系列模块的电流为2-4amps，其进水电导率为4-10&S/cm。电流同样可以低于1amp，在高的进水电导率(如20~30&S/cm)将会导致高达8amp或更高的电流。
　　基本上，电流与迁移离子的总数成比例。这些离子包括RO淡水中的杂质离子，如Na+和Cl-，还包括由水裂解产生的H+和OH-。水的裂解率与特定区域的电压梯度有关，较高的树脂室的电压能够使较多的水裂解成可以迁移的H+和OH-。
　　一部分电流的比例直接跟进水的离子含量(TDS，或&S/cm)成比例，另一部分与水的裂解成比例。
　　电流的比例随过度电压非线性增大。&电流效率&是在EDI进水中所要求迁移的杂质离子的总电流的分数。
　　如果模块电流高于预期，那可能是因为电压比最佳值设定高了，过度的水裂解导致了过度的电流。
　　电流也取决于浓水流量，也即模块的水回收率，通常浓水流量是进水流量的10%，如果浓水流量低于要求，则浓水有更大的电导特性，那么电流就会上升。
　　稳定工作状态
　　通常，一个EDI模块会产生高品质的水，这是因为EDI模块有过量的混合离子交换树脂，在抛光区域呈H和OH形态。
　　然而，工作条件改变之后，模块需要8到24小时来达到真正新的稳定状态。真正的稳定状态就是达到进入模块和离开模块的离子平衡。在稳定状态，离子的迁移动力和进入的离子速率相匹配，稳定状态对于微量离子如硅可以有长达2~4周的有效捕捉。
　　如果电压降低或者离子负荷增加，树脂就开始吸附多余的离子。这种情况下，离开模块的离子比进入模块的离子少，最后达到一个新的平衡。在这时，&工作离子前沿&开始从底部附近向模块上部扩展。
　　如果电压增加或者离子负荷降低，树脂就会将多余的离子释放到浓水流中，离开模块的离子就会大于进入模块的离子。在这时，&工作离子前沿&的位置就会靠近模块的进口。这就是随后的&再生&程序的工作机理。
　　在运行过程中，模块中离子的平衡是判断EDI系统是否工作在稳定状态的非常有价值的工具。
　　稳定状态： 出去的离子总数 = 进入的离子总数
　　模块离子填充： 出去的离子总数 & 进入的离子总数
　　模块从过负荷恢复：出去的离子总数 & 进入的离子总数
　　离子特性
　　EDI系统去除离子的能力一部分取决于离子种类的属性。在标准的树脂床中，吸附力量和吸附动力取决于离子的大小、水合作用的程度和树脂的类型。
　　在EDI中，离子电荷显得至关重要，因为它是驱动离子沿树脂表面到达离子选择性膜并且穿过膜的驱动力。
　　离子大小
　　以下离子的大小是25&C时水溶液中的有效尺寸。这些尺寸包括了完全水合作用。有效尺寸越大，扩散速率越慢，较大的离子EDI去除效果不太好。有效尺寸越大，电荷的贡献越大，树脂的吸附效果越差。
　　离子电荷
　　离子电荷越大，所加电压驱动离子穿过离子选择性膜的力就越大。这由较高的水合程度和扩散较慢的大而重的分子加以平衡。
　　树脂对离子选择性系数
　　下表列出了树脂对不同的离子的选择性。这是它们相对树脂的吸附强度的一个测量系数。较强地吸附就意味着较少地穿过树脂床或EDI模块。
　　容易去除的离子(Na+、Cl-、Ca+2、H+和OH-)
　　Na+、Cl-、Ca+2、H+和 OH-是容易被EDI去除的离子，所有这些离子能很好的被树脂吸附，并且有一个电荷从而不容易被极化，这些离子在EDI的&工作床&区域相当容易去除。
　　大直径、带弱电的离子(二氧化碳、硅、硼酸)
　　二氧化硅(SiO2)、硼酸(H3BO3)、二氧化碳(CO2)在正常运行和正常的pH值下，带有微弱的负电荷。正因为如此，它们会被微弱地吸附到树脂当中，所加的电压对它们也有微弱的驱动力。
　　要有效地去处这些离子，就要采用其他系统的一些方法：
　　1、 进水最小的离子数量
　　2、 进水最少的CO2含量
　　3、 在RO系统中最大的去除硅和硼
　　增加pH值可以增加它们的电荷和驱除电势。CO2可以作为一种气体在经过RO处理之前加以去处。硅酸(H2SiO3)的pK1为9.77。硼酸(H3BO3)的pK1为9.28。碳酸(H2CO3)的pK1为6.35。因此，用不太高的pH就可以去除碳酸氢盐离子;只有当pH&10时，才能有效地去除二氧化硅和硼酸。当然，要工作在高pH状态，必须首先去除过硬的阳离子。
　　提高EDI进水的PH值达不到预期的目标，因为Na+和OH-是非常容易去除的离子，在EDI前简单的加入NaOH，对于EDI&工作床&区域只会使离子负荷上升，并且PH值在&工作床&末端又回到7.0，从而，&抛光床&区域的大小是变小了。
　　见附录8对二氧化硅的讨论。
　　压力降与温度的关系
　　由于受水的粘性的影响，压力降与温度有很大的关系。下表列出了基于25&C时，在一定温度下水的绝对粘性和相对粘性。压力降将随粘性的增加或降低成比例的变化。说明：水在5℃时的粘度比在25℃时高出70%
　　模块电阻与温度的关系
　　当温度增加时，模块的电阻就会降低。在给定电压值下，电流就会增加。发生这种现象的一个原因是高温下离子的活性增强。在其它条件相同的情况下，温度每改变1&C，模块的电阻将改变2%。
　　质量的优化与其它因素(下面)也有关系，因此电压的优化设定也需要随着温度发生变化。
　　产水品质与温度的关系(操作条件的再优化)
　　系统的运行有一个理想的温度。
　　当温度升高到35&C时，由于水中离子的迁移和移动更加容易因而产品水质量通常会提高，如果更高温度将会由于离子的泄漏而降低产水品质。这是由于吸附到离子交换树脂的离子减少造成的。此外，实际离子的电阻特性，在没有温度补偿的情况下，将会升高，从而使读数失去精确性(见下面的部分)。
　　& 在高的温度时，将要求一个较低的电压来迁移离子进入浓水室。
　　当温度逐渐下降到15&C时，产水品质会降氏。其中有些是由于温度补偿中的错误所致;有些是因为吸附到离子交换树脂离子增加所致。当温度继续下降时，穿过离子选择性膜的扩散作用将会增大，这时产品水质量就会下降。
　　& 温度非常低时，就需要更高的电压来使水进行高效的裂解，并且快速迁移行动迟缓的离子。
　　电阻率表的温度校验
　　电阻率计量会随着温度发生了强烈的改变，通常被校正到标准温度25℃。较高的温度下，含有杂质离子的水的导电特性也较高，因为这时离子的活性增强。同样地，温度升高，超纯水将具有较低的电阻特性，因为这时水会电离出更多的H+和OH-。
　　& 对于仪表温度的修正是较大范围的，通常会出错，因而需要一个高质量的电阻率表。
　　对于自来水和反渗透(RO)产水的电导率与温度的对应校正关系大约为2%/&C。在一定温度下对超纯水的电阻率进行校验，其相对关系为5-7%/&C。因此温度的校验关系系数大。当工作温度不等于25&C时，这一点就显至关重要。
　　热的去离子(DI)水精确地测量是最困难的。
　　压力降与流量的关系
　　有三种模块压力降需要考虑：
　　1、 进水与产水
　　2、 浓水的进口与出口
　　3、极水的进口与出口
　　当流过它们的流量增加时，这些流体上的压力降也会增加。压力降就是在模块的进口和出口处的接头附近测量出来的。
　　极水压力降：在0.05gpm(11 lph)时，压力降大约为20psi(1.4 bar)。如果压力降高于这个值，那么进口就有可能被残渣堵塞。进水口的水必须作精密过滤。由于每个组件只有一对阳极/阴极，这个流量应该与组件的大小和单元的多少无关。
　　浓水压力降：每种设计、每种运行模式甚至每种EDI模块都有不同的浓水流量。Electropure建议浓水流量调整为EDI产水的10%。
　　如果在工作过程当中，浓水的压降上升，就可能需要清洗或者在浓水的进口处存在残渣。进水口的水需要精密过滤。
　　下表给出了各种模块的初始压降估计值。
　　*注：每个模块的单元数目在Electropure公司可能会随时发生变化。
　　进水与成品水压力降：
　　进水对成品水的压降随着流量的增大而增大。如上所述，温度下降，压降将上升。压降近似地与流量成线性关系(第一次序)。也即，流量增加两倍，压降也增加两倍。
　　图2：XL系列产品的压力降
　　对于一个新的模块来说，在流量范围的下限时(如XL-500R的6 gpm)，压降可以低到20psi(1.4bar);在流量范围的上限(如：XL-500R的10 gpm)，压降可以高达45psi(3.0 bar)。
　　上面的图2显示了进水与成品水的初始压降。这时测量仪表的安装与进口和出口的接口装置非常接近。
　　& 当水温不在25℃时，压力降会发生戏剧性的改变。
　　& 在多数线条中可以看出显著的压降趋势。Electropure公司发现有的用户将只有30psi压力降的模块误认为有80psi的压力降，其中的50psi是由于太小的管道、计量阀门、流量计、电磁阀、弯头和三通引起的。
　　出水口压力对产水质量和内部泄漏的影响
　　由于平板和框架式的模块是拼在一块儿的并且用密封垫片密封，不可避免会发生内部泄露。在一个EDI模块中，如果浓水泄漏到淡水室，就会使产品的电阻率遭受到大的影响。
　　& 产水出口压力必须大于浓水出口压力。
　　为了确保内部泄露不至于影响到产品的质量，成品水的出口应该有比浓水流和极水流更高的压力。这样任何泄露都不会增加成品流中的离子数目。
　　对于简易的系统，浓水流出口处不能有背压施加，在系统中，有手动阀门控制浓水的背压，会导致操作的复杂和操作的失误。
　　当输送浓水到RO的进水口，最好将浓水垂直灌入外部的水箱，然后独立用泵送到RO的预处理系统。当这样做时可以使模块回收率接近99%。
　　进水电导率
　　产水质量(在设计值和最大流量情况下)
　　产品水的质量取决于模块在进水流出去之前从淡水室中去除离子的能力。过多的进水离子必然要影响产品水的质量。对于主要的离子电导率(NaCl)和弱离子(二氧化硅、硼和碳酸氢盐)都是如此。
　　多余的离子可以增加负荷，从而导致两种后果。首先是EDI组件内工作床的深度增加----这会导致抛光床变小从而使其去除弱电离子的能力减弱。
　　& 降低进水电导率有助于提高对二氧化硅和CO2去除能力。
　　第二个后果是当进水电导率增加时，模块的电流增加。更多的离子迁移需要更多的电能。电流的增加并不是线性的，因为电流同样会驱动已经裂解的水分子。
　　& 进水电导率的增加将导致电流的增加。
　　基本原理
　　电压驱动力
　　对于每一种操作条件来说，都有一个最佳电压。对于具体的操作条件，所加电压可能太大，也可能太小。每种模块都有一个典型的电压范围----优化最佳电压应该在这个范围之内。
　　如果电压太低，则驱动力太小，这就不能将足够的离子从淡水室迁移到浓水室中。而且可能不会使足够的水发生裂解，从而使离子交换树脂不能进行有效的再生。在抛光层可能不能充分捕捉和迁移类似二氧化硅这样的杂质离子。
　　如果初始设置的电压值过低，模块中的离子交换树脂将被离子填充，直到达到一个稳定状态，这样进入模块的离子就比离开模块的离子要多。其症状主要表现为浓水流中的离子比正常水平低。稳定状态可能要8-24小时才能获得----在此期间，产品水质将会逐渐下降。
　　如果电压过高，就会有过多的水发生裂解，驱动力的效率下降。其症状首先是在极水中产生多余的气体，而后浓水中也会产生气体。过高的电压也会产生一种称为&浓度反扩散&现象，在这种状态下，离子将被迫从浓水扩散到邻近的淡水室以保持电中性。
　　如果初始设置的电压值升高，模块中的离子交换树脂就开始释放离子，直至达到稳定状态。在此期间，离开模块的离子多于进入模块的离子。其症状表现为浓水流电导率的增大。稳定状态可能要8-24小时才能获得----在此期间，产品水品质将会逐渐提高。
　　电流强度
　　EDI模块较底部的电流强度非常高，这是由于进水中主要离子的迁移所致。浓水有一定高的电阻特性，因为那里的水基本上是电导率为2-20微西门子的RO水。
　　EDI模块的上部，浓水流中充满了它从工作床中收集的离子，在90%回收率时，浓水流的电导率是进水浓缩了10倍，因此电导率为20~200&S/cm之间。因此，淡水室此时将有更高的压降(在那里，已经剩下几乎没有了进水离子)，在此区域，唯一的结果是水的裂解率更高，并且导致质子(H+)和氢氧根离子的迁移率更高。
　　这样会有利于抛光床的存在和更好的去除CO2和硅，以及生产更高电阻率的产品水。
　　只有模块处于平衡状态而且没有过高的电流强度时，产品水的质量才能得以优化。树脂床的抛光部分的再生能力对获得最高的电阻率至关重要。
　　离子平衡和pH值
　　在一个离子水平上必须维持在电中性状态，对于阳离子就不可能扩散的比阴离子多。
　　即使在分子或原子级别也要保持电中性。这就不可能发生扩散的阳离子比阴离子多的情况。
　　正因为如此，离子平衡显得至关重要。如果进水中的离子流形成了高迁移率的阳离子和低迁移率的阴离子，这时EDI的驱动力会自动调节迁移率最低的离子。此外，移动的质子(H+)和氢氧根离子(OH-)将在调节离子平衡的过程当中扮演重要的角色。如果进水流中的离子存在较大的不匹配，则在产品水流和浓水流之间将发生较大的pH值的变换。这时质量就无法优化。
　　PH值因此也极大的影响着产水品质。较低的pH值，多余的H+将作为反离子扩散到进水流的阴离子中去。进水流中的阳离子将不能有效的去除。
　　PH值较高，质子不再扮演反阳离子的角色。二氧化碳带电量(碳酸氢盐)将会增加，迁移率也将增加。二氧化硅的带电量和迁移率也将增加。
　　建议理想的操作条件是PH为7.0，最好有最少的CO2存在。
　　&离子前沿&区域的影响
　　如上所述，&离子前沿&(EDI模块中&工作床&和&抛光床&的位置分界点)对产品水品质也非常重要。
　　对于生产电阻率最高、二氧化硅的含量最低的水，必须设定变量来最大限度的扩大抛光床的深度。
　　& 离子负荷必须是最小
　　& 产品水流量应该是在给定范围最高流量以下
　　& 电压应该是最佳工作电压(不是太高或太低)
　　& 浓水流量应该是恰当的(如：90%回收率，以便能有效的去除膜表面的离子，这将消耗施加于淡水室端的电压
　　& 二氧化碳负荷应该最小
　　& PH值应该在7.0
　　为节约能源，如果对于应用而言较低品质的水足够，则可以扩大工作床的深度并且限制抛光床的深度。这可以通过以下途径获得：
　　& 降低电压
　　& 降低浓水流量(较高的回收率)----这可以降低模块的电阻。这也可以通过浓水的循环或加盐来实现。
　　说明：这样的风险就是在浓水室硬度的结垢。
　电去离子设备(EDI设备)可以满足日益增长的对高纯水的需求。Electropure，从前的HOH水技术公司，在20世纪80年代一直是EDI技术的带头人。发布于1984年的O&Hare 专利奠定了EDI技术的基础。
　　EDI工艺系统代替传统的DI混合树脂床来制造去离子水。与DI树脂不同的是，EDI在更换树脂床或使用化学试剂进行树脂再生时并不需要关闭系统。正因为如此，EDI：
　　l 水质不稳定因素减少到最少
　　l 最少的运行成本
　　EDI主要是从与反渗透(RO)及其它纯化设备处理过的水中去除离子。我们的高质量模块可以连续产生高达18.2M&O.cm的超纯水。EDI可以连续运行或者间歇运行。
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