張克峰
（山東建筑工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250014）

　　摘　要：連續(xù)電再生離子交換系統(tǒng)（EDI）將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)結(jié)合起來(lái)，無(wú)需酸、堿再生。其工作原理是系統(tǒng)中陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)水中離子的吸附交換、在電場(chǎng)作用下離子的定向遷移以及離子交換樹(shù)脂的平衡再生。
　　關(guān)鍵詞：給水處理；脫鹽水；電滲析；離子交換
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.26
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）02－0009－02

　Study on the Mechanism of Electrodeionization in Demineralization
ZHANG Ke-feng
(Shandong College of Architectural Engineering, Jinan 250014,China)

　　Abstract:EDI(Electrodeionization)system combines electrodialysis with ion exchange technology. The system adsorbs and exchanges ions in water woth anion and cation ion exchange resin. Under the electric field force oriented migration of ions and balanced regeneration of ion exchange resin do without the regeneration with acid and base.
　　Keywords:feedwater treatment; demineralized water; electrodialysis; ion exchange

1 EDI技術(shù)

　　EDI（連續(xù)電再生離子交換系統(tǒng)）將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)巧妙結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，構(gòu)成一種獨(dú)特的水的除鹽技術(shù)。EDI結(jié)構(gòu)如圖1所示。它以電滲析裝置為基本結(jié)構(gòu)，在陰膜和陽(yáng)膜之間裝填強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂，使陽(yáng)膜和陰膜間形成混床。該技術(shù)提高了除鹽速度，無(wú)需酸堿而自動(dòng)平衡再生，是水處理技術(shù)的一項(xiàng)重大變革。

2 EDI除鹽原理

　　EDI是電滲析和混床的結(jié)合，故先分析電滲析及混床的除鹽原理，進(jìn)而分析EDI除鹽原理。
2.1 電滲析除鹽原理
　　電滲析是在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性（即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子透過(guò)，陰膜只允許陰離子透過(guò)），使水中陰、陽(yáng)離子作定向遷移，從而達(dá)到離子從水中分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。
2.2 混床除鹽原理
　　將陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂按一定比例均勻混合組成交換器的樹(shù)脂層，即成為混合床，簡(jiǎn)稱(chēng)混床。由陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂緊密接觸，混床可以看作是無(wú)數(shù)微型復(fù)床除鹽系統(tǒng)串聯(lián)而成。以強(qiáng)酸、強(qiáng)堿樹(shù)脂組成的混床反應(yīng)過(guò)程如下^[1]：

　　

2.3 EDI除鹽原理
　　EDI工作過(guò)程如圖1所示，在電場(chǎng)、離子交換樹(shù)脂、離子交換膜的共同作用下，完成除鹽過(guò)程。
2.3.1 離子交換
　　含鹽水進(jìn)入EDI后，首先與離子交換樹(shù)脂進(jìn)行離子交換，改變了流道內(nèi)水溶液中離子的濃度分布。由于離子交換樹(shù)脂對(duì)水中某種離子的優(yōu)先交換或優(yōu)先吸附性能，即離子的交換選擇性，在淡水室流道內(nèi)離子的分離存在著一定順序。表1和表2為凝膠型樹(shù)脂的選擇系數(shù)值^[2]。

表1 強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂選擇系統(tǒng)的近似值 K_H^Na 1.5-2.0 K_Li^Na 2.0 K_H^K K_H^NH4 2.5-3.0 K_Na^Ca 3-6 K_Na^K 1.7 K_Na^Mg 1.0-1.5

表2 強(qiáng)堿阻離子交換樹(shù)脂選擇系浸透的近似值 K_Cl^NO3 3.5-4.5 K_Cl^SO4 0.11-0.15 K_Cl^Br 3 K_CO3^HSO4 2-3.5 K_Cl^F 0.1 K_NO3^SO4 0.04 K_Cl^HCO3 0.3-0.8 K_OH^Cl Ⅰ型10-20 K_Cl^CN 1.1 　 Ⅱ型1.5

　　由表1、表2可以看出，在EDI淡水室流道內(nèi)，離子交換樹(shù)脂將根據(jù)選擇系數(shù)及離子濃度對(duì)水中離子成分按一定順序進(jìn)行交換吸附。
2.3.2 離子遷移
　　在EDI中，離子交換只是手段，不是目的。在直流電場(chǎng)作用下，使陰、陽(yáng)離子分別作定向遷移，分別透過(guò)陰膜和陽(yáng)膜，使淡水室離子得到分離。在流道內(nèi)，電流的傳導(dǎo)不再單靠陰、陽(yáng)離子在溶液中的運(yùn)動(dòng)，也包括了離子的交換和離子通過(guò)離子交換樹(shù)脂的運(yùn)動(dòng)，因而提高了離子在流道內(nèi)的遷移速度，加快了離子的分離。
2.3.3 離子交換樹(shù)脂的再生
　　在淡水室流道內(nèi)，陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂因可交換離子不同，有多種存在形態(tài)，如R₂Ca、R₂Mg、RNa、RH、R₂SO₄、RCl、RHCO₃、ROH等。離子交換樹(shù)脂的再生是在電場(chǎng)作用下離子遷移及進(jìn)水中離子共同完成的。如，對(duì)于R₂Ca陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生，存在以下各式的逆反應(yīng)。

　　

　　對(duì)于R₂SO₄陰離子交換樹(shù)脂的再生，存在以下各式的逆反應(yīng)。

　　

　　對(duì)于其它不同可交換離子的陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂也存在類(lèi)似的再生過(guò)程。
2.3.4 除鹽與再生的平衡
　　EDI中，離子交換、離子遷移和離子交換樹(shù)脂的再生是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)進(jìn)水離子濃度一定時(shí)，在一定電場(chǎng)作用下，離子交換、離子遷移和離子交換樹(shù)脂的再生達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，使離子得到分離。如圖2所示。

3 EDI的應(yīng)用

3.1 純水制取L藝的發(fā)展
　　純水的制備，過(guò)去的幾十年中以離子交換法為主。隨著膜技術(shù)的發(fā)展及工業(yè)化應(yīng)用，膜法配合離子交換法制取純水成為現(xiàn)代水處理的主流。EDI技術(shù)的成功及其工業(yè)化應(yīng)用，則是純水制備的一項(xiàng)變革。
　　以下為純水制取工藝的發(fā)展變革。
　　過(guò)去水處理工藝：原水預(yù)處理→復(fù)床→混床→純水（需大量酸堿再生，嚴(yán)重污染環(huán)境）?，F(xiàn)代水處理工藝：原水預(yù)處理→RO或ED→混床→純水（需酸堿再生，污染環(huán)境）。
　　革新水處理工藝：原水預(yù)處理→RO→EDI→純水（連續(xù)電除鹽，無(wú)需化學(xué)藥品再生）。
3.2 EDI技術(shù)的適用場(chǎng)合
　　EDI作為電滲析和離子交換結(jié)合而產(chǎn)生的技術(shù)，主要用于以下場(chǎng)合：
　?、僭谀っ擕}之后替代離子交換單元制取純水；
　?、谠陔x子交換系統(tǒng)中替代混床；
　　③在原水含鹽量低的場(chǎng)合，與其它手段結(jié)合可作預(yù)脫鹽；
　?、苡米靼雽?dǎo)體等沖洗水的回收處理。
　　EDI技術(shù)與混床、ED、RO相比，可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)水品質(zhì)好，制水成本低，無(wú)廢水、化學(xué)污染物排放，有利于節(jié)水和環(huán)保，是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境無(wú)害的水處理工藝。
3.3 EDI應(yīng)用實(shí)例
　　某印染集團(tuán)鍋爐補(bǔ)充用水。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 嚴(yán)熙世，范瑾初.給水工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.427—429.
　　[2] 許保玖.給水處理理論[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.498—505.

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　　作者簡(jiǎn)介：張克峰（1964－），男，山東魚(yú)臺(tái)人，副教授，在讀博士，主要從事水處理和建筑給水排水方面的研究，電話(huà)（0531）6417371。