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EDI超纯水系统详细使用说明及注意事项

2011-12-30

  离子交换膜和离子交换树脂的工作原理相近,可以使特定的离子迁移。阴离子交换膜只允许阴离子透过,不允许阳离子透过;而阳膜只允许阳离子透过,不允许阴离子透过。在一对阴阳离子交换膜之间充填混合离子交换树脂就形成了一个EDI单元。阴阳离子交换膜之间由混合离子交换树脂占据的空间被称为淡水室。将一定数量的EDI单元罗列在一起,使阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列,并使用网状物将每个EDI单元隔开,形成浓水室。在给定的直流电压的推动下,在淡水室中,离子交换树脂中的阴阳离子分别在电场作用下向正/负极迁移,并透过阴阳离子交换膜进入浓水室,同时给水中的离子被离子交换树脂吸附而占据由于离子电迁移而留下的空位。事实上离子的迁移和吸附是同时并连续发生的。通过这样的过程,给水中的离子穿过离子交换膜进入到浓水室被去除而成为除盐水。

  带负电荷的阴离子(例如OH-、Cl-)被正极(+)吸引而通过阴离子交换膜,进入到邻近的浓水室中。此后这些离子在继续向正极迁移中遇到邻近的阳离子交换膜,而阳离子交换不允许其通过,这些离子即被阻隔在浓水中。淡水流中的阳离子(例如Na+ 、H+)以类式的方式被阻隔在浓水中。在浓水中,透过阴阳膜的离子维持电中性。

  EDI组件电流量和离子迁移量成正比。电流量由两部分组成,一部分源于被除去离子的迁移,另一部分源于水本身电离产生的H+和OH-离子的迁移。

  在EDI组件中存在较高的电压梯度,在其作用下,水会电解产生大量的H+和OH-。这些就地产生的H+和OH-对离子交换树脂进行连续再生。

  EDI阻件中的离子交换树脂可以分为两部分,一部分称作工作树脂,另一部分称作抛光树脂,二者的界限称为工作前沿。工作树脂主要起导电作用,而抛光树脂在不断交换和被连续再生。工作树脂承担着除去大部分离子的任务,而抛光树脂则承担着去除象弱电解质等较难清除的离子的任务。

  EDI给水的预处理是EDI实现其最优性能和减少设备故障的首要的条件。给水里的污染物会对除盐组件有负面影响,增加维护量并降低膜组件的寿命。

  注意事项:

  1. 在操作和维护坎贝尔TM EDI系统时必须始终遵守使用手册中的有关规定

  2. 该使用手册中文版与英文版有分歧时以英文版为准

  3. 必须完全理解本手册内容或经过相关技术培训才能操作坎贝尔TM EDI系统

  4. 对于不符合本手册要求所造成的损失,北京易蒂艾公司不承担任何责任

  5. 坎贝尔TM EDI模块在使用期间出现异常现象,用户不得自行拆装,应立即通知售后服务商

  6. 我们保留不断改进产品的权利,如有变动恕不另行通知

  1.1 EDI描述

  连电除盐续(EDI,Electrodeionizatio或CDI,Continuous Electrodeionization),是利用混和离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子,同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下,分别透过阴阳离子交换膜而被去除的过程。通过这样的技术更新可以代替传统的离子交换装置,生产出电阻率高达18 MΩ•cm的超纯水。

  1.2 EDI技术是的水处理工业的革命

  和传统离子交换(DI)相比,EDI所具有的优点:

  EDI无需化学再生

  EDI再生时不需要停机

  提供稳定的水质

  能耗低

  操作管理方便,劳动强度小

  运行费用低

  利用反渗透技术进行一次除盐,再用EDI技术进行二次除盐就可以彻底使纯水制造过程连续化并避免使用酸碱再生,因此EDI技术给水处理工业带来了革命性的进步。

  1.3 EDI过程细节

  一般城市水源中存在钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐等溶解物,这些化合物由带负电荷的阴离子和带正电荷的阳离子组成。通过反渗透(RO)的处理,98%以上的离子可以被去除。RO纯水(EDI给水)电阻率的一般范围是0.05-0.25 MΩ•cm,即电导率的范围为20-4μS/cm。根据应用的情况,去离子水电阻率的范围一般为1-18.2 MΩ•cm。另外,原水中也可能包括其它微量元素、溶解的气体(例如CO2)和一些弱电解质(例如硼,二氧化硅),这些杂质在工业除盐水中也必须被除掉。但是反渗透过程对于这些杂质的清除效果较差。

  下图表示了EDI的工作过程。在图中,离子交换膜用竖线表示,并标明它们允许通过的离子种类。这些离子交换膜是不允许水穿过的,因此,它们可以隔绝淡水和浓水水流。

  

EDI超纯水系统

 

  1.4 污染物对除盐效果的影响

  对EDI影响较大的污染物包括硬度(钙、镁)、有机物、固体悬浮物、变价金属离子(铁、锰)、氧化剂(氯,臭氧)和二氧化碳(CO2)以及细菌。

  设计RO/EDI系统时应在EDI的预处理过程除掉这些污染物。给水中这些污染物的浓度限制见3.2节。在预处理中降低这些污染物的浓度可以提高EDI性能。其它有关EDI设计策略将在本手册其它部分详述。

  氯和臭氧会氧化离子交换树脂和离子交换膜,引起EDI组件功能减低。氧化还会使TOC含量明显增加,污染离子交换树脂和膜,降低离子迁移速度。另外,氧化作用使得树脂破裂,通过组件的压力损失将增加。

  铁和其它的变价金属离子可对树脂氧化起催化作用,永久地降低树脂和膜的性能。

  硬度能在反渗透和EDI单元中引起结垢。结垢一般在浓水室膜的表面发生,该处pH值较高。此时,浓水入水和出水间的压力差增加,电流量降低。坎贝尔™组件设计采取了避免结垢的措施。不过,使入水硬度降到最小将会延长清洗周期并且提高EDI系统水的利用率。

  悬浮物和胶体会引起膜和树脂的污染和堵塞,树脂间隙的堵塞导致EDI组件的压力损失增加。

  有机物被吸引到树脂和膜的表面导致其被污染,使得被污染的膜和树脂迁移离子的效率降低,膜堆电阻将增加。

  二氧化碳有两种效果。首先,CO32-和Ca2+、Mg2+形成碳酸盐类结垢,这种垢的形成与给水的离子浓度和pH有关。其次,由于CO2的电荷与pH值有关,而其被RO和EDI的去除都依赖于其电荷,因此它的去除效率是变化的。即使较低的CO2都能显著地降低产品水的电阻率。

  细菌导致藻类生长和粘垢形成,使模块的压力损失增大,水质下降。

  2.1 EDI的应用领域

  超纯水经常用于微电子工业、半导体工业、发电工业、制药行业和实验室。EDI纯水也可以作为制药蒸馏水、食物和饮料生产用水、发电厂的锅炉补给水,以及其它应用超纯水的工业。

  坎贝尔™ EDI组件单件流量范围从2 gpm到16 gpm。每个组件都有一个推荐的流量范围。组件并行排列可以产生一个几乎无限规模的系统。根据给水和运行的条件,组件可生产出电阻率达10-18.2 MΩ•cm的纯水。

  2.2 EDI的组件结构

  EDI主要由以下几个部分组成:

  (1)淡水室 将离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间形成淡水单元。

  (2)浓水室 用网状物将每个EDI单元隔开,形成浓水室。

  (3)极水室

  (4)绝缘板和压紧板

  (5)电源及水路连接

  2.3 EDI组件优势

  坎贝尔™ EDI组件和其它的EDI组件相比,有下列优势:

  独特的淡水室、浓水室和极水室设计

  低电压、低能耗

  并排排列管线,连接更简单

  结实的机械设计

  安装、维护、运行简单

  所有水路和电源均在一侧

  防水电源接头

  不断追求技术创新

  第 3章 运行条件

  3.1 标准运行条件

  EDI组件运行结果取决于各种各样的运行条件,其中包括系统设计参数。用于测试组件的水经活性炭、精密过滤器、一级或双级反渗透处理,TDS = 2.5~4.0 ppm。测试电压和流量按下表各组件范围中间值。

型号
CP-500
CP-1000
CP-2000
CP-3000
电压(V,DC)
30-60
80-120
160-240
220-330
电流(A,DC)
2-3
2-3
2-3
2-3
产品水流量(m3/h)
0.3-0.5
0.7-1.0
1.6-2.0
3.0-3.6
产品水流量(gpm)
1-2
4-5
7-9
12-16
浓水流量(m3/h)
0.03-0.15
0.07-0.30
0.16-0.60
0.30-1.08
极水流量(m3/h)
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06
  3.2 给水要求

  以下是保证EDI正常运行的最低条件,为了使系统运行结果更佳,系统设计时应适当提高。

  给水:通常为一级反渗透+软化或二级反渗透来水,一般电导率为1-40μS/cm。进水的电导率值是参考性指标,还需要详细的水质报告。

  TEA(总可交换阴离子):小于25ppm,以CaCO3 计。由于进水中所含的 CO2 会转化成HCO3- 或 CO32-,因此TEA(总可交换阴离子)中应包括CO2 的量。

  TEC(总可交换阳离子):小于25ppm,以CaCO3 计。

  pH :6.0~9.0(最佳电阻率性能对应的pH范围为 7.0~9.0,但是,在此pH条件下,硬度不能太高)。

  温度: 5-35°C。

  进水压力:最大为4bar(60psi)。注意:组件压力损失取决于流量。

  出水压力:浓水和极水的出口压力必须低于产品水的出口压力。

  硬度(以CaCO3计):最大为1.0 ppm,取决于回收率高低。

  注意:EDI工艺需要限定进水硬度以免结垢。在进水硬度 <0.1 ppm时坎贝尔™ EDI系统最高的回收率是 95%;而当进水硬度 >0.1 ppm时浓水中需要加盐,而且需要定期清洗。在进水硬度超过0.5 ppm时必须事先得到易蒂艾公司的书面确认,否则坎贝尔™ EDI的质量保证无效。若在超过允许的最大回收率下运行坎贝尔™ EDI模块,会造成结垢和不可修复的损坏。

  有机物(TOC):最大为0.5 ppm。

  氧化剂:Cl2最大为0.05 ppm,O3最大为0.02 ppm。

  变价金属:Fe最大为0.01 ppm,Mn最大为0.01 ppm 。

  H2S :最大为0.01 ppm。

  二氧化硅 :一般应小于0.5 ppm。

  SDI 15min:小于1.0。

  色度: 小于5 APHA 。

  二氧化碳的总量:二氧化碳含量和pH值将明显影响产品水电阻率。如果CO2 大于10 ppm,坎贝尔™ EDI系统不能制备高纯度的产品水。可以通过调节反渗透进水 pH 值或使用脱气装置来降低CO2 量。

  3.3 浓水循环

  坎贝尔™ EDI系统一般需要浓水循环。但在某些条件下也可以不循环,例如EDI给水硬度<0.1 ppm 并且电导率较高的情况。

  浓水室的进出口压力必须小于淡水室的进出口压力,所以浓水的流量由压力决定。

  在运行过程中,浓水循环可以增加浓水室的导电性,同时有助于提高浓水的流速以避免结垢。

  坎贝尔™ EDI模块的浓水流量最小不能低于产品水的10%。低于该流量运行时,浓水室容易结垢,也可能造成模块内部组成受热变形而漏水。

  为避免浓水中离子过度积累,需要排放少量浓水,排放掉的浓水由进水补充。

  控制浓水的电导率在50 到 600 S/cm之间。

  3.4 系统加盐

  进水电导率低时,坎贝尔™ EDI模块的电流较小,这样会影响产品水水质。这时可以选择加盐装置,来提高浓水电导率。

  加盐装置一般包括计量泵、盐箱和低液位开关。

  计量泵最好由PLC控制自动运行,当浓水循环泵启动并且浓水电导率低于设定值时计量泵开始工作。

  加盐的规格如下:

  氯化钠 >99.00%

  钙和镁 (以Ca计) <0.05%

  铁 <0.1ppm

  重金属 (以Pb计算) <0.1ppm

  注意: 某些杂质可能引起模块结垢。

  第4章 运行参数及影响

  4.1 供电电压

  电压是使离子从淡水室进入浓水室的推动力。同时,局部的电压梯度使得水电解为H+和OH-并使这些离子迁移,由此实现组件中的树脂再生。

  4.1.1 纯水质量与电压的关系

  获得高质量的纯水对应着一个最佳电压。若低于此电压,在产品水离开组件前,因推动力不足,部分离子将不能迁移入浓水室,而残留于淡水室中。若高于此电压,多余的电压将电解水,从而增大电流;同时引起离子极化并产生反向扩散,降低产品水的电阻率。

  4.1.2 电流与给水电导率的关系

  当给水的电导率为5-8uS/cm,在给定电压下,坎贝尔™ EDI组件的一般电流为

  1.5-3A。

  电流与离子迁移数量基本上成正比,这些离子包括给水中杂质离子,如Na+、Cl-,也包括由水电解产生的H+、OH-。水的电离速率取决于电压梯度,因此施加于淡水室的电压较高时, H+、OH-迁移量也大。

  一部分电流与给水的离子含量(TDS)或者电导率成正比,另一部分的电流随电压增加非线性地增加。

  在每个组件建议的电压范围内,最佳电压取决于给水电导率和水的回收率。给水中较多的离子迁移流量和较高的水回收率使得离子在浓水室中高度浓缩,这将降低膜堆的电阻,从而使最佳电压降低。

  4.1.3 稳定运行状态

  运行条件改变后,组件将需要运行8-24个小时才能达到稳定状态。稳定状态是指进出组件的离子达到物料平衡。

  如果电压降低或给水离子浓度增加,树脂将会吸收多余的离子。在这种状态下,离开组件的离子数将小于进入组件的离子数。最后达到新的稳定状态时离子迁移速率和给水离子相协调。此时,离子交换树脂的工作前沿将向出水端移动。

  如果电压升高或给水离子浓度减小,树脂将会释放一些离子进入浓水,离开组件的离子数将大于进入组件的离子数。最后达到新的稳定状态时离子迁移速率和给水离子相协调。此时,离子交换树脂的工作前沿将向给水端移动。

  进出组件的离子达到物料平衡是判断EDI组件是否处于稳定运行状态的有效手段。

  4.2 离子性质

  EDI从水中去除离子的能力与离子的特性有关。与传统混床一样,树脂对某种离子的吸收能力与离子的大小、水合度以及树脂类型有关。

  此外,在EDI中,离子的电荷数量更为重要,因为它是推动离子沿着树脂表面迁移并透过膜的原动力。

  4.2 .1 离子大小

  下表是在25°C的溶液中离子的有效尺寸,其中包括了水合分子。离子的有效尺寸越大,离子扩散速率越低,越难以被EDI除去。另外,离子有效尺寸越大,电荷越分散,越不易被树脂吸收。

Ionic Radius, Å
Cations
Anions
<3.0
K+, NH4+
Cl-, NO3-
3.5
 
OH-, F-
4.0-4.5
Na+
SO42-, CO32-
6.0
Li+, Ca2+, Fe2+
 
8.0-9.0
H+, Mg2+, Fe3+
 
  4.2 .2 离子电荷

  离子所带电荷越多,使之通过离子交换膜需要供给的电压越大,另外,这些离子有较高的水合度,而较大并较重的离子扩散速度也较慢。

  4.2 .3 离子相对树脂的选择系数

  下面的表格显示了离子相对树脂的选择性。这是离子被树脂吸收强度的一种量度,较强的选择性使之不易从混床或EDI泄露出来。

  离子交换树脂对离子的选择性系数表

Cation
Selective
Coefficient
Anion
Selective
Coefficient
Li+
0.8
HSiO3-
 
H+
1.0
F-
0.1
Mg2+
1.2
HCO3-
0.5
Na+
1.6
OH-
0.6
Ca2+
1.8
Cl-
1.0
NH4+
2.0
NO3-
3.3
K+
2.3
I-
7.3
  4.2 .4 大而弱的带电离子

  在常见的pH值和一般的运行条件下,二氧化硅(SiO2),硼(H3BO3)和二氧化碳(CO2)都带有较弱的负电荷。它们不易被树脂吸收,而电压对它们迁移几乎没有推动力。

  为了有效地除掉这些离子,要使用其他的系统战略。增加给水的pH值(注意先除硬),使之电荷增加,也就增加了它们被除去的可能性。在RO之前或之后,CO2可作为气体被除去。硅酸(H2SiO3)的PK1是9.77;硼酸的PK1是9.28;碳酸的PK1是6.35,所以,在稍高的pH值时,碳酸氢盐离子能被除去,而除去二氧化硅和硼就必须使pH值大于10。

  4.3 温度

  4.3.1 压力损失与温度的关系

  压力损失与温度有关,主要是由于水粘性的改变。下面的表格显示了在不同温度下水的粘度。压力损失和水的粘度成比例关系。

  水的粘度与温度的关系表

Temperature ,°C
Viscosity
5
1.51
15
1.14
20
1.00
25
0.89
30
0.80
35
0.72
  4.3.2 水质与温度的关系

  运行有一个最佳温度。当温度增加到接近35°C时,由于离子“泄漏”的增加,产品水水质将降低。该现象源于离子交换膜对离子的吸收率的降低。当温度降低时,产水的表观水质可以得到改善。其中有电阻仪温度补偿的误差的原因,也有由离子交换树脂对离子吸收率增强的原因。但是,如果温度进一步降低,离子通过膜的扩散能力会按指数规律降低,因此使水质下降。

  在较低的温度下,可以降低电压以节省能源。

  在更低的温度下,为了继续有效地电解水,需要较高的电压。

  4.3.3 电阻率仪表的温度补偿

  电阻率/电导率测量的标准温度为25°C。在较高的温度下,因为离子的迁移加快,含有离子的水的电导率增高。对于超纯水,较高温度时,水分解出来的H+和OH-的量更多,电导率增高。

  自来水和反渗透水的电导率随温度变化率大约为2%/°C。超纯水电阻率的变化率约为5-7%/°C。因此如果工作温度不是25°C,温度补偿很重要。

  较热纯水的电阻率是很难准确测量的,下表是不同温度下纯水的理论电阻率。

  不同温度下纯水电阻率表

 

Temperature ,°C
Resistivity ,MΩ.cm
15
31.8
25
18.2
35
11.1
  4.4 流量

  4.4.1 压力损失与流量的关系。

  有三种膜压力损失需考虑:

  1.产品水对给水的压降

  2.浓水出口对入口的压降

  3.极水出口对入口的压降

  每个水流的流量增加均会使该水流的压降增加。

  4.4.2 极水压力损失

  在每个组件流量为60 lph时,压力损失大致是20 psi。如果压力损失大于该值,极水入水处可能有异物堵塞。由于每个组件只有一个阳极/阴极对,该流量与组件的尺寸以及型号无关。

  4.4.3 浓水压力损失

  浓水流量与系统设计、运行设置和组件本身有关。浓水流量大致与组件的单元数量成正比。若运行期间浓水的压力损失增加,则需要清洗组件;也可能是浓水进口有异物,浓水进水需经过精滤。

  下表给出了坎贝尔™ EDI新组件的压力损失。

  组件的压力损失表

  型号单元数浓水流量(m3/h)压力损失(psi)

型号
单元数
浓水流量(m3/h)
压力损失(psi)
CP-500
6
0.03
2-5
0.15
10-20
CP-1000
12
0.07
2-5
0.30
10-20
CP-2000
24
0.16
2-5
0.60
10-20
CP-3000
42
0.30
2-5
1.08
10-20
  4.4.4 给水-纯水的压力损失:

  对每个膜组件,压力损失随流量的增加而增加,如上所述,压力损失将随水温的降低而增加。

  对一个新组件,在流量下限(例如CP-2000),最初的压力损失将接近5 psi。当流量增加时,压力损失也增加,可以高达30 psi。

  压力损失和流量增加接近正比。

  值得注意的是以上讨论的是组件前后的压力损失,如果管道选用不当,压力的管道损失也可能是非常可观的。

  4.4.5 出口压力损失对水质和内部泄露的影响

  为了保证内部泄漏不影响纯水水质,产品水出口压力应当比浓水和极水出口压力高。依此,任何内部泄漏将会稀释浓水,而不是离子泄漏到纯水中。

  浓水出口应当没有任何的背压。设计系统时,应当选用足够粗的管子和尽量短的流程。浓水排放的部分如果送到反渗透入口或做它用,最好先进入一个储水罐,然后再用泵打出去。

  4.5 给水电导率

  纯水水质取决于组件从淡水室中除去离子的能力,单位时间内给水离子总量过高通常会导致较低的产品水水质。无论对强电解质(NaCl)还是弱电解质(二氧化硅、碳以及碳酸盐),均如此。

  过高的给水离子总量导致两个结果:第一是在EDI组件内部树脂工作界限向出水端迁移,这导致抛光树脂量减小,因此引起弱电解质清除率降低;第二是引起组件电流量增加。

  降低给水电导率,有助于改善二氧化硅的去除。

  增加给水电导率将增加电流量。

  4.6 优化运行条件

  如上所述,在出水水质中,树脂的工作界限的位置是很重要的。为了得到较高电阻率和较低二氧化硅含量的产品水,则必须有较大量的抛光树脂。为此:

  产品水流量应该在给定范围的下限。

  电压应该在给定范围的上限。

  浓水流量应为给定范围的上限。

  二氧化碳的含量应该尽量减少。

  pH值接近上限。

  如果较低质量的纯水也能满足要求,为节约能量,可以:

  提高产品水流量

  降低电压

  降低浓水流量以提高水利用率

  给水预处理对EDI极其重要,对EDI的重要性和对反渗透的重要性一样,组件的寿命、性能及维修量都取决于给水中的杂质含量。参考EDI给水的具体要求。

  如果给EDI提供较好的预处理水,组件的清洗频率将会降低。

  5.1 EDI系统保护和控制

  为了保护EDI组件,使之有较长的使用寿命,一些系统保护是必要的。最关键的保护是当没有水流量时,要断电停机,否则,会对EDI组件造成致命的破坏。以下是EDI正常运行的必要条件:

  极水流量超过最小值 。

  浓水的流量超过最小值 。

  预处理正常。

  反渗透运行正常。

  反渗透纯水的电导率低于允许最大值。

  温度在限制范围之内。

  5.2 EDI给水处理

  5.2.1 活性碳

  除掉氯和氯消毒副产物,以保护反渗透膜、离子交换树脂和离子交换膜。活性碳还可以除去很多的有机物和杀菌剂以免这些化合物透过反渗透进入EDI。

  通常可以使用颗粒状活性碳(GAC)。但是在给水被有机污染物高度污染的情况下,有必要使用其它除有机物设施。

  5.2.2 软化器

  为防止在反渗透和EDI结垢,需要从给水中除去硬度(Ca2+、Mg2+)。软化可以提高反渗透系统水利用率和提高给水pH值。并因此使反渗透和EDI更有效地除掉碳酸盐和硅。软化还可以去除铁和其它过渡金属,保护反渗透膜和EDI组件。

  软化不是必须要有的设施,可以用阻垢剂解决硬度在反渗透膜上结垢的问题。但是,使用阻垢剂将增加反渗透纯水的硬度,给EDI带来压力。另外,软化也可以放在一级反渗透之后去除硬度。

  5.2.3 沉淀物过滤器

  为防止反渗透膜被堵塞,需从给水中除去不溶物质。

  5.2.4 除气装置

  为了得到高电阻率的纯水,气体应该从给水中被去除。其中,CO2的去除尤其重要。CO2含量低时EDI组件会更有效地去除二氧化硅。除气装置可用脱气膜或除碳塔。该装置最好放置在反渗透之后,也可以放在反渗透之前。

  5.2.5 反渗透系统

  除掉大部分溶解盐类。正常情况下单级或双级反渗透可以有效的除去高达99%的离子和有机物。

  反渗透将给水分成反渗透纯水和浓水,只有反渗透纯水才能进入EDI。

  反渗透刚刚开机几分钟内水质很差,这一部分水不能进入EDI。

  5.3 EDI系统组成

  压力表

  测定RO和EDI水的运行压力。

  流量计

  测量纯水、浓水、极水流量。

  水质监视器

  测量并显示来自反渗透和EDI的水质,反渗透水一般用电导率测量,或用TDS(ppm)来表示。EDI纯水一般用电阻率来表示。水质监视器作为系统的保护装置的一部分,可以提供给水超标、纯水超标信号,以便实施报警保护。

  控制中心

  提供包括自动和人工运行在内的系统控制。

  可以直接控制电源,使其达到最佳状态。

  如果EDI给水流量过低,应当关闭电源。

  在反渗透纯水的电导率上升到高于一定值时,EDI停机,发出警报,并将反渗透纯水排放。

  当EDI给水压力过高时,泻流电磁阀启动,将水排放,报警。

  电源

  直流电源,配有电压调节装置、电压表和电流表。

  还应当配备限流装置。

  为保护EDI组件,当流经EDI组件的水流量低于某一点时,应关闭电源。

  流量开关

  如果流入EDI组件的浓、极水流量过低,流量开关会促使系统关闭。

  EDI 组件

  为二级除盐设施,反渗透纯水经过EDI后分为三股水流:EDI产品水、EDI浓水和一小部分EDI极水。

  将EDI并联运行,可取得更大流量。

  EDI浓水一部分循环(当给水硬度低、电导率高时,可以不循环),另外一部分可以返回到反渗透给水中,也可回收作为它用或直接排至下水道。

  EDI纯水入水压力应比EDI浓水压力高,这样可以防止浓水在EDI组件内泄露。

  使用调节阀和转子式流量计来控制和指示纯水、浓水和极水的流量。

  应将浓水和极水出口压力降到最小。

  排气口

  电极废水中包含Cl2、H2和O2气体,需被安全地排放出去。

  注意:H2的爆炸极限是4%(v/v),因此气体必须被稀释排放。一般的安全界线是1%。

  6.1 安全

  请在安装前读懂本手册的安全部分。特别值得注意的是,EDI设备是一个水电并存系统。另外极水包含危险气体。

  6.2 组件安装

  组件安装请参考装配图。坎贝尔™ EDI系列组件直接用螺丝固定。

  搬动组件时不能让水管道或电连接着力,也不要让两端不锈钢板着力。

  不要将组件的前端和后端同时固定,因为这样会影响模块极板间距离的调整。

  

EDI超纯水系统图

 

  坎贝尔™ EDI系列组件的外观尺寸表.

型号
CP-500
CP-1000
CP-2000
CP-3000
尺寸mm
570×240×95
570×240×130
570×240×200
570×240×300
Amm
35
70
140
240
Bmm
95
130
200
300
单元数
6
12
24
42
供参考。

  6.3 组件方向

  坎贝尔™ EDI组件应垂直安装。如果组件以水平位置安装,在间隔室,气体会被封住,将影响离子的去除。

  6.4 管件的连接

  标准组件为纯水提供了1寸内丝管件,为浓水和极水提供了4分内丝管件,这些连接部分由PVC制成,在安装前应将内丝保护好。将管件与组件连接时,应用扳手卡住组件上的管件,以免其在扭力作用下被损坏。坎贝尔™ EDI组件的电源和管路连接参考下页图。

  6.5 接地

  组件本身通过电源线接地。

  由于水也导电,电流可通过水接地,应该在各个给水和出水水流安装三通,将一个导体通过三通与水流接触,并把该导体接地。

  如果水流接地不当可能引起电导率和电阻率仪读数不准。

  

EDI超纯水系统图

 

  6.6 电源连接和接线

  直流电源要适当地接到组件的正极和负极上。正极吸引阴离子,负极吸引阳离子。

  负极(-)为绿色

  正极(+)为红色或者白色

  地线为黄色

  6.7 螺母扭力

  组件在出厂以前,两端的螺母已扭好。组件在安装后,运行之前应当将螺母紧度再次调整到20 ft-lbs(2.76Kgf•m),最大不超过25 ft-lbs(3.45Kgf•m)。紧螺母程序可参考附录。

  第7章 组件的清洗及维护

  在运行中,如果将较差的给水引进组件,或者电源不足,就会增加维修工作量。

  给水中主要引起结垢的是TOC、硬度和铁。

  给水硬度较高将引起离子交换膜浓水侧结垢,而使纯水水质降低。给水硬度、溶解的CO2和高pH会加速结垢。可以用适当的酸溶液清洗污垢。清洗过程请参考附录。

  给水中的有机物污染,会在离子交换树脂和离子交换膜表面形成薄膜,因而将严重影响离子迁移速率,因此影响纯水水质。当发生此现象时,纯水室需用适当的清洗剂清洗。有机物清洗过程请参考附录。

  如果EDI组件在无电或给电不足的情况下运行,混床内离子处于离子饱和状态,纯水的纯度会降低。为了再生离子交换树脂,将水流通过组件,并慢慢增加电源供应电压,使被吸附的离子迁移出系统。树脂再生时,组件将通过比正常运行更多的电流。

  警告:如果电源没有过电流保护,注意不要超过电源的供电容量。

  电极连接器应该定期检查,以防由周围条件引起腐蚀或松弛,以免增加电阻,阻碍电流渡过,导致纯水水质下降。

  一段时间后,需重新设置螺冒松紧度。螺冒太紧将导致膜堆的变形,太松将导致内、外部泄漏。最大的扭力为25ft-lbs,旋转螺母应参考附录。

  如果组件外部需要清洗,请仅使用温和的清洁剂水溶液,不可使用溶剂。为了防止触电,在清洗之前,要确定电源已断开。清洗时还要注意以下几点:

  禁止使用丙酮或其他的溶剂。

  当电源开启时禁用水。

  擦洗时使用潮湿的布,可浸少量清洁剂。

  保护安全标签。

  8.1 开机准备

  1) 准备好数据表格和运行记录本,记录起始数据和观察到的任何现象。

  2) 通读坎贝尔™ EDI的设计与使用手册,并明确控制面板的内容。

  3) 完成所有的水管道和电路连接。

  4) 开机运行RO系统。在运行EDI之前,先将RO系统稳定运行一段时间,待水质稳定并能满足EDI入水要求之后,再准备EDI开机。

  5) 将电导率仪设定在40μS/cm,电阻率仪设定在适当位置,直流电压设定为“0”。

  8.2 组件启动

  1) 打开EDI 系统控制电源。

  2) 开启EDI给水泵,将纯水入水和浓水补水调节阀缓慢旋开。

  3) 观察EDI入水的电导率,超过设定值时自动排放,水质合格后入水电磁阀打开,排水电磁阀关闭。

  4) 开启EDI浓水循环泵,慢慢旋开浓水和极水调节阀。

  5) 对浓水、纯水和极水管道实行脉冲供水以进一步从EDI系统中排出空气。在启动时除去空气很重要,因为组件里的气体会影响流量和产品水电阻率。

  6) 将EDI 模块电源打开。应尽快启动电源供电,如果在供电前,过量的水被送到组件中,那么模块有可能要进行再生以达到水质要求。

  7) 调节使纯水压力和流量、浓水流量、极水压力和流量均达到设计范围。

  8) 检查纯水出口压力是否大于浓/极水的出口压力。

  9) 检查极水、浓水和纯水的压力损失是否大致正常。

  10) 检查浓水电导率是否正常。

  11) 慢慢旋动“电压调节”钮至规定电压。

  12) 观察纯水的产量及出水水质,水质超过设定值时,超标排放电磁阀自动打开。

  13) 检查组件的初始电流。初始电流一般要高于正常运行电流,多个组件并联时,两个组件的初始电流应当近似。

  14) 检查组件进出离子的物料平衡。如果正在再生则排出离子数多于进入的离子数,如果给电不足则相反。

  15) 检查所有开关装置、流量传感器,设置是否合理且正确信号被送到控制中心。

  16) EDI运行一个小时之后,水质、电流应趋于稳定。

  17) 记录电压、电流、进出水水质和产品水、浓水、极水的流量以及运行时间。

  18) 运行中如果出现过载保护,按下复位开关重新工作。如果过载保护频繁出现,应停机仔细检查,并对运行参数做适当调整。

  8.3 关机

  1) 将EDI 模块电源“电压调节”旋至“0”。

  2) 关闭有关阀门。

  3) 切断EDI给水泵、浓水循环泵的电源。

  4) 关闭EDI系统控制电源(SYSTEM POWER)。

  组件的故障处理

故障
可能原因
解决办法
产品水流量低
模块堵塞
参考附录清洗模块
阀门关闭
确认所有需要开启的阀门都正常开启
流量开关
检查流量开关是否设定正确、运作正常
进水压力低
判断原因,加以解决
 
 
 
电源极性接反
立即切断供电,核实接线
电压太低或太高
把直流电压调到规定范围
一个或多个模块没有电流或电流低
检查电路连接是否正确
电流太低
检查浓水的电导率是否过低
温度补偿不准确
校验电导率或电阻率表及其温度补偿
螺栓扭矩不够或不均匀
参考附录调整扭矩
离子交换膜结垢或污染
参考附录清洗模块
进水水质超出允许值
检查进水水质,CO2 是水质差的常见影响因素
浓水压力比给水和产品水压力高
重新设定浓水压力以获得0.30 到1.0 bar 的压差
给水流量不正常
把流量调到规定范围
浓水
电导
率低
回收率低
检查浓水排放量是否过大
进水电导率下降
浓水中加盐液以提高电导率
加盐装置
确保盐箱里有盐液,计量泵正常工作
模块压差高
模块堵塞
判别污染类别,按照相对应的流程清洗
流量过高
调节流量到规定范围
模块压差低
流量过低
调节流量到规定范围
浓水
流量
浓水循环泵
检查浓水循环泵是否运行正常
模块堵塞
参考附录清洗模块
阀门关闭
检查浓水出口阀
流量开关
检查流量开关的位置和接线
极水
流量
浓水循环泵
检查浓水循环泵是否运行正常
流量开关
检查流量开关的位置和接线
模块堵塞
参考附录清洗模块
阀门关闭
检查极水出口阀
  附录1: 浓水侧结垢酸清洗工艺

  建议:通过软化,尽可能减小给水的硬度,以最大限度减少EDI模块浓水侧结垢。

  注意:酸及阻垢剂的添加导致钙、镁离子和CO2穿过RO膜的量增加,并顺流至EDI内。软化的另一个好处是从RO给水中除去了铁和锰,延长了RO的寿命并防止了其对EDI的污染。

  辅助设备和消耗品:

  一台泵:流量0.5gpm(0.114m3/hr),压力30psi(21m),耐酸。

  两个塑料容器:5-10加仑。

  塑料管件/管。

  配方1:(药品彻底混合)

  这是一个简单、安全、商用的方案。一份用无机酸、有机酸和螯合剂配制的2%酸度的溶液。

  去离子水 5.0 L

  清力公司Diamite LpH清洗液 125 ml

  配方2: (药品彻底混合)

  这是一个仅使用有机酸的方案。一份5%弱酸溶液,pH约为9。

  去离子水 5.0 L

  柠檬酸 250 g

  配方3:(药品彻底混合)

  这个方案配制一份2.5%的强酸溶液,再加入一种非离子表面活性剂以协助除垢。这是三个方案中最强有力的一种。

  去离子水 5.0 L

  37%分析纯HCl溶液 350 ml

  酸洗流程:

  测量并记录通过极水室和浓水室的水流量和压力降,

  直排口(极水室与浓水室出水口)通向一个大小合适的耐酸废液回收池。

  将泵的出口连接到极水和浓水的入水口,调节流量为0.5gpm,压力为30psi。

  不要将酸打入淡水室,否则需用很长的运行时间来再生树脂。

  将泵的入口连接到装满上述一种清洗液的5加仑塑料箱里。

  用泵使清洗液循环清洗EDI 60秒,然后停泵用清洗液浸泡EDI 5分钟以上。

  当EDI内清洗液消耗完时再次启动泵清洗。

  避免将空气抽入EDI中。

  在清洗箱中装满去离子水,然后用泵来冲洗残留的清洗液。

  更换箱中去离子水,直到冲洗出水的TDS降至5ppm以下、pH在日常运行的范围内。此时测定并记录压力降、流量、pH和TDS。

  将清洗临时管路断开,恢复原样。

  在再生模式下运行EDI,直到离子进出平衡。

  在标准模式下运行EDI,直到出水品质恢复到正常水平。

  注意!安全混合酸液的步骤:先加水后加酸。

  附录2: 淡水侧有机物污染的表面活性剂清洗

  注意:

  有机物清洗液必须是单一的非离子表面活性剂,例如:

  去离子水 9.9 L

  Triton X(罗门哈斯),或其它商用的等效药品 100 ml

  流程:

  推荐:通过RO和RO预处理系统,最大程度减少入水TOC,使EDI内树脂的有机物污染降到最小。

  建议:在控制系统设计中采用三通阀门来避免清洗时用手断开EDI的管路。

  断开淡水进水口和产品水出水口管路连接。

  将一台化工输送泵的出口连接到淡水入水口,调整流量为0.5gpm,压力为30psi。

  将泵的入口连接到一个装满5加仑(19升)100 F(38℃)非离子表面活性清洗剂的箱子上。

  将产品水出囗连接到清洗箱里。

  用泵使清洗液循环清洗EDI 60秒,然后停泵用清洗液浸泡5分钟以上。

  当EDI内清洗液消耗完时再次启动泵清洗。

  在清洗箱中装满100F的去离子水,打开泵将残余清洗药液冲清洗干净。

  让至少20加仑室内温度的水循环冲洗EDI。如果冲出液TOC高于系统要求值,重复这一步骤。

  淡水入水囗和产品水出水囗恢复清洗前的连接

  运行系统4个小时,使清洗液全部排出。

  附录3: 重新设置XL系列EDI模块螺栓扭力矩

  螺铨扭力矩对EDI模块很重要。它不仅关系到维持内部压力以保证出水水质,而且关

  系到防止EDI模块的内部和外部泄漏。

  必须在EDI安装完之后、使用之前重新设置螺铨扭力矩。通常在产品水水质下降时要检查螺铨扭力矩。至少每三个月检查一次螺铨扭力矩,必要时作调整。

  下面是一个重新设置螺铨扭力矩用的插图。依图均匀地调整螺铨扭力矩,消除局部应力。每个模块共有20根螺铨,需要一个16mm的六角形扳手。

  依图示数字顺序将螺栓拧紧,每次增加的扭力矩不要超过2磅尺 (0.276Kgf•m) ,直到所有的螺栓的扭力矩都设置在20磅尺 (2.76Kgf•m)。调整次序图如下:

  

EDI超纯水设备

 

  附录4: 模块的除菌清洁过程

  对传统的离子交换床来说,最好也最简单的清洁方法是将树脂分离,然后再生。强酸和强碱可以杀灭细菌并清除其繁殖的场所。工作电压下的EDI模块不断地分解水,从而造成局部的pH很高或者很低。这种pH值有人认为能起到杀菌的作用,尤其在产品水侧。

  Millipore在1990年发表了关于这个课题的一个研究成果。他们发现每周清洗的RO-EDI系统能维持较低的微生物数量,EDI浓水侧的微生物数量与纯水侧相同。当中断清洁维护三个月时,浓水侧的微生物数量会上升,产品水侧则尚未污染。他们因而得出结论:EDI模块,特别是产品水侧起着杀菌的作用。

  易蒂艾公司认为,最好的清洁方法,是保持EDI组件不间断使用。这时,细菌不会繁殖,尤其在产品水侧。EDI系统,EDI装置,坎普尔EDI

  模块的除菌清洁方法

  EDI没有理想的清洁方法。清洁剂包括氧化型、离子型和有机型。有机清洁剂需要较长的冲洗时间以使出水的TOC符合要求。离子型清洁剂清洗后需要再生树脂。氧化型杀菌剂可降解树脂和膜,减短模块寿命。

  定期清洁可以用以下我们推荐的方法:

  1. 产品水侧用Triton-X表面活性剂清洁,之后需用水冲洗干净并使模块再生。

  2. 1%的Triton-x表面活性剂与20%USP级丙二醇(propylene glycol)混合清洗。

  3. 像清洗反渗透膜一样使用过氧醋酸。例如Minntech生产的Minncare杀菌剂。使用1%的Minncare循环清洗1小时。

  模块的长期停机保存

  我们推荐:用一种合适的杀菌清洁剂清洗,然后冲洗、排尽、将模块密封。启动时冲洗并再生。

  注意:我们虽然知道哪一种清洁剂可以控制细菌生长并且不会对EDI造成损害。但应该知道,任何一种药品都有一定的副作用。

  1%的Minncare 过氧醋酸效果不错。

  20%的丙二醇+1%Triton-x表面活性剂会防止细菌生长,但它对于长期保存的效果我们还不是太了解,而且这种方法需要长时间的冲洗,以除尽TOC。

  有机的杀菌剂可以用,但需要较长的冲洗时间,以除尽TOC。

  甲醛效果不错,但它是致癌物。

  氧化剂会损害模块,应避免使用。

  避免使用热溶液(80-90摄氏度),否则会损害阳基阴离子交换树脂和交换膜。

  附录5: 模块的再生过程

  当一个模块内部的树脂被离子消耗尽的时候,为了使模块在稳定状态下运行,这时需要再生。再生过程将树脂中多余的离子带出模块,通过在短时间内大幅度地改变系统操作参数,将树脂中多余的离子从淡水室迁移到浓水室,从而被浓水带出EDI组件。

  再生过程操作参数表

 

型号
纯水流量
(m3/h)
浓水流量
(m3/h)
再生电压
(V)
CP-500
0.3
0.09
80
CP-1000
0.7
0.21
150
CP-2000
1.6
0.48
280
CP-3000
3.0
0.90
400
  1. 按上表设置模块的纯水流量(模块流量的最低限)和浓水流量(给水流量的30%),设置极水流量

  为60 l/h。将电压按上表设置,或者设置为通常的150%-200%,然后运行模块。

  2. 再生过程中EDI产水水质开始会有所下降,随着再生的不断进行产水水质会缓慢回升。

  3. 继续运行1个小时后,将电压设置在日常操作值上(这一点非常重要)。

  4. 极水流量在整个过程中是相同的。

  5. 按正常操作条件运行EDI,此时模块被充分再生,出水水质恢复日常水平。

  注:以上仅供参考,可根据实际情况调整。

  离子交换树脂:由交联结构的高分子骨架(母体)与能离解的交换离子两个基本部分所构成的不

  溶性高分子电解质,有选择性地将水中的阴离子或阳离子用OH-或H+交换。

  离子交换膜:由离子交换树脂制成的膜,有选择地允许阳离子或阴离子透过。

  兆欧:(Megohmּcm,MΩ•cm)电阻率的度量单位,水的纯度的表示方法之一。在25°C时,绝对

  纯水的电阻率为18.24 MΩ•cm。

  电阻率:水对电流阻碍能力的电量度,该值随着离子浓度的降低而增大。

  pH :氢离子(H+)摩尔浓度的负对数。pH值范围为0~14。水在pH值为0-7时呈酸性,在pH值为7

  时呈中性,在pH值为7-14时呈碱性。

  极化:水在电流的作用下被分解成H+和OH-。在淡水室,当离子浓度较低时较多的水分子被电离,

  以保证一定的电流量。极化经常会引起pH值的波动。EDI就是利用水的极化来再生离子交换树脂的。

  PPM :一百万分之一。1ppm = 1毫克/升。

  盐:一种化合物,是阴离子和阳离子的结合物。

  TOC :有机碳的总数。水样中有机物含量的量度。单位为ppm或mg/L。

  供电电压:直流电施加于每个组件的阳极和阴极,该值与组件型号直接相关。

  电流值:通过每个组件的直流电流。该电流值的大小取决于反渗透给水中离子的浓度、水利用率

  、水分解的数量,与组件型号基本无关。

  组件电阻:供电电压除以电流值。

  供电要求:电源需要提供必要的电流和电压。

  电效率:理论上迁移离子需要的电流除以实际电流。

  给水:也称纯水,指进入淡水室转变成产品水的水流。

  淡水流 :从淡水室流出的产品水。

  浓水流:从离子聚集的浓水室流出的水,一般占给水的10%-30%。

  电极水流:从阳极和阴极室流出的废水。一般为给水的1-2%。

  回收率:产品水流量除以整个的给水流量。如果考虑到浓水返回前置RO,回收率一般为99 %。如

  果浓水被排放,回收率可为90%-95%。

  附录6: 术语汇编

  阳离子:一种带有一个或更多正电荷的离子(原子,或者原子团)例如Na+、NH4+和Ca2+。

  阴离子:一种带有一个或更多负电荷的离子(原子,或者原子团),例如Cl-、OH-和SO42-。

  阳极:带正电的电极。

  阳极电解液:阳极区水,包括阴离子和聚集在阳极的气体。

  阴极:带负电的电极。

  阴极电解液:阴极区水,包括阳离子和聚集在阴极的气体。

  浓水:通过浓水室并汇集了离子的水流。

  电导率:水的导电能力,取决于水中离子的浓度和水的温度。

  DC电压:直流电压。

  极水:通过两个电极区的水流。

  给水:进入 EDI组件的水。EDI给水一般是一级反渗透+软化或二级反渗透来水。

  GPM(gpm) :加仑/分钟,流量单位。1.0 gpm = 227 l/h, 4.4 gpm = 1.0 m3/hr。

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