从EDI的实验与工程应用于开展机理探讨

摘要：电去离子（Electrodeionization，简称EDI），是离子交换混合床和电渗析相结合的一种新型膜分离技术。它体现了混床和电渗析的优点，并克服了它们各自的缺点，可连续地制取高纯水，而不需酸碱再生。

关键词：EDI 混床 电渗析 纯水

电去离子（Electrodeionization，简称 EDI），是离子交换混合床和电渗析相结合的一种新型膜分离技术。它体现了混床和电渗析的优点，并克服了它们各自的缺点，可连续地制取高纯水，而不需酸碱再生。

　　本文在公司中试车间 EDI装置进行实验探索和对承建水站工程中 EDI的运行工况总结分析的基础上，对 EDI的工作原理和运行操作开展探讨，不妥之处请批评指正。

　　一. 工作原理

　　1. 在电渗析中，溶液中电解质离子的迁移是籍对流、分子扩散和电迁移实现的。

　　式中：

　　J：一秒内通过一平方厘米假设平面的离子数

　　V：一秒内通过一平方厘米假设平面的液体体积

　　ΔC：离子的浓度差，负号是离子由浓度高处向低处扩散

　　F：法拉弟常数

　　T：绝对温度

　　C：离子的克分子浓度

　　D：扩散系数

　　Z：离子的电荷

　　E：外加直流电压

　　R：气体常数

　　对于水一类的液体，传质过程中膜面液体的分子扩散层厚度大约是流体力学中滞流层厚度的十分之一。根据流体力学理论，在最合理的结构、理想的溶液和理想的搅拌条件下，滞流层是只能减薄而不可能消灭的，故分子扩散层更不会有所变化。由此可见，电渗析中的对流和分子扩散的作用是有限的，应从增加电迁移着手。

　　2. 在除盐室中充填离子交换树脂来增加电迁移。

　　在 EDI中，离子从溶液到膜面的电迁移有二条途径，一是由溶液到膜的直接电迁移Is，一是由溶液通过离子交换树脂到膜的电迁移Ir。

　　I＝Is＋Ir

　　通过溶液的电流Is和通过离子交换树脂的电流Ir之比例，取决于溶液和树脂电导的比例。

　　在固体物理学中，有关电解质离子在固体电解质中的电迁移是这样阐述的“它与水溶液一样是离子传导而不是电子传导”。离子交换树脂是一种在立体结构的高分子基础上接上离子交换基团的高分子固体电解质，它具有固定基团和一个带相反电荷能交换扩散的反离子。树脂的电导是指树脂外电解质溶液中的离子，可以凭借树脂的解离离子传导电流的一种行为。001×7磺酸型苯乙烯阳离子交换树脂的比电阻大致在300Ω·cm。在电解质溶液和树脂等电点时的溶液浓度约为0.02克当量。也就是说，倘若溶液中离子浓度越低于该值，电迁移就越在树脂中进行。

　　3. 离子交换树脂的最优化

　　在 EDI中，离子交换树脂的作用是巨大的，所以应特别重视树脂的选用。

　　(1) 应采用介离度的磺酸型阳树脂和季胺型阴树脂。

　　水是二性电介质。在 EDI中，水有自身电离作用，H₂O＝H^＋＋OH^－。产生的OH^＋和OH^－具有重大的作用，首先是使树脂转变为OH型和H型，其次是树脂的再生型能和弱离子反应，形成迁移。

　　在 EDI除盐室中，离子反应使弱离子得到去除*1。

　　CO₂＋OH^－→HCO₃^－ PKa＝6.4

　　HCO₃^－＋OH^－→CO₃^-2 PKa＝10.3

　　SiO₂＋OH^－→HSiO₃^－ PKa=9.8

　　NH₃+H⁺→NH₄⁺ PKa=9.2

　　H₃A_SO₄+OH^－→H₂A_SO₄^－ PKa₁=2.18

　　H₂A_SO₄^－+OH^－→HA_SO₄^－2 PKa₂=6.77

　　HA_SO₄^－2+OH→A_SO4^－3 PKa3=11.23

　　(2) 用100μ的均粒树脂比常规40目～60目树脂为好。优点是装填密度大、脱盐率高、产水量大。见图一*2。

　　(3) 除盐室中的树脂必须装填密度，使树脂紧密接触以减少树脂表面水层和防止树脂乱层。

　　4. 离子交换膜的优化：

　　在 EDI中，除盐室中的纯水在ppt范围，而浓水室中的