电去离子技术防垢研究

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1、2008年12月新膜过程研究与应用研讨会论文集·133·电去离子技术防垢研究苏玉龙，王建友*，付林，任安娟(南开大学环境科学与工程学院，天津300071)摘要：利用浓水室填充适当比例阳树脂的EDI膜堆，对硬度为11．7rng／L(以CaC03计)的进水进行了实验研究．结果表明，这种特殊填充方式的EDI膜堆在高硬度进水的实验条件下，对于防止膜堆的结垢有其独特的优势，稳定产水14MQ·ClTI．这种特殊优化后的膜堆结构与其它改进方法相结合的新型EDI模块，有望拓宽对常规电去离子技术对硬度的进水要求．关键词：电去离子(EDI)

2、；硬度；离子交换树脂；水解离电去离子(Electrodeionization，简称EDI)，是一种将电渗析和离子交换有机结合的新型脱盐技术，具有连续运行、高效、稳定、无需酸碱再生等众多优点．目前，以电去离子(EDI)技术为核心的膜集成工艺已广泛的应用于制药、电子、电力、冶金等工业纯水、超纯水制备领域【1,2』。EDI膜堆对进水的要求十分苛刻[3]3，为了保证长期稳定的出水水质，硬度要求低于lmg／L(以CaC03计)，甚至更低．我国各地区水质差异较大，对于长江以北的许多地区的水体，硬度大、含盐量高，纯水制备成本也相应较高

3、．因而，拓宽EDI膜堆的进水条件，成为许多专家学者研究的热点【4,5]．笔者对常规EDI膜堆结构进行了优化，在浓水室填充合适比例的阴阳离子交换树脂．在以硬度为11．7mg／L(以CA033计)的原水作为EDI膜堆进水的研究中发现，这种优化的特殊EDI膜堆一定程度上可以大大减轻浓水室的结垢，达到了14MQ·enl稳定出水．1EDI膜堆的防垢原理电驱动膜过程隔室中填充阴阳离子交换树脂，是电去离子技术区别于电渗析最显著的宏观特征．在超纯水制备中淡水室中离子浓度极低，树脂起着离子传递“桥梁”作用，一般认为树脂的导电能力比溶液高2

4、～3个数量级【6】6，填充树脂可以大大降低膜堆电阻．浓水室溶液中离子浓度较高，填充树脂对降低膜堆电阻的影响并不明显．所以，常规EDI膜堆浓水室并不填充树脂．，，实验采用的膜堆与常规EDI膜堆结构最大的不同是，在膜堆的浓水室中也填充了一定比例的离子交换树脂，如图1．(+)阳极(一)阴极I图1EDI膜堆的防垢原理图1，浓水室与淡水室在结构上相似，但填充的树脂在离子形态、作用、机理上并不完全相同．由于浓水室液相中离子浓度高，填充的树脂并不发生水解离，而只是起到离子传递“桥梁”的作用．另一方面，阳离子交换树脂对钙镁的选择性远大于

5、钠离子，其选择系数为：收稿日期：2008—09—29基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2007AA062330)；天津市应用基础及前沿技术研究计划(06ⅥUMJC04800)；南开大学技术创新基金重大产业化计划(2006ZB0698)作者简介：苏玉龙(1982一)，男，硕士生，从事膜分离和水处理(su”ll∞簖008@126．∞m)．*通讯联系人(war洒y72@nankai．edu．m>·134·膜科学与技术2008年KNah=3～6；KNaMg=1～1．5钠型阳离子交换树脂对钙镁离子有较强的交换吸附能力

6、，就像一个“仓库”，可以吸附大量钙镁离子．淡水室中的钙镁离子在电场作用下，通过树脂床层迅速迁移，并通过阳离子交换膜迁移至浓水室．在浓水室中，钙镁离子并没有进入液相而是交换吸附到浓水室中的树脂上，从而大大降低浓水中的钙镁离子浓度，这对减轻结垢现象显然是有利的．树脂的这种“仓库”效应，在进水硬度较大，pH较高时，对减轻膜堆的结垢表现的尤其明显．2实验部分2．1实验试剂及检测仪器无机盐，分析纯；甲基磺酸，钙标液，镁标液(国家标准物质研究中心)；HANNAEC215电导率仪／在线检测仪；ThermoOrion868pH测试仪催线

7、检测仪；DXl20离子色谱，戴安公司(美国)．效膜面积160cm2(7．2crfl×22．5crn)；淡水室为薄隔板(3mm)；阳树脂001×7，阴树脂201×7，凝胶型，南开大学化工厂；3361一BW，3362一BW异相膜，上海化工厂；阳极板钛镀钌；阴极板不锈钢．2．3膜堆运行方式及流程2．3．1运行方式EDI膜堆采用三进三出运行方式，浓水不加盐，不循环．EDI膜堆原水为一级反渗透水加入钙镁无机盐配制而成，ca2+3mg／L，M孑+1mg／L，咒(Ca)：T／(Mg)=1．8：1，总硬度为11．7mg／L(以CaC03

8、．计)，电导率32～33弘S／em．2．3．2实验流程自来水一超滤(UF)一活性炭一保安过滤一反渗透(R0)一加盐储罐一电去离(EDI)一产品水．3结果与讨论2．2实验装置实验在相同的操作条件下，考察了工，Ⅱ，Ⅲ，3EDI膜堆，自制．一级两段，四个膜对；单张膜有种不同膜堆的性能，表1．表1膜堆运行条件3．1EDI的p