電去離子技術(shù)防垢研究

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1、2008年12月新膜過程研究與應(yīng)用研討會(huì)論文集·133·電去離子技術(shù)防垢研究蘇玉龍，王建友*，付林，任安娟(南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300071)摘要：利用濃水室填充適當(dāng)比例陽樹脂的EDI膜堆，對硬度為11．7rng／L(以CaC03計(jì))的進(jìn)水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．結(jié)果表明，這種特殊填充方式的EDI膜堆在高硬度進(jìn)水的實(shí)驗(yàn)條件下，對于防止膜堆的結(jié)垢有其獨(dú)特的優(yōu)勢，穩(wěn)定產(chǎn)水14MQ·ClTI．這種特殊優(yōu)化后的膜堆結(jié)構(gòu)與其它改進(jìn)方法相結(jié)合的新型EDI模塊，有望拓寬對常規(guī)電去離子技術(shù)對硬度的進(jìn)水要求．關(guān)鍵詞：電去離子(EDI)

2、；硬度；離子交換樹脂；水解離電去離子(Electrodeionization，簡稱EDI)，是一種將電滲析和離子交換有機(jī)結(jié)合的新型脫鹽技術(shù)，具有連續(xù)運(yùn)行、高效、穩(wěn)定、無需酸堿再生等眾多優(yōu)點(diǎn)．目前，以電去離子(EDI)技術(shù)為核心的膜集成工藝已廣泛的應(yīng)用于制藥、電子、電力、冶金等工業(yè)純水、超純水制備領(lǐng)域【1,2』。EDI膜堆對進(jìn)水的要求十分苛刻[3]3，為了保證長期穩(wěn)定的出水水質(zhì)，硬度要求低于lmg／L(以CaC03計(jì))，甚至更低．我國各地區(qū)水質(zhì)差異較大，對于長江以北的許多地區(qū)的水體，硬度大、含鹽量高，純水制備成本也相應(yīng)較高

3、．因而，拓寬EDI膜堆的進(jìn)水條件，成為許多專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)【4,5]．筆者對常規(guī)EDI膜堆結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在濃水室填充合適比例的陰陽離子交換樹脂．在以硬度為11．7mg／L(以CA033計(jì))的原水作為EDI膜堆進(jìn)水的研究中發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)化的特殊EDI膜堆一定程度上可以大大減輕濃水室的結(jié)垢，達(dá)到了14MQ·enl穩(wěn)定出水．1EDI膜堆的防垢原理電驅(qū)動(dòng)膜過程隔室中填充陰陽離子交換樹脂，是電去離子技術(shù)區(qū)別于電滲析最顯著的宏觀特征．在超純水制備中淡水室中離子濃度極低，樹脂起著離子傳遞“橋梁”作用，一般認(rèn)為樹脂的導(dǎo)電能力比溶液高2

4、～3個(gè)數(shù)量級【6】6，填充樹脂可以大大降低膜堆電阻．濃水室溶液中離子濃度較高，填充樹脂對降低膜堆電阻的影響并不明顯．所以，常規(guī)EDI膜堆濃水室并不填充樹脂．，，實(shí)驗(yàn)采用的膜堆與常規(guī)EDI膜堆結(jié)構(gòu)最大的不同是，在膜堆的濃水室中也填充了一定比例的離子交換樹脂，如圖1．(+)陽極(一)陰極I圖1EDI膜堆的防垢原理圖1，濃水室與淡水室在結(jié)構(gòu)上相似，但填充的樹脂在離子形態(tài)、作用、機(jī)理上并不完全相同．由于濃水室液相中離子濃度高，填充的樹脂并不發(fā)生水解離，而只是起到離子傳遞“橋梁”的作用．另一方面，陽離子交換樹脂對鈣鎂的選擇性遠(yuǎn)大于

5、鈉離子，其選擇系數(shù)為：收稿日期：2008—09—29基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2007AA062330)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃(06ⅥUMJC04800)；南開大學(xué)技術(shù)創(chuàng)新基金重大產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃(2006ZB0698)作者簡介：蘇玉龍(1982一)，男，碩士生，從事膜分離和水處理(su”ll∞籪008@126．∞m)．*通訊聯(lián)系人(war灑y72@nankai．edu．m>·134·膜科學(xué)與技術(shù)2008年KNah=3～6；KNaMg=1～1．5鈉型陽離子交換樹脂對鈣鎂離子有較強(qiáng)的交換吸附能力

6、，就像一個(gè)“倉庫”，可以吸附大量鈣鎂離子．淡水室中的鈣鎂離子在電場作用下，通過樹脂床層迅速遷移，并通過陽離子交換膜遷移至濃水室．在濃水室中，鈣鎂離子并沒有進(jìn)入液相而是交換吸附到濃水室中的樹脂上，從而大大降低濃水中的鈣鎂離子濃度，這對減輕結(jié)垢現(xiàn)象顯然是有利的．樹脂的這種“倉庫”效應(yīng)，在進(jìn)水硬度較大，pH較高時(shí)，對減輕膜堆的結(jié)垢表現(xiàn)的尤其明顯．2實(shí)驗(yàn)部分2．1實(shí)驗(yàn)試劑及檢測儀器無機(jī)鹽，分析純；甲基磺酸，鈣標(biāo)液，鎂標(biāo)液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)；HANNAEC215電導(dǎo)率儀／在線檢測儀；ThermoOrion868pH測試儀催線

7、檢測儀；DXl20離子色譜，戴安公司(美國)．效膜面積160cm2(7．2crfl×22．5crn)；淡水室為薄隔板(3mm)；陽樹脂001×7，陰樹脂201×7，凝膠型，南開大學(xué)化工廠；3361一BW，3362一BW異相膜，上?；S；陽極板鈦鍍釕；陰極板不銹鋼．2．3膜堆運(yùn)行方式及流程2．3．1運(yùn)行方式EDI膜堆采用三進(jìn)三出運(yùn)行方式，濃水不加鹽，不循環(huán)．EDI膜堆原水為一級反滲透水加入鈣鎂無機(jī)鹽配制而成，ca2+3mg／L，M孑+1mg／L，咒(Ca)：T／(Mg)=1．8：1，總硬度為11．7mg／L(以CaC03

8、．計(jì))，電導(dǎo)率32～33弘S／em．2．3．2實(shí)驗(yàn)流程自來水一超濾(UF)一活性炭一保安過濾一反滲透(R0)一加鹽儲罐一電去離(EDI)一產(chǎn)品水．3結(jié)果與討論2．2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)在相同的操作條件下，考察了工，Ⅱ，Ⅲ，3EDI膜堆，自制．一級兩段，四個(gè)膜對；單張膜有種不同膜堆的性能，表1．表1膜堆運(yùn)行條件3．1EDI的p