EDI技术在电厂水处理中的应用

韩凤丽

摘 要：EDI装置是一种新型的电厂水处理设备，本文介绍了EDI装置的工作原理及在我厂的运行状况，它与反渗透联合使用能制出纯度很高的水，可使出水电阻率高达15mΩ/cm以上。如果系统设计合理、运行监测维护得当，都能达到理论使用年限。重点介绍了EDI设备在运行中出现的问题及处理的方法。

关键词：EDI原理；EDI模块寿命；运行；问题及处理

近年来，水处理的应用技术取得了跨越式的发展，重要标志是膜技术的大量应用。微滤、超滤、反渗透和电除盐是目前水处理领域中最为常用的四种膜分离技术。电除盐技术的应用源于20世纪90年代，是将传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合，它既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足。由于EDI模块通过电能迁移杂质离子的能力有限，因而EDI装置只能用于处理低含盐量的水（总含盐量<50mg/L），故安装在RO装置之后。EDI装置属于精处理水设备，一般多组成预处理、反渗透、EDI装置的超纯水处理系统，取代传统水处理工艺的混合离子交换设备，不需酸碱再生、无再生废液排放、节能环保。EDI的出水水质能满足锅炉用水对电导率、硬度和硅的要求。

水处理工艺的进化过程：

预处理→阳离子交换→阴离子交换→混床

预处理→反渗透→混床

预处理→反渗透→EDI

1 EDI工作原理

根据浓水处理方式，可将EDI装置分为浓水循环式和浓水直排式两类，这里主要介绍浓水循环式EDI。

EDI模块由淡水室、浓水室和极水室组成，系统流程如图1。淡水室内填充混合离子交换树脂，给水中的离子由该室除去；淡水室和浓水室之间装有阴（阳）离子交换膜，淡水室中阴（阳）离子在两端电极作用下不断通过阴（阳）离子交换膜进入浓水室；H2O在直流电能的作用下分解成H+和OH-，使淡水室中混合离子交换树脂时刻处于再生状态，因而一直保持有交换容量，而浓水室中的含阴阳离子的浓水不断地排走。因此EDI 在通电状态下，可以不断地制出纯水，其内填的树脂无需使用工业酸、碱进行再生。EDI的每个制水单元均由一组树脂、离子交换膜和有关的隔网组成。每个制水單元并联起来，与两端的电极组成一个完整的EDI设备。

EDI 与常规的离子交换床的不同之处，主要在于再生方法上。前者由于直流电能的作用使H2O分解成H+和OH-，使树脂随时处于再生状态，后者需使用传统的工业酸碱再生，要使用一套单独的酸碱再生系统。

EDI在使用过程中，浓水室中水的电导率会很快超过300μS/cm，为了促进水的流动，浓水室的水通过离心泵进行循环，这称为浓水循环。同时为了防止浓水中难溶盐达到沉积状态，需要连续地从浓水室中排掉一部分水，而从EDI 给水中补充进一部分。从浓水循环中排出的水可以返回至RO预处理的入口。

EDI模块的水流过程如图2。进水一分为二，大部分水由模块下部进入淡水室中进行脱盐，小部分水作为浓水循环回路的补充水。浓水从模块的浓水室出来后，进入浓水循环泵入口，经升压后送进入模块的下部，并在模块内一分为二，大部分水送入浓水室内，继续参与浓水循环，小部分水送入极水室作为电解液，电解后携带电极反应的产物和热量而排放。为了避免因浓水的浓缩倍数过高而出现结垢现象，运行中将连续不断地排出一部分浓水。其化学基本过程包括电渗析、离子交换和电化学再生三个过程。电化学再生是利用电渗析极化作用下水电离产生的H+和OH-ˉ对离子交换树脂进行电化学再生；电渗析过程是交换树脂内的离子向电极方向迁移，通过离子交换膜进入浓水室。极水室发生如下电化学反应： 阳极反应：2Cl-ˉ-2e=Cl2↑ 4OH--4e=O2↑+2H2O

阴极反应：2H++2e=H2↑

2 我厂EDI设备运行状况

我厂发电二分场是东北地区电力行业最早使用EDI进行化学制水的单位，自2006年至今已有8年的运行和维护经验，从EDI模块的使用年限看运行维护水平，在回收率、出水电阻率和二氧化硅基本能保证要求的情况下，都超过了理论使用年限（见下表）。说明我厂的EDI设备从预处理、EDI日常运行中的调整、监督、措施以及化学清洗是可行的。

我厂发电二分场为四期扩建工程2×135MW双抽凝汽式供热机组，2×440t/h循环流化床锅炉。锅炉补给水量115.2t/h（冬季采暖期最大），锅炉补给水处理系统出力124t/h，原水为自来水。采用盘式过滤器-UF-双级RO-EDI处理方式，设计产品水质量：SiO2≤20ug/L ，电阻率>10mΩ·cm ， YD=0umol/L。

工艺流程：自来水→盘式过滤器→蒸汽混合式加热器→升压泵→超滤循环泵→超滤装置（UF）→超滤水箱→ 一级反渗透高压泵→ 一级反渗透装置→缓冲水箱→二级反渗透高压泵→二级反渗透装置→渗透水箱→EDI升压泵→EDI保安过滤器→EDI装置→除盐水箱→除盐水泵至厂房。

EDI装置模块为美国E-CELL公司生产，每套由18个MK-2ST的模块组成，出力为2×62m3/h。

EDI运行水质指标：

进水 硬度 YD umol/L <1.0

二氧化硅 SiO2 ug/L ≤500

电导率 DD us/cm <65

出水 二氧化硅 SiO2 ug/L ≤20

电阻率 ρ MΩ·CM >10

浓水 电导率 DD us/cm 150-200

整机及单个模块电压 V <600

单个模块电流 A <4.5

3 EDI运行中出现的问题及处理

我厂四期化学水处理设备EDI装置于2006年10月份投入运行，投运初期各项指标均正常，到2007年2月中旬发现出力降低，产水电阻率降低、二氧化硅升高，经多方面查找原因，调整设备，均得不到解决，而且出力继续下降，出水指标得不到好转。在这种情况下，我们联系了供货安装厂家，经专业人员仔细考虑，建议进行化学清洗。

3.1 存在问题

系统出力由最初的60t/h左右降低到52t/h左右，产水流量有所降低；系统的浓水循环流量由最初的25t/h左右降低到目前的16.2t/h左右，下降较为明显。

3.2 分析原因

运行过程中模块可能积累一些污染物，造成模块的浓/淡室污堵，导致浓水循环流量一定程度的降低。

3.3 清洗的目的

就是去除这些在运行过程中积累的污染物使浓室循环流量得到一定程度上的恢复。

3.4 清洗方法

由于无法准确判断污染物的种类和污染程度，供货厂家人员决定采用酸+化学清洗剂清洗、连续冲洗、碱+化学清洗剂清洗、连续冲洗、电再生进行甄别和判断。

3.5 污染状况分析及化学清洗效果

由于在酸洗过程中从极水排放流量计中没有观察到有气泡出现，说明系统没有结垢或结垢轻微；在碱洗过程中，碱洗液没有发生变色混浊等现象说明系统在运行过程中没有出现严重的有机物污染和微生物污染；在清洗过程中发现有黑色细小颗粒；化学清洗后运行数据没有明显改善，系统的流量没有得到恢复。从此次化学清洗及再生过程的现象和数据来看，此次化学清洗没有达到预期效果。但根据冲洗过程中有黑色细小颗粒判断可能有机械污染。经专业人员收集样水后，送沈阳化工研究所化验证实为管道衬胶颗粒。经检修人员拆卸开反渗透水箱至EDI升压泵入口的管道后，检查发现衬胶管道的橡胶粉末脱落，进入EDI装置内部造成膜块内部污堵，运行出力下降。

3.6 采取措施

为彻底防止此类污染事件发生，我们采取了两项措施：

（1）在EDI装置入口前安装了2u的精密保安过滤器。

（2）将原来的衬胶管道更换成不锈钢管道。

至2007年7月产水流量由刚投运时的60t/h降至38.2t/h。2007年8月至2008年3月陆续分次将EDI模块返厂维修。经厂家维修鉴定，赤峰热电厂模块主要问题是衬胶管路的橡胶粉末脱落造成模块的淡室隔板、濃室隔板、极室板发生污堵造成模块的进水压力升高、产水流量下降，具体污染情况见下图：

系统维修前的运行指标见下图：

系统维修后的运行指标见下图：

EDI系统维修前后的具体指标如下：

说明：维修后的系统为16个模块，标准系统和维修前系统均为18个模块。剩下的两个模块是由于其中一个模块过热烧毁，另一个的进出水管在运输过程中折断，所以维修后的指标为16个模块的运行指标。

经厂家维修后运行指标恢复正常。在随后运行的几年里，我厂没有在发生类似污堵事件，严格执行《EDI操作手册》，使EDI模块寿命超过了理论使用年限。

4 结论

通过这些年的运行实践表明，EDI装置的出水完全能满足锅炉对水质的需要。它具备很多优点：产品水电阻率高水质稳定、能连续制水、容易实现全自动控制、不使用酸碱再生、产水率高、节能减排、设备单元模块化、维修方便、可灵活的组合各种流量的净水设备等，正确地操作和维护它至关重要。以下几点必需注意：

序号 单位 维修前状况 维修后状况 标准系统

指标

淡水进水压力 KPa 440 290 290

浓水进水压力 KPa 400 270 270

浓水出水压力 KPa 100 60 60

产水出水压力 KPa 200 100 100

淡水进水流量 M3/h 44.2 63.2 68.8

浓水循环流量 M3/h 11.2 22.4 25.

产水流量 M3/h 38.2 55.4 60

极水排放流量 M3/h 1.8 1.8 1.8

浓水排放流量 M3/h 2.2 6 7

运行电流 A 20 30-40 30-40

运行电压 V 260-320 260-320 260-320

浓水循环电导率 us/cm -120-180 120-180 120-180

进水电导率 us/cm 7-13.5 7-13.5 7-13.5

产水电阻率 mΩ·cm 11.5-14.5 11.5-16. 11.5-16

1、EDI膜块长期在大电流，小流量运行，积聚的热量得不到散发，造成EDI接近两极的膜片发热变形，EDI浓水压差增大，水质和水量都不同程度的下降。

2、EDI膜块长期没有清洗保养，EDI的膜片和通道结钙镁垢，进出水压差增大，造成产水水质下降，电压上升，电流无法调节，最终无法使用。

3、EDI膜块长期没有清洗保养或长期停机没有保护，EDI的膜片和通道滋生有机物，进出水压差增大，造成产水水质下降，电压上升，电流无法调节，最终无法使用。

4、采用不合理的清洗和消毒药剂，直接导致EDI树脂损坏和破碎，进出水压差增大，造成产水水质和水量全部下降。

5、EDI系统手动运行时，在缺水状态下加电，直接导致膜片和树脂的发热碳化，清洗无效，无法使用。

6、EDI进水前无保安滤器，直接导致异物堵塞EDI通道，进出水压差增大，造成产水水量严重下降，清洗无效。

如果系统设置合理、运行监督维护得当，都能达到理论使用年限。

参考文献

1、周柏青主编的《全膜水处理技术》 中国电力出版社

2、《EDI操作手册》 北京天元恒业水处理工程技术有限公司