影響EDI脫鹽設備運行的因素分析

肖成成

（重慶鋼鐵股份有限公司能源環保部，重慶 401254）

前言

填充床電滲析器（EDI）(Electerodeionization)是一種在電滲析器淡室及隔板中裝填陰、陽樹脂的新型處理裝置。EDI脫鹽技術是水處理工業的一場成本革命，取代了傳統離子交換除鹽工藝，是生產高純水的無污染水處理新工藝。

該脫鹽技術在重鋼首次使用，應用在重鋼新區一級除鹽水的深度處理中，處理后可生產出供焦化干熄焦高壓鍋爐使用的二級除鹽水（超純水）。EDI脫鹽設備全進口，價格昂貴，一旦設備使用不當出現故障，整個二級除鹽水處理系統只能停產，待設備運往國外修復返還后才能復產，此問題嚴重威脅到焦化干熄焦高壓鍋爐的安全用水。因此，對EDI脫鹽設備在運行使用過程中出現的一些影響運行的因素進行分析論述就顯得十分必要。

1 EDI脫鹽設備工作機理

EDI 脫鹽設備采用的是電滲析法進行脫鹽，在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子透過，陰膜只允許陰離子透過），使水中陰、陽離子作定向遷移，從而發生離子從水中分離的物理化學過程。

圖1 為EDI 電滲析脫鹽原理示意圖。在陰極和陽極之間，將陽膜與陰膜交替排列，并用特制的隔板將這兩種膜隔開，隔板內有水流的通道。進入淡室的含鹽水，在兩端電極接通直流電源后，即開始了電滲析過程，水中陽離子不斷透過陽膜向陰極方向遷移，陰離子不斷透過陰膜向陽極方向遷移，結果是，含鹽水逐漸變成淡化水。而進入濃室的含鹽水，由于陽離子在向陰極方向遷移中不能透過陰膜，陰離子在向陽極方向遷移中不能透過陽膜，于是，含鹽水因不斷增加由鄰近淡室遷移透過的離子而變成濃鹽水【1】。

2 工藝流程

重鋼新區EDI 工藝流程見圖2。重鋼新區二級除鹽水處理系統中設置有2 套EDI 裝置，模塊采用LXM45Z-1型，每套EDI裝置出水能力25 m3/h，每套裝置配置有5個模塊，每個模塊的產水量5 m3/h。

圖1 電滲析脫鹽原理示意圖

圖2 重鋼新區EDI工藝流程圖

3 影響EDI脫鹽設備運行的因素

從EDI脫鹽設備的工作機理上分析，在運行使用過程中，影響EDI 使用效果的主要有進水水質、壓力、流量、操作方式、電壓等幾個方面因素。下面針對這幾個方面因素對EDI 運行的影響進行分析論述。

3.1 進水水質對EDI運行的影響

EDI運行對進水水質要求較高（見表1），一般在EDI 的前處理中，需設置反滲透（RO）膜組對原水進行預處理，本工藝中經過一級RO 和二級RO 的產水即是預處理后作為EDI進水的原料水。

表1 EDI進水水質參數表

EDI 裝置于2010 年3 月份正式投產運行，目前已運行10 年時間，采取的是電流恒定的運行方式，模塊運行穩定。前處理設備一級RO 膜組、二級RO膜組實際產水水質見表2。

表2 二級RO產水水質表

從表2 看，EDI 前處理后的水質各項指標均能滿足EDI 進水水質要求。但水質波動會直接影響EDI 運行參數變化，主要表現為電壓直線升高。對于水質波動的情況若未及時發現，嚴重的會導致EDI模塊發生無法修復損壞。常見的進水水質波動主要是溫度和pH。

(1)pH 波動。EDI 進水pH 值一般應保持在8.3以上，實際運行中重鋼EDI 進水pH 值一般在9.3 左右。當pH 值降低于8.3 以下時，模塊電壓明顯升高。

(2)溫度波動。溫度影響EDI模塊產水量。冬季EDI模塊產水量一般會降低20%左右。

3.2 壓力對EDI運行的影響

EDI 運行時，最大進水壓力應不大于0.7 MPa，正常流量時的壓降范圍應是0.14～0.21 MPa。壓力的變大變小，都將造成對EDI使用效果的影響。

(1)進水壓力過大將減少EDI 設備的使用壽命。當EDI的進水壓力過大時，將導致EDI模塊內憋壓，模塊容易被壓變形，造成機械性的損傷，影響設備的使用壽命。

(2)進水壓力過小將影響EDI 的產水流量。當EDI 的進水壓力過小時，將直接導致淡水室的產水量下降。另外，還將使濃水室內濃離子無法被完全清除，致使濃水室內的填充樹脂結垢、堵塞，影響模塊的使用效果。

(3)產水壓力對EDI 模塊的影響。EDI 淡水產水壓力應比濃水出水壓力高0.01～0.03 MPa 。若出現濃水壓力比淡水高的情況，即濃水室壓力高于淡水室壓力，長期運行將導致模塊變形，影響產水水質。因此要求在工程設計時注意濃水出水管徑與路由設置，確保濃水出水口低于淡水出水口。重鋼原設計EDI 濃水出水口比淡水出水口高近3 m，導致濃水壓力始終高于淡水壓力，無法達到要求，在調試時為了達到壓力要求，需將淡水出水口徑減小，影響了系統產水能力。為此，改造后，降低了濃水出水口位置并加大了管徑，提高了系統產水量，達到設計指標。

3.3 流量對EDI運行的影響

EDI 運行時，進水及產水流量會隨著模塊使用時間的延長逐漸降低，原因是EDI運行時間久后，模塊內填充的樹脂中會存在結垢、堵塞的情況，造成模塊的產水量下降。

（1）當發現EDI的淡水產水流量下降時，應準備對模塊進行在線藥劑清洗以恢復其產水量。

（2）EDI淡水進水流量不宜過大，流量過大將增加模塊的脫鹽負荷，導致淡水產水水質不合格。

（3）EDI濃水進水流量不宜過大，流量大對濃水室內的離子去除效果較好，但濃水室的壓力隨之升高，將造成對淡水室的擠壓，容易使模塊變形。故濃水產水量應控制在3 m3/h左右。

3.4 操作方式對EDI運行的影響

EDI 運行過程中，操作方式尤為重要。EDI 在啟動、運行、停止時，應注意以下幾個方面的操作要求：

（1）啟動EDI設備時，應檢查設備與直流電源保證正確連接。

（2）排盡EDI設備內的死水。啟動設備后，將不合格產水排放，再啟動電源，切勿在設備未通水的情況下通電。

（3）調整EDI 直流電流在2.5 A 左右，調整好電流后應保持不變。在實際運行過程中EDI的運行電流應保持不變，電壓將隨著電阻的增加而增大。隨著EDI 運行時間的延長，進水水質的變化，EDI 運行電流可做適當的調整。

（4）停設備時，應將殘留在設備的死水排放，避免細菌在殘留的死水中生長堵塞模塊。

（5）當某一個EDI模塊出現電源故障時，可暫時將其他的模塊電源供給該模塊，并聯使用，此時應將該模塊電源電流增加一倍，調整至5.0 A。以次類推，但單個直流電源所帶模塊不應大于5 個。此種情況在設備運行過程中已出現過，通過并聯方式很好地解決了已壞模塊的電源問題。

（6）運行人員應嚴格按照EDI 設備操作規程進行操作，一旦出現誤操作將造成對EDI設備的損壞，帶來較大的經濟損失。

3.5 電壓對EDI運行的影響

EDI運行中，電流不變，電壓隨著電阻的增加變大，但外界提供給EDI 模塊直流電源電壓的波動將影響EDI產水水質。

（1）若外界直流電源電壓變大，EDI產水水質不變，但電能耗量大，將加速EDI陰極和陽極的電極反應，對電極造成急速的腐蝕。

陰極還原反應為：H2O→H++OH-，2H++2e→H2↑

陽極氧化反應為：H2O→H++OH-，4OH-→O2↑+2H2O+4e 或2Cl-→Cl2↑+2e

（2）若外界直流電源電壓變小，EDI產水水質下降。原因是EDI 模塊內電阻不變，即對離子透過陰膜或陽膜的阻力不變，而外界提供的直流電壓降低，濃鹽水中的部分離子將無法透過陰膜或陽膜，故產水水質將下降。

（3）隨著EDI設備的運行，模塊內顆粒污染物的積聚結垢堵塞、樹脂的失效或滋生細菌對模塊的堵塞，都將引起EDI 去除離子的電阻增大，運行電壓隨之升高。當堵塞達到一定程度，EDI的產水水質將大幅下降、產水量減小，電壓將升高至極限。

（4）啟動或停止EDI 設備時，EDI 模塊內若無水有電，將可能導致電源短路情況的發生。

針對以上問題，對EDI 運行電壓提出以下幾個方面的注意事項：

（1）EDI運行過程中，應保持外界電源電壓的穩定。若出現外界電源不穩定情況，應停止使用EDI設備，以免造成對設備的損壞。

（2）啟動或停止EDI設備時，對EDI模塊須做到先通水再通電或先斷電再斷水，防止電源短路，損壞模塊。

（3）EDI 運行過程中，應觀察、記錄其流量、壓力、產水電阻、壓差等參數情況。若出現產水水質下降或電壓升高或產水壓降升高的情況，應及時對EDI 模塊進行藥劑清洗，避免EDI 模塊超負荷運行可能引發的無法修復的后果。

4 結論

EDI 脫鹽設備在運行使用過程中，受各方面因素影響，只有全面了解各種因素對EDI運行的影響，才能找出運行過程中出現的一些不正常狀況的原因，進而對其予以處理。本文對影響EDI 運行的這5 個常見因素：進水水質、壓力、流量、操作方式及電壓進行了理論性地分析論述，并提出了相應的解決方法和注意事項。為運行人員全面了解掌握EDI脫鹽設備的運行規律和處理問題的方法提供借鑒。