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电去离子(Electrodeionization,简称EDI)在超纯水生产中获得日益广泛的应用。与混床EDI(mixed-bed EDI)相比,分层床EDI(layered-bed EDI)过程能够提高单位膜面积产水量,改善安全和稳定性。而目前对分层床EDI过程的研究十分缺乏,亟待深入。本文以制备超纯水的分层床EDI过程为研究对象,系统考察了各种因素对该过程分离性能的影响。
实验采用自行设计的一级一段厚隔室(淡化室厚度10mm)分层床EDI膜堆,以反渗透产水为原水制备超纯水。通过过程的电压.电流、产水电阻率、浓缩水电导率的变化,验证淡化室隔板设计的适用性,分析各种不同的操作条件及离子交换树脂类型、填充方式对过程的影响并进行优化。
通过对不同结构的比较,筛选出了适宜的淡化室隔板设计。该隔板能够在保证淡化室内流体均匀分布的同时,有效避免各层树脂床的混合,以实现离子的深度脱除。
分层床EDI过程产水电阻率随膜堆电压增大而增加;随淡水流量、回收率、原水电导率的降低而提高。对本实验体系,当原水电导率5-20μs·cm-1之间时,适宜的膜堆电压大于35V,淡水流量36L/h,回收率90%。
分层床EDI中混合层离子交换树脂的填充存在一个较适宜的比例,过高或过低的比例均造成产水电阻率下降,以阳树脂:阴树脂为60:40(体积)的比例填充能够实现离子的深度脱除;离子交换树脂交联度降低可以提高产水电阻率;大孔型树脂的产水电阻率低于凝胶型树脂。
采用改进的膜堆结构,在优化的条件下进行长期超纯水制备实验。膜堆产水电阻率大于17MΩ·cm,单位有效膜面积产水量在5.5×10-5ma/(cm2·h)以上,吨水电耗不超过0.7KW·h。实验表明,分层床EDI过程产水电阻率高、处理量大且能耗较小,是具有良好应用价值的超纯水生产技术。