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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膜分离过程,近年来,反渗透(RO)+电去离子(EDI)已在很大程度上取代传统离子交换混床,成为新一代高纯水清洁生产工艺。然而由于EDI过程的复杂性,对于淡化室中不同离子的竞争传递机理研究很少有文献涉及,进而导致EDI组件性能,包括分离效率、能耗、稳定性各方面均存在不足,制约了EDI技术的发展。本文对EDI淡化室不同位置处电流分布和离子交换树脂层谱进行研究,有助于阐明EDI离子传递的机理,有重要的理论和应用意义。 本文采用自制的EDI膜堆,其电极由四块面积相等的小电极片构成,各小电极片在相同电压时得到的电流各不相同,即为EDI的电流分布。通过改变操作电压、进水电导率和淡水流量等条件,分别对混床和分层床EDI膜堆从开机到稳定状态时的电流分布情况进行研究,考察各因素对电流分布的影响;同时对比两种膜堆在相同操作条件下的产水电阻率和电流分布趋势,比较二者性能差异;通过分析稳定状态下混床膜堆淡化室树脂的反离子型态,考察不同强电解质离子和弱解离物质在淡化室流动方向上各位置处的传递差异。 研究结果表明:混床EDI膜堆沿水流流动方向第一段树脂均为盐型,电流密度较低;第二段脱除一价离子及发生少量水解离现象,电流密度稍大;第三段脱除CO2等弱解离组分,电流密度低于第四段。分层床EDI膜堆的强化传质层只进行少量离子迁移,电流密度很小,再生阴树脂层和抛光层电流密度较大。在本文条件下,混床EDI各区域电流密度均高于分层床EDI,分层床EDI膜堆的产水电阻率小于混床EDI膜堆。 原水电导率、淡水流量的增大,使失效层和工作层的水解离程度减小,电流密度降低,保护层变化不大。操作电压的提高,使膜堆淡化室内水解离程度增大,各段的电流密度值均出现不同程度的增大。 由于EDI过程中离子竞争传递、反向扩散及操作条件等因素,混床EDI膜堆淡化室流动方向各位置树脂层均存在Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-、Cl-等强电解质离子;CO2等弱解离物质主要在水解离区域即沿流动方向的第三、四段被脱除。 本文的研究表明改善EDI电流分布,能够提高分离效率,降低能耗,从而开发高性能EDI组件;而各种强电解质离子和弱解离物质的传递呈现复杂的互相影响和制约,进而影响EDI电流分布,尚需通过深入的探讨以阐明其机理。