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EDI(电去离子)和CEDI(连续电去离子)技术到底有什么区别
2024-07-03 新伟环保

EDI:全称Electrodeionization,英文直译电去离子,又称连续电除盐技术。本质上是将电渗析技术离子交换技术融为一体,通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用,在电场的作用下实现水中离子的定向迁移,从而达到水的深度净化除盐,并通过水电解产生的氢离子和氢氧根离子对装填树脂进行连续再生。

CEDI:全称Continuous Electrodeionization,英文直译连续电去离子技术。其基本原理跟EDI类似,但是跟一般EDI不同的是,CEDI在浓水室(甚至极水室)也填放了离子交换树脂。基于上述的区别CEDI不需要浓水循环(不是回流前段工艺的回用工艺),属于EDI的改进版本。


二、EDI和CEDI系统区别

从上述基本定义,我们可以发现,其实EDI和CEDI的结构基本相同,只是在浓水室和极水室(非全部CEDI)填充上有所区别,技术本质上都基于电渗析和离子交换技术。

EDI(电去离子)和CEDI(连续电去离子)技术到底有什么区别(图1)

电渗析工作原理图

EDI和CEDI的基本结构跟上述电渗析(ED)基本结构其实是一样的,中间间隔排列着一组一组的淡水室和浓水室,两侧各有一个极水室。

其中EDI系统主要在淡水室填充离子交换树脂,来完成脱盐和再生,结构如下图:

EDI(电去离子)和CEDI(连续电去离子)技术到底有什么区别(图2)

EDI工作原理图

而CEDI不仅在淡水室填充了离子交换树脂,还在浓水室甚至极水室(俗称树脂全填充技术),结构如下图:

EDI(电去离子)和CEDI(连续电去离子)技术到底有什么区别(图3)

CEDI工作原理图

基于上述EDI和CEDI结构上的区别,简单概括起来两者存在以下几个方面的区别:


EDI系统

CEDI系统

浓水室

填充精盐(高纯度NaCl),通过盐水循环降低膜组电阻值;浓水电导率在200-400μs/cm之间

填充离子交换树脂,通过离子交换降低膜组电阻值,不需要浓水循环;浓水电导率在20-100μs/cm之间

极水室

1-2%的极水排放;阳极极水产生氯气,阴极极水产生氢气和氧气

无极水排放

管路

6个进出水口(纯水室、浓水室、极水室);浓水室需要循环泵回流

4个进出水口(纯水室、浓水室极水室共用);浓水室不需要循环泵回流

回收利用

浓水回流预处理水箱;极水需要开放管路收集处理或外排

浓水回流预处理水箱或中间水箱(两级RO系统,回流至一级RO水箱亦可)

其他

共用电源模块,单模块故障容易造成系统停运,需要PLC程控。

独立电源模块,氮模块故障不影响剩余模块运转,程控简单。


三、结论

其实简单而言,EDI和CEDI除了在极水外排及浓水循环方面有一定的区别以外(外观上最大的区别就是进出水口6和4的区别),在工作原理、产水水质、应用场景等方面都没有很大的区别。

大部分人都不会刻意去区别EDI和CEDI,典型的原西门子(懿华)LXM系列就属于CEDI技术,而苏伊士的E-cell系列就是典型的EDI技术,虽然前者口碑也很不错,但是后者显然市占率更高。至于厂商之间商业行为造成品牌归属问题,好像并不影响大家习惯称呼,一般还是称呼西门子EDI,陶氏膜之类的,就是另外一个问题了。


四、附录:EDI/CEDI的影响因素和控制手段

①进水电导率的影响

在相同的操作电流下,随着原水电导率的增加,EDI对弱电解质的去除率减小,出水的电导率也增加。

如果原水电导率低则离子的含量也低,而低浓度离子使得在淡水室中树脂和膜的表面上形成的电动势梯度也大,导致水的解离程度增强,极限电流增大,产生的H+和OH-的数量较多,使填充在淡水室的阴、阳离子交换树脂的再生效果良好。

因此,需对进水电导率进行控制,使EDI进水电导率小于40us/cm,可以保证出水电导率合格以及弱电解质的去除。


②工作电压、电流的影响

工作电流增大,产水水质不断变好。

但如果在增至最高点后再增加电流,由于水电离产生的H+和OH-离子量过多,除用于再生树脂外,大量富余离子充当载流离子导电,同时由于大量载流离子移动过程中发生积累和堵塞,甚至发生反扩散,结果使产水水质下降。

因此,必须选择适当的工作电压、电流。


③浊度、污染指数(SDI)的影响
EDI组件产水通道内填充有离子交换树脂,过高的浊度、污染指数会使通道堵塞,造成系统压差上升,产水量下降。

因此,需进行适当的预处理,RO出水一般都满足EDI进水要求。


④硬度的影响

如果EDI中进水的残存硬度太高,会导致浓缩水通道的膜表面结垢,浓水流量下降,产水电阻率下降,影响产水水质,严重时会堵塞组件浓水和极水流道,导致组件因内部发热而毁坏。

可结合除CO2,对RO进水进行软化、加碱;进水含盐量高时,可结合除盐增加一级RO或纳滤来调节硬度的影响。


⑤TOC(总有机碳)的影响

进水中如果有机物含量过高,会造成树脂和选择透过性膜的有机污染,导致系统运行电压上升,产水水质下降。同时,也容易在浓缩水通道形成有机胶体,堵塞通道。

因此,在处理时,可结合其他指标要求,增加一级R0来满足要求。

⑥Fe、Mn等金属离子的影响

Fe、Mn等金属离子会造成树脂的“中毒”,而树脂的金属“中毒”会造成EDI出水水质的迅速恶化,尤其是硅的去除率迅速下降。另外,变价金属对离子交换树脂的氧化催化作用,会造成树脂的永久性损伤。

一般来说,运行中控制EDI进水的Fe低于0.01mg/L。


⑦进水中C02的影响

进水中CO2生成的HCO3-是弱电解质,容易穿透离子交换树脂层而造成产水水质下降。
进水前可用脱气塔进行去除。

⑧总阴离子含量(TEA)的影响
高的TEA将会降低EDI产水电阻率,或需要提高EDI运行电流,而过高的运行电流会导致系统电流增大,极水余氯浓度增大(CEDI不存在余氯问题,但TEA过高对系统的综合影响是客观存在的,在电子领域CEDI工艺后面往往还加上强碱性阴离子交换树脂工艺),对极膜寿命不利。

除了上面这8个影响因素,进水温度、pH值、SiO2以及氧化物亦对EDI系统运行有影响。

EDI进水水质要求

项 目

指标

项 目

指标

项 目

指标

电导率(μS/cm,25℃)

≤40

pH值

5-9

进水压力/MPa

0.15-0.5

总硬度(mg/L,以 CaCO3计)

<1.0

硅/(mg/L)

<0.5

水温/℃

4 -45

溶解性有机物/(TOC,mg/L)

<0.5

余氯/(mg/L)

<0.05

铁、锰/(mg/L)

<0.01

硫化物/(mg/L)

<0.01






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