摘要：中国从21世纪初开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国家的大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产业化重点发展专项计划，我国还没有大规模应用EDI技术，与UF和RO等膜技术研究相比，EDI技术研究滞后。而国内水处理技术市场很大，并且发展很迅猛。因此，研究开发和应用EDI技术十分必要。
关键词：反渗透、EDI优越性
1 反渗透技术
反渗透（简称RO，是英文Reverse Osmosis的缩写）是一种膜分离技术，现在已经广泛应用于化工、电力和苦咸水的淡化等领域的水处理技术中。
1.1 反渗透技术的基本原理
把相同体积的稀溶液(如淡水)和浓液(如海水或盐水)分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压，渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度，与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反（如下图），这一过程称为反渗透。
反渗透装置净化水的过程属物理过程，在一定压力下，溶于水中的各种物质包括分子和离子被截留在反渗透膜的一侧，水分子渗透到反渗透膜的另一侧，从而实现了对水的过滤净化。通常一级反渗透的回收率控制在75％，除盐率可以达到98％左右。在除盐水处理系统中，通常以反渗透设备作为预除盐装置，以离子交换设备作为除盐装置，这种组合方式较为经济合理。
1.2工艺流程:
通过原水箱收集原水，采用了增压泵进行水压辅助，原水通过增压水泵输送到石英砂过滤器、活性碳过滤器和阳离子软化器进行初步的水处理，经过预处理的水在经过精密过滤器(又称保安过滤器)后进入反渗透主机，进行反渗透处理，反渗透主机是主要的纯净水处理系统。
1.3 市场使用情况
在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20%;据保守的统计，1999年工业反渗透膜元件的市场供应量为8英寸膜6000支，4英寸膜26000支。2000年和2001年的市场更为强劲，膜用量一年比一年有较大幅度的提高。据估算，反渗透技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。
国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。
2 反渗透优点
2.1反渗透可以从苦咸水中提取淡水；
2.2反渗透容易去除有机物、细菌和胶体及溶于水中的其它杂质，获得高纯度的水；
2.3反渗透在常温不发生相变的条件下，可以对溶质和水进行分离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化的分离方法相比，能耗较低；
2.4反渗透作为一种浓缩方法，能回收溶解在溶液中有价值的成份；
2.5反渗透利用低压作为膜分离动力，因此分离装置简单，操作、维护和自控简便，现场安全卫生；
2.6反渗透自动化程度高，工作量低，结构紧凑，占地小，从而降低费用；采用离子交换除盐设备 结构庞大，数量多，占地面积大，投资费用大。
2.7反渗透膜分离技术杂质去除范围广。
2.8含盐量高，水量大的情况下反渗透膜处理方式较为经济，操作简单、酸碱耗小、运行周期长、环境污染小。需要除盐水的工艺，一般采用单级反渗透加两级混床或双极反渗透加单级混床，出水满足二级除盐水或一级除盐水的标准。采用离子交换除盐设备酸碱用量大，再生次数频繁，用工业水量大，自用除盐水用量也很高。采用反渗透设备的一级反渗透回收率为75％，可大幅度降低酸碱用量，节约生水和除盐水。采用离子交换除盐设备系统每年酸碱费远远高于反渗透设备进行生产锅炉补给水每年酸碱费。
3 EDI优越性
3.1 EDI工作原理
电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下,通过隔板的水中电介质离子发生定向移动,利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。电渗析器的一对电极之间,通常由阴膜,阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列,构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜,阴离子可透过阴膜).淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜,被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜,被浓室中的阳膜截留,这样通过淡室的水中离子数逐渐减少,成为淡水,而浓室的水中,由于浓室的阴阳离子不断涌进,电介质离子浓度不断升高,而成为浓水,从而达到淡化,提纯,浓缩或精制的目的。
自来水中常含有钠、钙、镁、氯、硝酸盐、矽等溶解盐。这些盐是由负电离子(负离子)和正电离子(正离子)组成。反渗透可以除去其中超过99%的离子。自来水也含有微量金属，溶解的气体(如CO2)和其他必须在工业处理中去除的弱离子化的化合物(如矽和硼)。
交换反应在模组的纯化学室进行，在那里阴离子交换树脂用它们的氢氧根据离子(OH)来交换溶解盐中的阴离了(如氯离子C1)。相应地，阳离子交换树脂用它们的氢离子(H)来交换溶解盐中的阳离子(如Na)。
在位于模组两端的阳极(+)和阴极(-)之间加一直流电场。电势就使交换到树脂上的离子沿着树脂粒的表面迁移并通过膜进入浓水室。阳极吸引负电离子(如OH，CI)这些离子通过阴离子膜进入相临的浓水流却被阳离子选择膜阻隔，从而留在浓水流中。阴极吸引纯水流中的阳离子(如H，Na)。这些离子穿过阳离子选择膜，进入相临的浓水流却被阴离子膜阴隔，从而留在浓水流中。当水流过这两种平行的室时，离子在纯水室被除去并在相临的浓水流中聚积，然后由浓水流将其从模组中带走。在纯水及浓水中离子交换树脂的使用是ElectropupreEDI技术和专利的关键。一个重要的现象在纯水室的离子交换树脂中发生。在电势差高的局部区域，电化学反应分解的水产生大量的H和OH。在混床离子交换树脂中局部H和OH的产生使树脂和膜不需要添加化学药品就可以持续再生。
3.2 EDI优点
3.2.1无需酸碱再生: 在混床中树脂需要用化学药品酸碱再生， 而EDI则消除了这些有害物质的处理和繁重的工作。保护了环境。
3.2.2连续、简单的操作: 在混床中由于每次再生和水质量的变化，使操作过程变得复杂，而EDI的产水过程是稳定的连续的， 产水水质是恒定的，没有复杂的操作程序，操作大大简便化。
3.2.3降低了安装的要求:EDI系统与相当处理水量的混床相比，有较不的体积，它采用积木式结构，可依据场地的高度和窨灵活地构造。 模块化的设计， 使EDI在生产工作时能方便维护 。
3.3 EDI市场使用情况
3.3.1电厂化学水处理;
3.3.2电子、半导体、精密机械行业超纯水;
3.3.3食品、饮料、饮用水的制备;
3.3.4小型纯水站，团体饮用纯水;
3.3.5精细化工、精尖学科用水;
3.3.6其他行业所需的高纯水制备;
3.3.7制药工业工艺用水;
3.3.8海水、苦咸水的淡化;
3.4市场分析
EDI技术出现，更进一步降低了运行成本，无酸碱消耗，对环境不造成任何污染，使我们真正进入绿色水处理的时代，且能耗少，每产水3.8m3/h，耗电1kw。目前，市场上常用的多为国外产品，如Ebara、Orgamo、Nomura、Nippon Rensui和Elga。但其共同特点是费用高。所以本产品如进行市场开拓，肯定会有良好的发展前景。其经济效益和社会效益都会异常显著。
3.5环保价值
EDI技术的最大特点是用电场和离子膜取代离子交换树脂的化学再生，使RO-EDI纯水系统在设备结构、使用操作、运行费用等方面与RO2混床相比具有明显优势;并克服了再生树脂所产生的废水排放问题。
(1)EDI与RO配套使用,可调节电流以改变出水质量，用标准模块组合改变出水量。十多年的商业应用表明，该系统在100磅/平方英寸(7kg/cm2)压力下运行稳定，出水电阻率可达到16M8·cm以上，含Si量在20ppb以下，水质可靠，能满足目前最严格的工业用水质量要求，出水量可高达2000加仑/分(450立方米/小时)。
(2)EDI不用再生树脂，免除了树脂化学再生配套设施(如酸碱贮罐、泵和管道)使纯水系统设备结构简化，投资节省，操作简化，运行费用降低。
(3)技术经济比较还表明，EDI比混床系统更能适应进水中TDS变化而不影响出水质量，而且对制水成本影响很小。
(4)EDI环境效益显著，表现在二个方面:①克服了树脂化学再生造成的废水污染;②EDI排放的浓水可直接回到RO之前再利用，这样EDI单元可以做到没有废水排放。
由于EDI上述优点，EDI技术和产品发展很快。其应用不仅在制药、造纸、化工、发电等工业部门，而且还应用于其他领域。事实上，EDI已在国际上形成稳定市场，并在不断拓展。随着环境意识的加强和环保要求的提高，与需要化学再生而产生大量废水污染的传统混床相比，EDI技术将倍受青睐。
结束语
国外已有日产水量10万吨级的反渗透海水淡化装置，目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单机能力为日产水量6000吨。国内已建和在建的反渗透海水淡化装置日产水量350-1000吨，国外单段反渗透海水淡化的水利用率最高达45%，国内多为35%，另外国内渔船上装载的反渗透海水淡化膜多用直径为2.5英寸的小型膜元件。目前国内批量生产海水淡化装置的公司不超过10家，在河北建设的日产水量18000吨的"亚海水"脱盐装置是国内最大的使用海水淡化膜的反渗透装置。今后国内海水淡化膜的应用将进入一个新时期，不久的将来，我国也会建设日产水万吨级的海水淡化装置。此外国内已开始商业生产海水淡化反渗透膜元件。
而我国还没有大规模应用EDI技术，与UF和RO等膜技术研究相比，EDI技术研究滞后。而国内水处理技术市场很大，并且发展很迅猛。因此，研究开发和应用EDI技术十分必要。
论文作者:杨飞鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：反渗透论文; 离子论文; 阳离子论文; 技术论文; 酸碱论文; 溶液论文; 树脂论文; 《电力设备》2019年第7期论文;