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电去离子技术去除弱电解质的影响因素

[导读] 对 ED I去除弱电解质(CO2、SiO2)的影响因素进行了试验研究,探讨了其去除机理。 结果表明: 进水电导率增大和弱电解质含量增加都会降低 EDI对弱电解质的去除率; 进水 CO2 含 量对产水电导率影响较大

电去离子 ED I技术是用于生产高(超)纯水的 新型膜分离技术,与离子交换相比,它具有能连续运

行、出水水质稳定、无需化学药剂再生等优点[ 1、2] 。 也有资料报道 EDI更大的优点是对一般工艺较难

去除的弱电解质有较高的去除率[ 3] 。然而,各 EDI 生产厂家对 ED I进水 CO2、SiO2 等弱电解质的含量 作了严格的规定 (一般要求 CO2 <5 mg /L, SiO2 < 0 . 5mg /L) ,说明 ED I去除弱电解质是在一定的条 件下进行的。为此,探讨了 ED I技术去除弱电解质 的影响因素及机理。

 1 试验装置及方法 试验装置如图 1所示。

系统产水量为 0 . 5 ~ 1 . 0 m3 /h,在线监测电导 率(电阻率)、压力、流量、温度,设有浓水循环和加 盐装置,由 PLC控制运行。 原水为地下水,反渗透(RO)处理出水电导率为 19. 7 μ S /cm、CO2 含量为 31mg /L、SiO2 含量为 0 . 52 mg /L、pH值为 5 . 1。 RO出水经除碳器去除 CO2 后 进入中间水箱,再由加压泵打入 ED I装置。通过改 变除碳器的通风量可获得不同的 CO2 去除率,在中 间水箱内可通过加碱调节 pH 值或加硅溶液(高纯 石英砂高温溶融后用热水浸取制得)调节 SiO2 含 量,以考察 EDI对弱电解质(CO2、SiO2)的去除效果 和影响因素。 CO2 采用 multi N /C TC /TOC仪测定,硅的测定 采用硅钼蓝分光光度法。 

2 结果与讨论 

2.1 进水电导率对弱电解质去除效果的影响 除碳器出水 CO2 含量为 5 . 3mg /L, SiO2 含量为 0 . 52 mg /L, pH 值为 6 . 1,通过投加 N aCl改变进水 电导率,在淡水流量为 500 L /h、浓水流量为 200 L /h (其中排放量为 85 L /h)、极水流量为 80 L /h、进水 水温为 14 . 5 ℃、ED I操作电流为 2 A的条件下,考

察了进水电导率对弱电解质去除效果的影响。结果 表明,随着进水电导率的增大则 EDI对弱电解质的 去除率降低,且对 SiO2 的影响大于对 CO2 的影响。 这说明 EDI去除水中离子的效果与电解质的离解 度有关,即电离度越小,其越难去除(25 ℃时 H2CO3 的离解常数为 4 . 2 ×10- 7,H2 SiO3 的离解常数为 1 . 7 ×10- 10)。另一方面,由于强阴树脂的选择性吸附 顺序一 般 为[ 4 ] :SO24 >NO 3 >C l- >HCO 3 > HSiO 3 ,强电解质浓度必然会影响弱电解质的去除 效果。根据试验,只有控制进水电导率 <40 μ S /cm, 才可能获得较高的产水质量和弱电解质去除率。 2.2 进水弱电解质含量对去除效果的影响 ED I进水中 CO2、SiO2 含量对出水水质的影响 分别见图 2、3。由图 2和图 3可以看出,随着进水弱电解质含 量的增加则其去除率下降,而且影响到 ED I产水电 导率。其中 CO2 含量对出水电导率影响较大,当进 水 CO2 含量增加到 10 mg /L以上后出水电导率 >0 . 2 μ S /cm,已不能满足一般工业(如电力)用高纯 水要求,以后随着含量的增加, ED I出水电导率急剧 上升,说明进水 CO2 含量增大还影响到对强电解质 的去除效果。进水 SiO2 含量的增加对出水电导率 的影响相对较小,但 SiO2 浓度增大易产生硅垢,特 别是 EDI浓水室在电场作用下又加剧了这种结垢, 进而会影响到 ED I装置的长期稳定运行。因此,必 须严格控制 ED I进水的弱电解质含量。根据试验, 进水 CO2 和 SiO2 应分别控制在 10 mg /L和 1mg /L 以下。 2.3 进水pH 值对弱电解质去除效果的影响 在进水 CO2 含量为 11mg /L的条件下,通过投 加 N aOH 调节 pH 值,考察 pH值对 CO2 去除效果的 影响; 在 CO2 含量为 5 . 3mg /L、SiO2 含量为 3 . 4mg /L 的条件下,考察 pH 值对 SiO2 去除效果的影响,结果 如图 4所示。

由图 4可以看出, pH 值对弱电解质去除效果 的影响非常显著,这与 pH 影响弱电解质电离平衡 有关。在调节进水 pH过程中弱电解质已部分转化 为 HCO 3 和 HSiO 3 ,其中 CO2 在 pH值为 6~ 8之间 转化较快(pH 值为 8 . 35时已全部转化) ,在此区间 pH 值对 CO2 的去除率影响较大,当 pH 值为 8时 ED I对 CO2 的去除率就达到了 100%。影响 SiO2 去 除的 pH值范围为 6 ~ 9 . 5,这与 pH 值对 SiO2 聚合 速度的影响一致。由于过高的 pH 值会加剧硅和其 他高价金属离子的结垢,因此当进水为酸性时适当 提高 pH值(最好控制在 8以下)有利于弱电解质的 去除,特别是在以 CO2 为主要影响因素时,这种作 用更有效。 

2.4 操作电流对弱电解质去除效果的影响 在进水电导率为 19 . 7 μ S /cm、CO2 含量为 5 . 3mg /L、SiO2 含量为 0 . 52 mg /L的条件下,考察了操 作电流对弱电解质去除效果的影响。结果表明,当 操作电流 <2 A时,其对弱电解质去除效果的影响 较大,随着操作电流的增大则弱电解质去除率迅速 提高,此后再增大电流对弱电解质去除率的提高无 明显促进作用,这与 EDI产水电导率的变化规律相 似。其原因是: 随着操作电流的增加则淡室内水解 离程度增大,对树脂的电再生效果提高,在强电解质 去除率提高的同时对弱电解质的去除率也提高; 当 操作电流达到一定值以后,因水中离子减少,树脂的 交换吸附与电再生达到平衡,对弱电解质的去除率 也就基本不再变化。 2.5 流量对弱电解质去除效果的影响 控制操作电流为 2 A,考察了进水流量对弱电 解质去除效果的影响,结果见图 5。

图 5 流量对弱电解质去除效果的影响

图 5表明,流量增大则弱电解质去除率降低, 而且对去除 SiO2 的影响大于对 CO2 的影响。经分 析其原因是: 在操作电流一定的条件下,流量增加则 意味着强电解质离子转移需要更多的电流,导致弱 电解质所能获得的离解机会和迁移数减少,其去除 率也就降低了。这种影响同样与弱电解质的离解度 有关。 3 去除弱电解质机理 ED I对水中离子的去除基于三个过程: 电渗析 过程、离子交换过程和树脂的电化学再生过程。而 对于弱电解质的去除而言,其必须先电离为离子态 才能完成以上三个过程。在强电解质大量存在的情 况下, EDI首先进行的是电渗析和离子交换过程,只 有当强电解质迁移到较低的浓度后,才会发生水的 解离(产生的 H+和 OH -用于树脂的电化学再生) , 且强电解质浓度越低则水解离程度越高,树脂获得







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