張克峰
（山東建筑工程學院，山東 濟南250014）

　　摘　要：連續電再生離子交換系統（EDI）將電滲析技術和離子交換技術結合起來，無需酸、堿再生。其工作原理是系統中陰、陽離子交換樹脂對水中離子的吸附交換、在電場作用下離子的定向遷移以及離子交換樹脂的平衡再生。
　　關鍵詞：給水處理；脫鹽水；電滲析；離子交換
　　中圖分類號：TU991.26
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）02－0009－02

　Study on the Mechanism of Electrodeionization in Demineralization
ZHANG Ke-feng
(Shandong College of Architectural Engineering, Jinan 250014,China)

　　Abstract:EDI(Electrodeionization)system combines electrodialysis with ion exchange technology. The system adsorbs and exchanges ions in water woth anion and cation ion exchange resin. Under the electric field force oriented migration of ions and balanced regeneration of ion exchange resin do without the regeneration with acid and base.
　　Keywords:feedwater treatment; demineralized water; electrodialysis; ion exchange

1 EDI技術

　　EDI（連續電再生離子交換系統）將電滲析技術和離子交換技術巧妙結合，取長補短，構成一種獨特的水的除鹽技術。EDI結構如圖1所示。它以電滲析裝置為基本結構，在陰膜和陽膜之間裝填強酸陽離子交換樹脂和強堿陰離子交換樹脂，使陽膜和陰膜間形成混床。該技術提高了除鹽速度，無需酸堿而自動平衡再生，是水處理技術的一項重大變革。

2 EDI除鹽原理

　　EDI是電滲析和混床的結合，故先分析電滲析及混床的除鹽原理，進而分析EDI除鹽原理。
2.1 電滲析除鹽原理
　　電滲析是在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子透過，陰膜只允許陰離子透過），使水中陰、陽離子作定向遷移，從而達到離子從水中分離的一種物理化學過程。
2.2 混床除鹽原理
　　將陰、陽離子交換樹脂按一定比例均勻混合組成交換器的樹脂層，即成為混合床，簡稱混床。由陰、陽離子交換樹脂緊密接觸，混床可以看作是無數微型復床除鹽系統串聯而成。以強酸、強堿樹脂組成的混床反應過程如下^[1]：

　　

2.3 EDI除鹽原理
　　EDI工作過程如圖1所示，在電場、離子交換樹脂、離子交換膜的共同作用下，完成除鹽過程。
2.3.1 離子交換
　　含鹽水進入EDI后，首先與離子交換樹脂進行離子交換，改變了流道內水溶液中離子的濃度分布。由于離子交換樹脂對水中某種離子的優先交換或優先吸附性能，即離子的交換選擇性，在淡水室流道內離子的分離存在著一定順序。表1和表2為凝膠型樹脂的選擇系數值^[2]。

表1 強酸陽離子交換樹脂選擇系統的近似值 K_H^Na 1.5-2.0 K_Li^Na 2.0 K_H^K K_H^NH4 2.5-3.0 K_Na^Ca 3-6 K_Na^K 1.7 K_Na^Mg 1.0-1.5

表2 強堿阻離子交換樹脂選擇系浸透的近似值 K_Cl^NO3 3.5-4.5 K_Cl^SO4 0.11-0.15 K_Cl^Br 3 K_CO3^HSO4 2-3.5 K_Cl^F 0.1 K_NO3^SO4 0.04 K_Cl^HCO3 0.3-0.8 K_OH^Cl Ⅰ型10-20 K_Cl^CN 1.1 　 Ⅱ型1.5

　　由表1、表2可以看出，在EDI淡水室流道內，離子交換樹脂將根據選擇系數及離子濃度對水中離子成分按一定順序進行交換吸附。
2.3.2 離子遷移
　　在EDI中，離子交換只是手段，不是目的。在直流電場作用下，使陰、陽離子分別作定向遷移，分別透過陰膜和陽膜，使淡水室離子得到分離。在流道內，電流的傳導不再單靠陰、陽離子在溶液中的運動，也包括了離子的交換和離子通過離子交換樹脂的運動，因而提高了離子在流道內的遷移速度，加快了離子的分離。
2.3.3 離子交換樹脂的再生
　　在淡水室流道內，陰、陽離子交換樹脂因可交換離子不同，有多種存在形態，如R₂Ca、R₂Mg、RNa、RH、R₂SO₄、RCl、RHCO₃、ROH等。離子交換樹脂的再生是在電場作用下離子遷移及進水中離子共同完成的。如，對于R₂Ca陽離子交換樹脂的再生，存在以下各式的逆反應。

　　

　　對于R₂SO₄陰離子交換樹脂的再生，存在以下各式的逆反應。

　　

　　對于其它不同可交換離子的陰、陽離子交換樹脂也存在類似的再生過程。
2.3.4 除鹽與再生的平衡
　　EDI中，離子交換、離子遷移和離子交換樹脂的再生是同時進行的。當進水離子濃度一定時，在一定電場作用下，離子交換、離子遷移和離子交換樹脂的再生達到動態平衡，使離子得到分離。如圖2所示。

3 EDI的應用

3.1 純水制取L藝的發展
　　純水的制備，過去的幾十年中以離子交換法為主。隨著膜技術的發展及工業化應用，膜法配合離子交換法制取純水成為現代水處理的主流。EDI技術的成功及其工業化應用，則是純水制備的一項變革。
　　以下為純水制取工藝的發展變革。
　　過去水處理工藝：原水預處理→復床→混床→純水（需大量酸堿再生，嚴重污染環境）。現代水處理工藝：原水預處理→RO或ED→混床→純水（需酸堿再生，污染環境）。
　　革新水處理工藝：原水預處理→RO→EDI→純水（連續電除鹽，無需化學藥品再生）。
3.2 EDI技術的適用場合
　　EDI作為電滲析和離子交換結合而產生的技術，主要用于以下場合：
　　①在膜脫鹽之后替代離子交換單元制取純水；
　　②在離子交換系統中替代混床；
　　③在原水含鹽量低的場合，與其它手段結合可作預脫鹽；
　　④用作半導體等沖洗水的回收處理。
　　EDI技術與混床、ED、RO相比，可連續生產，產水品質好，制水成本低，無廢水、化學污染物排放，有利于節水和環保，是一項對環境無害的水處理工藝。
3.3 EDI應用實例
　　某印染集團鍋爐補充用水。

參考文獻：

　　[1] 嚴熙世，范瑾初.給水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.427—429.
　　[2] 許保玖.給水處理理論[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.498—505.

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　　作者簡介：張克峰（1964－），男，山東魚臺人，副教授，在讀博士，主要從事水處理和建筑給水排水方面的研究，電話（0531）6417371。