摘要：本文通過介(jie)紹(shao)EDR的脫鹽(yan)及(ji)防垢機理，提出(chu)了EDR在RO制造純水工(gong)藝的應用流程(cheng)，分(fen)析(xi)了流程(cheng)的技術特點(dian)，經濟價值和可(ke)操作性。

關鍵詞：電滲析(xi)（ED）、頻繁倒極電滲析(xi)（EDR）、反滲透(tou)（RO）、純凈水(shui)

隨著科學(xue)技術(shu)的(de)(de)(de)發展，人(ren)們(men)物(wu)質(zhi)(zhi)生(sheng)活水(shui)(shui)平的(de)(de)(de)不(bu)斷提高，飲(yin)(yin)用水(shui)(shui)與(yu)健康成為人(ren)們(men)廣泛(fan)關(guan)注的(de)(de)(de)課題，飲(yin)(yin)用純(chun)凈(jing)水(shui)(shui)已進入千家萬戶。目前廣泛(fan)應用于純(chun)凈(jing)水(shui)(shui)制造領(ling)域的(de)(de)(de)原(yuan)水(shui)(shui)處理技術(shu)有頻繁倒極電滲析(xi)（EDR）技術(shu)和反滲透（RO）技術(shu)，同時作為自動化程度(du)較(jiao)高，可(ke)操作性(xing)較(jiao)強的(de)(de)(de)EDR和RO，既可(ke)以(yi)(yi)單獨使用又可(ke)以(yi)(yi)聯合使用〔1〕，兩(liang)種(zhong)技術(shu)在礦物(wu)質(zhi)(zhi)成分(fen)的(de)(de)(de)分(fen)離原(yuan)理、工藝與(yu)及(ji)維護保養都有所不(bu)同，特別是(shi)預處理要求(qiu)上RO有更嚴(yan)格的(de)(de)(de)要求(qiu)。本(ben)文通過對(dui)EDR和RO的(de)(de)(de)脫鹽原(yuan)理、流程設計及(ji)防垢措施等(deng)方面的(de)(de)(de)介紹，分(fen)析(xi)EDR與(yu)RO結(jie)合制造純(chun)凈(jing)水(shui)(shui)流程的(de)(de)(de)優點和經濟(ji)價(jia)值。

一、 頻繁倒極電滲析（EDR）及反滲透（RO）的脫(tuo)鹽機理

頻繁(fan)倒極電(dian)滲析(xi)技術（EDR）是在(zai)電(dian)滲析(xi)（ED）的(de)基礎上發展起來的(de)，ED是利(li)用陰(yin)、陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)交換(huan)膜交替排列于正、負電(dian)極之(zhi)間(jian)，并(bing)通過有特定(ding)性能的(de)隔板將兩張膜隔開，組成濃水和(he)淡(dan)水兩個系(xi)統。當(dang)向隔室通入陰(yin)陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)含(han)鹽(yan)水、在(zai)直流電(dian)場(chang)作用下，淡(dan)水隔室的(de)陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)如(ru)Na＋，向陰(yin)極遷(qian)移，陰(yin)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)如(ru)Cl－向陽極遷(qian)移，Na＋和(he)Cl－分別透過陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)交換(huan)膜CM和(he)陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)交換(huan)膜AM而遷(qian)移到相鄰(lin)的(de)隔室中(zhong)去。這樣淡(dan)水隔室中(zhong)的(de)陰(yin)、陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)濃度逐(zhu)漸(jian)降低，濃水隔室中(zhong)的(de)陰(yin)、陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)濃度逐(zhu)漸(jian)升高，從電(dian)滲析(xi)器中(zhong)就能源源不斷地流出淡(dan)化(hua)水和(he)濃縮(suo)液〔2〕。其脫鹽(yan)率可(ke)從45~99％選擇(ze)。

EDR是根據(ju)上述原理，每隔(ge)一定時間，正負電(dian)(dian)極(ji)極(ji)性(xing)相(xiang)互(hu) 倒換－稱頻(pin)繁倒極(ji)，同時濃水隔(ge)室和淡水隔(ge)室亦相(xiang)應(ying)調換，起到自動清洗離(li)子換交膜和電(dian)(dian)極(ji)表面(mian)形成的(de)污垢，以確保脫鹽(yan)率長期(qi)穩定，EDR的(de)流程如圖2所(suo)示(shi)，EDR從70年代的(de)成功開發，近十年成功地把電(dian)(dian)子控(kong)制(zhi)技術引入(ru)EDR控(kong)制(zhi)系統(tong)，使得EDR應(ying)用越來越廣。我國的(de)EDR與(yu)美國和日本的(de)EDR技術基本相(xiang)接，但價格卻有很(hen)大的(de)優勢，從而有十分廣泛的(de)應(ying)用前景。

反滲透（RO）是(shi)以(yi)壓力為推動力，利用高分子(zi)(zi)分離膜的(de)透水(shui)特性，從(cong)(cong)而使(shi)(shi)水(shui)質中有機物(wu)、微生物(wu)和無機鹽類(lei)從(cong)(cong)水(shui)中分離，達到提純(chun)(chun)溶(rong)劑(ji)（水(shui)）的(de)目的(de)。目前市場上使(shi)(shi)用高分子(zi)(zi)分離膜（RO膜）大部分來自(zi)于(yu)美國Hydranautics公司和DOW Chemcal公司，在純(chun)(chun)水(shui)制(zhi)造上以(yi)芬香族聚酰(xian)胺復(fu)合(he)膜為主，其最低(di)脫鹽能力可(ke)達 99.0%〔3〕。

國內反滲透(tou)的(de)(de)應用(yong)始于70年代后期，最早用(yong)于電(dian)子(zi)、半(ban)導(dao)體純(chun)水(shui)(shui)(shui)，90年代起在(zai)飲(yin)用(yong)水(shui)(shui)(shui)處理方面(mian)(mian)獲(huo)普及，并且進入到家庭飲(yin)用(yong)純(chun)水(shui)(shui)(shui)。目(mu)前在(zai)飲(yin)用(yong)純(chun)水(shui)(shui)(shui)方面(mian)(mian)以RO為主的(de)(de)工(gong)藝占主導(dao)地位，直(zhi)接(jie)或配(pei)合使(shi)(shi)用(yong)EDR則較少，其主要原因有兩(liang)個方面(mian)(mian)：一方面(mian)(mian)，RO機組的(de)(de)結(jie)構相(xiang)當(dang)簡單，一般在(zai)RO膜銷售商的(de)(de)簡單指導(dao)下(xia)即可生產。另(ling)一方面(mian)(mian)，制(zhi)(zhi)(zhi)造周期短(duan)，一臺普通反滲透(tou)機組只需1~2周即可組裝完畢。但是RO制(zhi)(zhi)(zhi)造純(chun)凈水(shui)(shui)(shui)工(gong)藝在(zai)流程(cheng)(cheng)設計及使(shi)(shi)用(yong)維護方面(mian)(mian)卻出(chu)現不(bu)(bu)少問題，較為普遍的(de)(de)問題有：（1）脫(tuo)鹽率(lv)不(bu)(bu)高，出(chu)水(shui)(shui)(shui)電(dian)導(dao)率(lv)達不(bu)(bu)到要求。（2）采用(yong)二級(ji)RO處理，投資成(cheng)本很高。（3）預處理增(zeng)加軟化流程(cheng)(cheng)，使(shi)(shi)制(zhi)(zhi)(zhi)水(shui)(shui)(shui)成(cheng)本提高。（4）結(jie)垢(gou)嚴重，不(bu)(bu)按技術要求清洗，導(dao)致(zhi)膜性能降(jiang)低，使(shi)(shi)用(yong)壽命短(duan)。

二(er)、 EDR的防垢機理和(he)RO的預(yu)處理

（一） EDR的防垢機理

1、EDR的運行程序(xu)

EDR系(xi)統(tong)主要(yao)由電滲(shen)析本體、整(zheng)流器及自(zi)動(dong)控(kong)制（倒極）系(xi)統(tong)組成，其運(yun)行過程如下：A狀(zhuang)態(tai)→倒極，濃(nong)淡室(shi)(shi)互換→B狀(zhuang)態(tai)→倒極，濃(nong)淡室(shi)(shi)互換→A狀(zhuang)態(tai)。

2、EDR防垢機理

電(dian)滲析運行過(guo)(guo)程中(zhong)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)污垢(gou)主要(yao)(yao)(yao)有三類(lei)〔4〕：（一）由(you)電(dian)極(ji)(ji)反應(ying)和極(ji)(ji)化產生(sheng)(sheng)的(de)(de)主要(yao)(yao)(yao)是(shi)(shi)(shi)鈣(gai)、鎂的(de)(de)碳酸(suan)鹽(yan)(yan)污垢(gou)。（二）在濃(nong)(nong)水(shui)中(zhong)，因(yin)(yin)過(guo)(guo)飽和而(er)(er)慢慢析出的(de)(de)主要(yao)(yao)(yao)是(shi)(shi)(shi)鈣(gai)、鎂的(de)(de)硫酸(suan)鹽(yan)(yan)污垢(gou)。（三）在直流電(dian)場作用下(xia)，帶電(dian)物(wu)(wu)質在膜(mo)表面(mian)的(de)(de)沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)，主要(yao)(yao)(yao)是(shi)(shi)(shi)有機物(wu)(wu)、膠體(ti)和微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)。極(ji)(ji)化結垢(gou)大多(duo)數發生(sheng)(sheng)在濃(nong)(nong)室(shi)的(de)(de)陰膜(mo)面(mian)上，也就是(shi)(shi)(shi)發生(sheng)(sheng)在陰膜(mo)的(de)(de)陽(yang)極(ji)(ji)面(mian)上，因(yin)(yin)為濃(nong)(nong)室(shi)溶(rong)液體(ti)系呈堿性(xing)，滿足CaCO3、MgCO3的(de)(de)沉(chen)(chen)淀條件(jian)(jian)，電(dian)極(ji)(ji)極(ji)(ji)性(xing)倒換后，濃(nong)(nong)、淡室(shi)相應(ying)地發生(sheng)(sheng)變化，使原來在陰膜(mo)面(mian)上沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)溶(rong)解（此時(shi)系統呈酸(suan)性(xing)），而(er)(er)在陰膜(mo)的(de)(de)另(ling)一面(mian)上又有沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)成。通過(guo)(guo)定(ding)時(shi)的(de)(de)極(ji)(ji)性(xing)轉(zhuan)換，從而(er)(er)打(da)破了(le)CaCO3等(deng)垢(gou)物(wu)(wu)的(de)(de)生(sheng)(sheng)成條件(jian)(jian)，便起到自身清洗作用。在負極(ji)(ji)上因(yin)(yin)電(dian)極(ji)(ji)反應(ying)可生(sheng)(sheng)成CaCO3沉(chen)(chen)淀結垢(gou)，以及硫酸(suan)鹽(yan)(yan)，膠體(ti)等(deng)污垢(gou)，同樣因(yin)(yin)為頻繁(fan)轉(zhuan)換電(dian)極(ji)(ji)極(ji)(ji)性(xing)，互換濃(nong)(nong)、淡水(shui)室(shi)而(er)(er)打(da)破了(le)沉(chen)(chen)積(ji)條件(jian)(jian)，或使沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)溶(rong)解而(er)(er)隨(sui)水(shui)流（濃(nong)(nong)水(shui)和極(ji)(ji)水(shui)）排出。這樣就保證了(le)膜(mo)的(de)(de)性(xing)能(neng)和電(dian)極(ji)(ji)長期(qi)穩定(ding)，從而(er)(er)確保脫鹽(yan)(yan)率(lv)和出水(shui)水(shui)質的(de)(de)穩定(ding)。

（二） RO系統的預處理

從RO純水制造工藝(yi)(yi)可知，對于沒有EDR系統的(de)(de)工藝(yi)(yi)流程，其前處(chu)理(li)過程通常是加入(ru)防(fang)垢劑或增加軟化裝置。根據(ju)反滲透系統的(de)(de)設計要求〔3〕，預處(chu)理(li)要求的(de)(de)主(zhu)要指標：①濁度1.0NTU（最好<0.3 NTU），②15minSDI值≤5.0（最好<3.0），③TOC<2.0 mg/L，④余(yu)氯<0.05mg/L，⑤ρ（Fe）<0.3mg/L，⑥ρ（Mn）<0.1mg/L。另外(wai)，對于TDS≥200 mg/L的(de)(de)水源，按(an)95％的(de)(de)脫鹽率計算，一(yi)級RO則很難(nan)確保電導(dao)率<10µs/cm，按(an)目前較(jiao)多企業控制電導(dao)率<5µs/cm，除了(le)較(jiao)嚴(yan)格的(de)(de)預處(chu)理(li)流程以(yi)外(wai)，TDS的(de)(de)控制亦(yi)顯得(de)相當重要，本文把進入(ru)RO之前的(de)(de)過程全部稱為預處(chu)理(li)，即包(bao)括(kuo)TDS控制部分(fen)(fen)，因此，以(yi)RO為主(zhu)要分(fen)(fen)離裝置的(de)(de)純凈水制造工藝(yi)(yi)中的(de)(de)預處(chu)理(li)包(bao)括(kuo)流程如下：

砂濾→碳濾→精濾→防垢(gou)→預(yu)脫鹽

該(gai)流程(cheng)中的(de)前(qian)三個環節已(yi)為(wei)所有廠商或制(zhi)造商所公認(ren)，這里不再贅述。而后二(er)個環節則顯得(de)較為(wei)雜亂。以(yi)加(jia)防垢劑(ji)、軟化器和電(dian)滲析占主導地位，采(cai)用EDR作為(wei)預(yu)脫鹽及防垢的(de)流程(cheng)具有以(yi)下特點：

（1）  EDR的(de)預處理要(yao)求(qiu)沒有(you)RO嚴(yan)格

電滲析(xi)器(qi)的進水水質(zhi)指標：①濁度<3NTU，②15minSDI<10,③余氯<0.3mg/L，④TOC<3mg/L，⑤ρ(Fe)<0.3mg/L，⑥ρ（Mn）<0.1mg/L。

（2）  EDR的脫鹽率范圍(wei)廣

EDR的脫鹽(yan)(yan)率(lv)(lv)可在45~95%范圍內選(xuan)擇(ze)（甚至可達(da)99%），使得EDR與RO配套使用靈活，對(dui)低礦(kuang)化度水質，可選(xuan)擇(ze)較低脫鹽(yan)(yan)率(lv)(lv)，而對(dui)高(gao)礦(kuang)化度可選(xuan)擇(ze)高(gao)脫鹽(yan)(yan)率(lv)(lv)。

（3）  適用TDS范圍寬(kuan)

對只考慮一級(ji)RO的流程，前置EDR適用的TDS范圍(wei)可在(zai)100~500mg/L，甚至(zhi)更高。按500mg/L的TDS原水(shui)，EDR采用85~90%。脫(tuo)鹽水(shui)則出水(shui)TDS<80 mg/L，經一級(ji)RO后電導率可穩(wen)定在(zai)5μS/cm以內。

（4）  EDR的設備投資(zi)及運行費用低

EDR的運行壓(ya)力(li)<0.2MPa，以湛(zhan)江(jiang)市康寧路(lu)自用純(chun)(chun)凈(jing)水工(gong)程（工(gong)程－1），肇慶市端州八(ba)路(lu)商業(ye)純(chun)(chun)凈(jing)水工(gong)程（工(gong)程－2），廣東省(sheng)地(di)建集團(tuan)粵西公司凈(jing)水工(gong)程（工(gong)程－3）為例，單獨使用EDR與選用軟(ruan)化器DI＋RO流(liu)程進(jin)行比較，經濟(ji)指標列表(biao)1如下(xia)：

（5）EDR有效防止結垢(gou)

從EDR過(guo)程(cheng)中離子(zi)遷移性能可知(zhi)Ca2+、Mg2+具有較高的(de)選(xuan)擇性，硬(ying)度(du)的(de)脫除率(lv)大于總脫除率(lv)，達到軟化的(de)目的(de)。表2列出上述(shu)EDR工程(cheng)的(de)原水及出水水質結(jie)果對照。

（6）EDR自動化程度高，故(gu)障率低(di)

EDR采用可編程(cheng)控(kong)制器(qi)實(shi)現自(zi)動控(kong)制，自(zi)動化(hua)程(cheng)度高，長(chang)期穩定運行(xing)。

（7）EDR組件幾乎全(quan)部國(guo)產化(hua)，維(wei)修方便。

  三、結論(lun)

從上述分析，EDR作(zuo)為RO制(zhi)造(zao)純水(shui)工藝流程中的(de)(de)(de)前處理部分，不但確(que)保預處理過程的(de)(de)(de)穩定可(ke)(ke)靠，同時(shi)可(ke)(ke)在(zai)較(jiao)寬的(de)(de)(de)范(fan)圍內(nei)降低原水(shui)的(de)(de)(de)TDS，既防(fang)止結垢，又使(shi)后續RO的(de)(de)(de)產(chan)水(shui)量及電導率(lv)有效地控制(zhi)在(zai)最優水(shui)平。使(shi)用(yong)EDR的(de)(de)(de)產(chan)水(shui)成本(ben)僅(jin)為DI+RO成本(ben)的(de)(de)(de)10~15%，設備投資為DI+RO的(de)(de)(de) 50%，EDR水(shui)利用(yong)率(lv)較(jiao)高。所以EDR在(zai)純水(shui)制(zhi)造(zao)工藝中不但科學可(ke)(ke)行，同時(shi)能給(gei)用(yong)戶帶來(lai)明顯的(de)(de)(de)經濟效益。

  參考文獻
〔1〕徐榮安  膜技術在飲用水深度處理中的應用水處理技術，1999，25（5）
〔2〕張維潤等著   電滲析工程學科學出版社  北京   1995年
〔3〕徐平、張烽等 分離膜技術應用論文集（內部資料）  1998年9月版
〔4〕邵剛、奚鳳翔 頻繁倒椎電(dian)滲析（EDR）及其應用 環境工(gong)程  1995年

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