Electropure EDI 技术手册图文.docx

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ElectropureEDI技术手册图文

第页/共65页©SNOWPURELLC,2005-2009VERSION3.0-FEBRUARY2009

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ElectropureEDIHighTechnologyWater

第2页/共65页©SNOWPURELLC,2005-2009VERSION3.0-FEBRUARY2009

全球分布和联系方式...........................................................................目录表（2

第1章:

ElectropureEDI技术（5

ElectropureEDI概述

EDI比传统离子交换DI优越之处

电去离子（EDI工艺

ElectropureEDI技术总述

....图:

ElectropureEDI工艺原理示意图

ElectropureEDI工艺详细描述

EDI模块各种离子去除特性

EDI进水中污染物的影响

术语表

SNOWPUREEDI的知识产权

EDI技术总结

第2章:

产品描述和产品指南（2

ELECTROPURETM.EDI优势

ELECTROPURETM.EDI产品指南

ELECTROPURETMEDI产品序列

模块的重新组合

产品应用和纯度特性

第3章:

常规操作、条件和特性（6

标准操作和测试条件

定义

运行进水特性

EDI模块的电力成本

直流电源供给要求

第4章:

工艺变量的影响（9

所加电压

最佳电压

产水质量与电压关系

电流与进水电导率的关系

稳定工作状态

离子特性

ElectropureEDIHighTechnologyWater

第3页/共65页©SNOWPURELLC,2005-2009VERSION3.0-FEBRUARY2009离子大小

离子电荷

树脂对离子选择性系数

容易去除的离子（Na+、Cl-、Ca2+、H+、OH-

大直径、带弱电的离子（CO2、硅、硼酸

温度

压力降与温度的关系

模块电阻和温度的关系

产水品质和温度的关系（操作条件的再优化

电阻率表的温度校验

流量

压力降与流量的关系

图2:

XL系列产品的压力降

图3:

EXL系列产品的压力降

出水口压力对产水品质和内部泄露的影响

进水电导率

产水质量（在设计值和最大流量情况下

第5章:

水的品质优化（26

基本原理

电压驱动力

电流强度

离子平衡和pH值

“离子前沿”区域的影响

第6章:

系统设计方案与安全保障（28

ElectropureEDI预处理理念

EDI系统的保护与控制

一个最佳EDI系统的构成描述

一个EDI模块的P&ID设计

图4:

一个简单EDI系统的P&ID设计图

多个模块设计

带有二级RO系统的设计

安装说明

第7章:

EDI模块清洗和维护（38

进水

盐/硬度结垢

离子交换树脂（TOC有机污染

颗粒污染

电源和再生

电极连接器

螺栓

外部清洗

第8章:

解决问题和故障排除（40

第9章:

辅助设备和备选项（4

第10章:

Electropure的EXL和XL系列模块图纸（42

图5:

XL系列模块外形图和尺寸

图6:

EXL系列模块外形图和尺寸

图7:

XL系列装配参考图

图8:

EXL系列装配参考图

图9:

配管方案

第11章:

SNOWPURE公司的质量保证条款（48

第12章:

SNOWPURE公司的条款和条件（49

第13章:

安全性（50

电气安全

电化学安全

第14章:

附录（5

附录#:

酸的清洗程序/在浓水室中的结垢

附录#2:

树脂清洗程序/进水侧有机物/产水端

附录#3:

重新调整螺栓扭矩---EXL和XL系列

....图0:

XL系列力矩顺序图

....图:

EXL系列力矩顺序图

附录#4:

模块消毒程序

附录#5:

模块再生程序

附录#6:

ElectropureEDI模块的数据表格形式

附录#7:

EDI能源消耗和电力成本

附录#8:

通过反渗透（RO和电去离子（EDI技术去除二氧化硅

附录#9:

EDI模块预防冰冻程序

附录#0:

EDI模块储存和EDI系统关闭

附录#:

ElectropureEDI模块材料符合（FDA美国食品及药物管理局标准

附录#2:

RO预处理中CO2的连续控制

第1章:

ElectropureEDI技术

ElectropureEDI概述

采用Electropure公司的专利产品--电去离子设备（EDI设备可以满足日益增长的对高纯水的需求。

Electropure,从前的HOH水技术公司,在20世纪80年代一直是EDI技术的带头人。

发布于984年的O’Hare专利奠定了EDI技术的基础。

EDI工艺系统代替传统的DI混合树脂床来制造去离子水。

与DI树脂不同的是,EDI在更换树脂床或使用化学试剂进行树脂再生时并不需要关闭系统。

正因为如此,EDI:

●水质不稳定因素减少到最少

●最少的运行成本

EDI主要是从与反渗透（RO及其它纯化设备处理过的水中去除离子。

我们的高质量模块可以连续产生高达18.2MΩ.cm的超纯水。

EDI可以连续运行或者间歇运行。

比传统离子交换DI优越之处

●EDI不需要酸碱化学试剂用于再生（就像离子交换系统DI的树脂再生

●EDI再生时不需要关闭设备

●ElectropureEDI模块在市场上每单位流量中最小、最轻,因此EDI趋于紧凑

●产品水水质稳定一致

●所需能源少

●资金的使用经济—节约了运行费用

电去离子（EDI工艺

ElectropureEDI的设计包括了两个成熟的水净化技术—电渗析和离子交换树脂除盐。

通过这种革命性的技术,用较低的能源成本就能去除溶解盐,而且不需要化学再生;它能产生好几个兆欧（MΩ•cm电阻率的高质量纯水,且能够连续稳定大流量的生产。

ElectropureEDI通过一个电势迫使离子从进水流中分离出来,再进入与进水流毗连的水流中。

EDI与ED不同的是在淡水室中使用了树脂—这种树脂允许离子在很低电导率的水中更快地迁移。

树脂在稳定状态下工作,它们的工作不像一个离子汇聚库,而更像是一个离子输送的导体。

US4,465,573

ElectropureEDI技术总述

图1:

ElectropureEDI工艺原理示意图

电去离子（EDI工艺采用一种离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下两个电极之间（阳极（+和阴极（-,在两极间的直流电源电场从RO预处理过的水中去除离子。

离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料,他们用于将某种特定的离子进行分离。

阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子,阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子,这两种膜不允许水透过。

通过在一个层状、框架式的组件中放置不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜,就建立了并列交替的淡水室和浓水室。

离子选择性膜被固定在一个惰性的聚合体框架上,框架内装填混合树脂就形成淡水室,淡水室之间的层就形成了浓水室。

EDI基本重复单元叫做“膜对”,见插图。

模块的膜对放置在两个电极之间,两电极提供直流电场给模块。

在提供的直流电场推动下,离子通过膜从淡水室被输送到浓水室。

因此,当水通过淡水室流动时,逐步达到无离子状态,这股水流就是产品水流。

流入ElectropureEDI模块的RO水被分成了三股独立的水流:

.产水水流（高达99%的水回收率

2.浓水水流（一般为5~0%,可以循环回流到RO进水

3.极水水流（0~30L/h,0.05~0.15gpm,始终在排放

●注:

为了浓水流的回收,我们建议用中间水箱和水泵,并且建议不要直接连接。

电极水流持续不断的流过阳极和阴极。

阳极水流首先通过阳极室流过阳极,阳极室是由隔网垫形成的,

位于阳极和相邻的阴离子选择性膜之间,此室里pH值变为酸性,并有O

2（气和少量的CL2（溶解性产生。

这股酸性水流接着流入阴极水室,阴极室形成于阴极和相邻的阳离子选择性膜之间,此室里pH值为中性,并有H

2

（气产生。

因此通过电极侧,废水就带走了不需要的氯气、氧气和氢气。

独特的Electropure™电极系统是无结垢设计,因为任何一股水流的pH值都不会高,Electropure™阳极的未来设计是尽可能减少氯气的产生（一种强氧化剂。

ElectropureEDI工艺详细描述

来自城市水源的水中含有钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐、二氧化硅等溶解盐。

这些盐由带负电的离子（anion和带正电的离子（cation组成。

98%以上的离子都可以通过反渗透（RO处理得以去

除。

城市的水源还含有有机物、溶解气体（如:

O

2,、CO

2

、微量金属和其它微电离的无机化合物,这些

杂质在工业应用过程当中必须去除（如硼和硅。

RO系统和其预处理也可以去除许多这些杂质。

RO产水（EDI进水的电导率理想范围一般在1~6µS/cm,或者FCE=1~9µS/cm。

而根据应用领域的不同,超纯水或去离子水的电阻率在2.0~18.2MΩ.cm之间。

通常情况下,进水含最少量的离子将有利于达到EDI的最高质量产水。

ElectropureEDI工艺从水中去除不想要的离子,依靠在淡水室的树脂吸附离子,然后将它们迁移到浓水室中。

离子交换反应在模块的淡水室中进行,在那里阴离子交换树脂释放出氢氧根离子（OH-而从溶解盐（如氯化物、Cl-中交换阴离子。

同样,阳离子交换树脂释放出氢离子（H+而从溶解盐中（如钠、Na+交换阳离子。

从水流中去除离子的吸附步骤,在模块中的停留是有限的（近似0~5秒。

当被吸附时,离子仅仅被外在的直流电场驱动迁移。

一个直流（DC电场通过放置在组件一端的阳极（+和阴极（-实现。

电压驱动这些被吸收的离子沿着树脂球的表面移动,然后穿过离子选择性膜进入浓水室。

直流电场也裂解水分子形成氢氧根离子和氢离子:

H2O=OH-+H+

在图中,离子交换膜由垂直线表示,这些垂直线根据离子穿透性的不同标注成不同的几项。

因为这些离子选择性膜不允许水穿过,所以他们对水流来说是个屏障。

带负电的阴离子（如OH-、Cl-被吸引到阳极（+,并且被阴极排斥。

这些离子穿过阴离子选择性膜,进入相邻的浓水室,而不会穿过相邻的阳离子选择性膜,并滞留在浓水室,并随浓水流出浓水室。

在淡水室中带正电的阳离子（如H+、Na+被吸引到阴极（-,并且被阳极排斥。

这些离子穿过阳离子选择性膜进入临近的浓水室,他们在那里被临近的阴离子选择性膜阻挡,并随浓水流出浓水室。

在浓水室中,仍然维持电中性。

从两个方向输送过来的离子彼此相互中和。

从电源流过来的电流跟移动离子的数目成比例。

水裂解离子（H+和OH-和现存的离子都被迁移并且被加到所要求的电流之中。

当水流流过两种不同类型的腔体时,淡水室中的离子就会完全被去除,同时被收集到邻近的浓水流之中,这就可以从模块中带走被去除了的离子。

在淡水室和（或浓水室中使用离子交换树脂是ElectropureEDI的关键技术和专利。

在淡水室中还会发生一个重要现象,在电势梯度高的特定区域,电化学“分解”能够使水产生大量的H+和OH-离子。

这些区域中产生的H+和OH-离子在混合的离子交换树脂中可以使树脂和膜不断再生,并且不需要外加化学试剂。

水裂解是很重要的,可以保持EDI模块无菌,并保持EDI模块在一个“抛光”状态,因此可以有效地去除硅和硼。

恰当的处理EDI进水对于EDI理想的性能表现和EDI系统无故障工作是一个基本要求（实际上对于任何基于离子交换树脂的去离子系统都是这样。

进水流中的污染物质对去离子组件会产生负面影响,要么增加维修频率,要么减少模块的使用寿命。

因此,RO系统的品质和它的预处理是需要审定的。

EDI模块:

连续去除离子特性

在EDI除盐过程中并不能同等效率的去除所有的离子。

这个事实会影响到产品水的品质和纯度。

●首先去除简单离子。

离子以电荷最大、质量最小和树脂对其吸附能力最大的去除效率最高。

这些典型的离子包括:

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H+、OH-、Na+、Cl-、Ca+2和SO4-2（和一些相似的离子。

在EDI模块的第一个区域,相较其它离子,这些离子优先被去除。

这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。

自H+和OH-离子变得平衡后,pH值接近7.0。

EDI模块的第一个个区域被称为“工作床”。

●其次去除中等强度离子和极化离子（例如,CO2。

CO2是最常见的EDI进水组成。

CO2有着复杂的化学发应,依据其H+离子当地区域的浓度,被认为是可以适度的离子化:

CO2+H2O=H2CO3=H++HCO3-=2H++CO3-2

当PH值在这个部分接近7.0左右时,大部分CO2以重碳酸盐（HCO3-形式存在。

重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附,如此仍然不能与“简单”离子（例如Cl-、和SO4-2相抗衡。

在EDI模块的第二个区域,CO2（包括它所有的形式相较于强度更加微弱的离子优先被去除。

EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。

在ElectropureXL系列产品中发现,只要CO2（其所有形式少于5mg/L,就能得到高品质的超纯水。

如果CO2含量是大于10mg/L,它会影响离子的总体去除率以及严重影响EDI产品水的品质和二氧化硅的去除。

●最后去除强度微弱的离子（例如:

溶解的二氧化硅和硼。

因为例如二氧化硅分子的离子化能力相当微弱,并且难吸附在离子交换树脂上,使用任何反电离过程都很难将之去除。

如果已经去除了所有的“简单”离子,并且去除了所有CO2,EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。

在模块第三个区域的停留时间非常重要。

停留时间越长,去除效率就越高。

第三个区域较长的停留时间,需要RO产品水的电导率达到最小（去除大量“简单”离子同时使RO产水中CO2的数量最少化。

EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为“抛光床”。

●EDI进水中不同的离子种类,以及它们的浓度,直接影响着EDI的工作性能和效率。

污染物的影响

消极影响EDI工艺的主要污染物包括:

硬度（钙、镁、有机物（TOC、颗粒、SDI、活性金属（铁、锰、氧化剂（氯、臭氧和二氧化碳。

为RO/EDI系统设计的预处理过程要能够从进水流中尽可能除去这些污染物。

在以下的进水章节给出了最低要求。

为了加强EDI的性能,较好的系统设计应该会大大低于这个水平。

手册后面还列出了水处理方法的建议。

硬离子能够导致反渗透和EDI单元引起结垢,这时,在浓水室中阴离子选择性膜表面pH值很高,浓水室中的压力降将会升高,电流效率则会降低。

ElectropureEDI模块的设计可以避免结垢,然而最小的进水硬度可以延长两次清洗之间的时间。

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有机物质（TOC能被树脂和膜表面吸附,会引起活性层受阻,一旦树脂和膜受阻,去离子的效率将会降低,模块电阻也会增加。

颗粒物质（SDI、胶体和悬浮颗粒大量涌入会造成膜和树脂的阻塞。

树脂的微孔阻塞使通过模块的压力降上升。

铁和其它活性金属可以崔化氧化树脂,并且可以强烈的被树脂和膜吸附,从而使其能力衰减,这些在低ppm浓度就会发生。

氯和臭氧会损坏离子交换树脂和离子选择性膜并且导致树脂疏松,从而降低容量。

氯是一种氧化剂,氧化后使TOC显著增长,其副产物会使阴离子树脂和膜引起污染,降低树脂交换性能,氧化也能引起树脂裂解和压力降上升,模块寿命缩短。

理想的浓度水平为零。

CO2:

二氧化碳有两个影响,第一,CO32-与Ca2+和Mg2+起反应形成碳酸盐结垢。

这种水垢随进水浓度、温度和pH值的变化而变化。

第二,因为CO2的电荷随它的pH值的变化而变化,而且通过RO或EDI去除它都要依电荷而定,所以它的去处效率将会不断变化。

即使低的CO2水平（低于5ppm也能影响产品水电阻率和硅硼的去除效率。

术语表

阴离子:

一种带有一个或多个负电荷（如Cl-、OH-、SO42-的离子（带电原子或原子团。

阳极:

一种带正电的电极,吸引阴离子,表层涂钛。

阳极电解液:

阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。

阴极:

一种带负电的电极,吸引阳离子,通常由不锈钢制作。

阴极电解液:

阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。

阳离子:

一种带有一个或多个阳电荷（如Na+、NH4+和Ca2+的离子（带电原子或原子团。

浓水流:

流经浓水室并收集离子的水流。

电导率:

水传导电流能力的一个电学测量参数,其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。

..

单位是μS/cm,一般是指25℃。

直流（DC电流:

电流不改变状态,在EDI系统中与移动的离子数量成比例,包括水裂解的离子。

直流（DC电压:

电压不改变极性。

电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。

在直流电压中...

会有一些交流的电压成份存在。

电极:

传导电场的金属板（阳极和阴极,并且促进电化学反应发生,电极通过导线与外部..

电源相连。

电解液:

电极附近的离子溶液。

Electropure单元将两种电解液汇成一股,在通过“电解液出口”.......导出端口将它们输送到模块之外。

进水:

垂直进入EDI模块的水。

它将供应给淡水室、浓水室和极水室。

..这种水的水源就是反渗透的产品水。

GPM（gpm:

加仑每分钟。

水流量的一个测量参数。

1.0gpm相当于227升/小时,4.4gpm相当..

...于1.0m3/hr。

离子交换膜:

含有离子交换基团,对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜,且不允许水通过。

离子交换树脂:

含有离子交换基团,对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。

兆欧:

（MΩ.cm电学测量参数的单位,用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。

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...它是一个电阻参数。

不含杂质的超纯水在25ºC时可以达到8.24兆欧.厘米（MΩ•cm。

pH值:

氢离子（H+浓度的一个测量参数。

pH值用对数从0到4来表述。

pH值为0或在0附近的..

是强酸性,pH值为7为中性,pH值为4或在4附近是强碱性。

分解:

水在电流的作用之下分解成H+和OH-,这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情

况下。

它导致水的分解以传导电流。

一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。

PH值的波动一般跟分解作用有关。

水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。

ppb:

十亿分之一,或μg/l。

用于衡量水中离子的数量,如:

超纯水中的硅含量。

ppm:

百万分之一,或mg/l。

用于标识水中总溶解固体数目（TDS的参数单位。

这个参数单位一般

用于描述进入EDI模块的水流的纯度。

在低电导率时,1ppm近似等于2μs/cm。

产品（淡水水:

流经纯化室或淡水室的水流。

这股水流就是去离子水。

纯化水:

从技术上讲就是把水净化到美国药典USP标准。

对于美国药典USP的注射用水WFI,纯化水是

一个先决条件。

电阻率:

描述水阻挡电流的能力的测量参数。

离子浓度降低,电阻率就增加;离子浓度增加,电阻率

就降低。

这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。

不含杂质的超纯水在25℃可以达到8.24MΩ.cm。

盐:

由金属或带正电的根原子团完全或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。

盐类举例:

TOC:

总有机碳:

水样品中活性有机化合物的含量数目参数。

非有机炭总量（CO2为从总碳中减去..

.....有机碳后剩下的部分。

用ppm或毫克/升表示。

USP超纯水:

USP质量要求,被采用蒸馏、离子交换、电去离子技术、或其它恰当的工艺将水纯化,遵从EPA（美国环保总署饮用水规则并且包含无额外物质存在。

SnowPureEDI的知识产权

SnowPure公司,以前的HOH水技术公司,拥有形成EDI技术基础的O’Hare专利（美国专利号:

US4,465,573。

它同时还有一个改良性工作专利,是关于离子交换膜技术的专利（美国专利号:

US6,503,957。

其他公司拥有关于EDI在系统中应用的知识产权。

SnowPureLLC公司不默许推荐她的用户使用其它知识产权,并且没有义务代表她的用户在他们设计的系统中为其组建、安装或是操作EDI。

EDI技术总结S