EDI 系统概述.docx
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EDI系统概述
EDI系统概述
半导体材料、器件、印刷电路板和集成电路及封装、液晶显示、高精度线路板、光电器件、各种电子器件、微电子工业、超大规模集成电路需用大量的高纯水、超纯水清洗半成品、成品。
集成电路的集成度越高，对水质的要求也越高。
目前我国电子工业部把电子水质技术分为五个行业标准，分别为1MΩ.cm、5MΩ.cm、10MΩ.cm、16MΩ.cm、18MΩ.cm，以区分不同水质。
制备电子工业用超纯水的工艺流程
电子行业制备超纯水的工艺大致分成以下几种：
1、采用离子交换树脂制备超纯水的其基本工艺流程为：
原水→原水箱→原水泵→多介质过滤器→保安过滤器→阳床→阴床（复床）→混床→纯水箱→纯水泵→后置精密过滤器→用水点
2、采用反渗透水处理设备与离子交换设备其基本工艺流程为：
原水→原水箱→原水泵→多介质过滤器→保安过滤器→高压泵→反渗透设备→RO水箱→混床泵→混床→纯水箱→纯水泵→后置精密过滤器→用水点
3、采用反渗透水处理设备与电去离子（EDI）设备，这是一种制取超纯水的最新工艺，也是一种环保，经济，发展潜力巨大的超纯水制备工艺，其基本工艺流程为：
原水→原水箱→原水泵→多介质过滤器→精密过滤器→高压泵→反渗透设备→RO水箱→（EDI）泵→保安过滤器→紫外线→电去离子（EDI）→纯水箱→纯水泵→后置精密过滤器→用水点
ＥＤＩ的基本工作原理
ＥＤＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ-ｄｅ-ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术（电渗析技术）相结合的纯水制造技术。
该技术利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析极化而脱盐不彻底,又利用电渗析极化而发生水电离产生Ｈ和ＯＨ离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通过化学药剂再生的缺陷,是20世纪80年代以来逐渐兴起的新技术。
经过十几年的发展,ＥＤＩ技术已经在北美及欧洲占据了相当部分的超纯水市场。
ＥＤＩ装置包括阴/阳离子交换膜、离子交换树脂、直流电源等设备。
其中阴离子交换膜只允许阴离子透过,不允许阳离子通过,而阳离子交换膜只允许阳离子透过,不允许阴离子通过。
离子交换树脂充夹在阴阳离子交换膜之间形成单个处理单元,并构成淡水室。
单元与单元之间用网状物隔开,形成浓水室。
在单元组两端的直流电源阴阳电极形成电场。
来水水流经淡水室,水中的阴阳离子在电场作用下通过阴阳离子交换膜被清除,进入浓水室。
在离子交换膜之间充填的离子交换树脂大大地提高了离子被清除的速度。
同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持最佳状态。
ＥＤＩ装置将给水分成三股独立的水流:
纯水、浓水、和极水。
纯水（90%-95%）为最终得到水,浓水（5%-10%）可以再循环处理,极水（1%）排放掉。
图2表示了ＥＤＩ的净水基本过程。
ＥＤＩ装置属于精处理水系统,一般多与反渗透（ＲＯ）配合使用,组成预处理、反渗透、ＥＤＩ装置的超纯水处理系统,取代了传统水处理工艺的混合离子交换设备。
ＥＤＩ装置进水要求为电阻率为0.025-0.5ＭΩ·ｃｍ,反渗透装置完全可以满足要求。
ＥＤＩ装置可生产电阻率高达18ＭΩ·ｃｍ以上的超纯水。
3．ＥＤＩ装置的特点
ＥＤＩ装置不需要化学再生,可连续运行,进而不需要传统水处理工艺的混合离子交换设备再生所需的酸碱液,以及再生所排放的废水。
其主要特点如下:
图2.ＥＤＩ的净水基本过程
·连续运行,产品水水质稳定
·容易实现全自动控制
·无须用酸碱再生
·不会因再生而停机
·节省了再生用水及再生污水处理设施
·产水率高（可达95%）
·无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施
·占地面积小
·使用安全可靠,避免工人接触酸碱
·降低运行及维护成本
·设备单元模块化,可灵活的组合各种流量的净水设施
·安装简单、费用低廉
·设备初投资大
4.ＥＤＩ装置与混床离子交换设备比较
ＥＤＩ装置与混床离子交换设备属于水处理系统中的精处理设备,下面将两种设备在产水水质、投资量及运行成本方面进行比较,来说明ＥＤＩ装置在水处理中应用的优越性。
（1）产水水质比较
ＥＤＩ装置是一个连续净水过程,因此其产品水水质稳定,电阻率最高可达18.25ＭΩ·ｃｍ,达到超纯水的指标。
混床离子交换设施的净水过程是间断式的,在刚刚被再生后,其产品水水质较高,而在下次再生之前,其产品水水质较差。
（2）投资量比较
与混床离子交换设施相比ＥＤＩ装置投资量要高约20%左右,但从混床需要酸碱储存、酸碱添加和废水处理设施及后期维护、树脂更换来看,两者费用相差在10%左右。
随着技术的提高与批量生产,ＥＤＩ装置所需的投资量会大大的降低。
另外,ＥＤＩ装置设备小巧,所需厂房远远小于混床。
（3）运行成本比较
ＥＤＩ装置运行费用包括电耗、水耗、药剂费及设备折旧等费用,省去了酸碱消耗、再生用水、废水处理和污水排放等费用。
在电耗方面,ＥＤＩ装置约0.5ｋＷｈ/ｔ水,混床工艺约0.35ｋＷｈ/ｔ水,电耗的成本在电厂来说是比较经济的,可以用厂用电的价格核算。
在水耗方面,ＥＤＩ装置产水率高,不用再生用水,因此在此方面运行费用低于混床。
至于药剂费和设备折旧费两者相差不大。
总的来说,在运行费用中,ＥＤＩ装置吨水运行成本在1.8元左右,常规混床吨水运行成本在3.2元左右,高于ＥＤＩ装置。
因此,ＥＤＩ装置多投资的费用在1-2年内完全可以回收。
5.结论
ＥＤＩ装置属于水精处理设备,具有连续产水、水质高、易控制、占地少、不需酸碱、利于环保等优点,具有广泛的应用前景。
随着设备改进与技术完善以及针对不同行业进行优化,初投资费用会大大降低。
可以相信在不久的将来会完全取代传统的水处理工艺中的混合离子交换系统。
6.ＥＤＩ技术的应用
ＥＤＩ技术在国外广泛的应用有十几年的时间,大多用于制药行业、微电子行业、发电工业和实验室。
在表面清洗、表面涂装、电解工业和化工工业的应用也日趋广泛。
ＥＤＩ技术的应用
1、制药行业、微电子行业、发电工业和实验室。
2、在表面清洗、表面涂装、电解工业和化工工业的应用也日趋广泛。
1.半导体材料、器件、印刷电路板和集成电路；
4、超纯材料和超纯化学试剂；
5、实验室和中试车间；
6、汽车、家电表面抛光处理；
7、光电产品；
8、其他高科技精微产品；
安装要求
1、无须专做安装基础，地基坚实水平即可
2、入水水压如低于0.2Mpa需加装管道泵
3、使用前需先冲洗管道，避免杂质堵塞阀体，污染树脂
4、不可用加碘盐、加钙盐作再生剂，定期向盐罐加盐，确保盐水饱和浓度（应保证溶解时间不小于六小时）。
4、设备配置
1、全自动软水器由树脂罐、自动控制器、盐箱三大主要部分组成。
设备采用美国富莱克（FLECK）、阿图祖（AUTOTROL）全自动控制头，定时自动反洗，吸盐等过程，无需人工操作，只需定期加盐；树脂选用英国漂莱特食品级树脂，使用寿命长、交换容量大，效果好，卫生安全；阀体材质采用高强塑料或食品级黄铜；罐体采用玻璃钢、碳钢防腐或不锈钢。
2、根据设计出水量的大小及安装现场的空间，软水器可单罐使用，可多罐、双罐并联使用。
再生控制方式分为定时型（时间控制型）和定量型（流量控制型）两种，控制器还具有手动再生功能，为用户在超定量用水状态下增加再生提供方便。
5、其它说明
1、超大水量可采用多罐并联出水的组合形式。
2、本表所示软水器运行流量以25m/h的出水流速计算。
3、每升树脂再生一次需要0.14Kg盐，即100升要14Kg。
4、处理水量（升）=树脂量（升）×40300/总硬度（ppm-CaCO3）。
5、单罐时间控制一般用在用水要求不太严格的场合，在固定时间进行再生。
6、流量控制是根据实际用水量，按照进水硬度进行设定，出水稳定。
7、双罐分一用一备，和双罐同时运行，交替再生。
8、控制头为美国富莱克公司生产的系列。
9、树脂采用英国漂莱特树脂。
10、树脂罐为玻璃钢罐体。
EDI设备操作说明
EDI设备操作手册是由我司进行EDI超纯水设备操作维护使用的一本操作规范。
该手册内容涵盖EDI设备参数及EDI操作运行维护手册。
以下为具体内容：
一、设备参数
EDI单元
进水流量（m3/h）:
3.63
产水流量（m3/h）:
3.30
浓水流量（m3/h）:
0.33
EDI模块型号 -LXM30X
设备外形 665.3×605.5×318.4
设备自重 123kg
淡水接口 DN32
浓水接口 DN20
动力配备
电压 交流220伏特50赫兹
功率 5KW
二、EDI操作运行维护
EDI设备的良好的长期运行不仅依赖于系统的初期设计，而且取决于正确的运行和维护。
这包含系统的初期启动和运行过程中的启动/停机。
为了保持系统的长期良好运行，需要对系统运行数据进行定期记录，以便日后日常运行维护。
而且日常运行维护数据对于在设备故障判断和决定采取何种措施方面有重要意义。
1、启动前的检查通过运行反渗透装置，将其处于回流状态。
测试EDI进水水质的下列指标：
进水水源 二级反渗透产水
进水当量电导率（包括CO2与Si） ＜40μS/cm
硅 ＜1.0ppm以SiO2计
铁，锰，硫 ＜0.01ppm
氯/氯化物 ＜0.02ppm以Cl2计
硬度 ＜1.0ppm以CaCO3计
溶解的有机物 ＜0.5ppmTOC中的C计
PH值 4-11
最大进水压力 bar（1-45℃）
标准流量下压差 1.4-2.1bar
标准回收率 90-95%
最高进水温度 45℃
最低进水温度 5℃
直流电压（V） 0-600
直流电流（A） 0-6
2、检测流量开关动作以及相关连锁动作是否正确（若需要的话，RO连锁动作也需要测试
3、设定报警控制值；
4、初次启动
正确的EDI设备启动对于准备将EDI投入正常运行操作和防止EDI模块由于流量过大，水锤或电流过载而损坏是非常必要的。
遵守以下程序也能有助于保证系统处于系统设计参数下运行从而获得符合设计要求的产水。
对于系统的启动运行，首次系统运行的数据是一个重要的组成部分。
在启动EDI系统之前，RO系统，EDI模块的安装，仪表的校正工作，其他系统的检查都应当已经完成。
接下来是推荐的EDI系统启动程序；
5、EDI启动程序
在将管路连接至CEDI之前，请先确认所有前级预处理设备和管路已符合清洁要求。
确保所有连接至CEDI模块的管路连接正确,管路已符合清洁要求。
检查所有相关的手动阀门处于正确的位置和开启/关闭状态。
进水阀、产水阀、超纯水箱进水阀和浓水流量控制阀处于完全开启状态。
在冲洗过程中，检查所有管路连接和阀门，确保无泄漏。
如果必要的话，锁紧连接部分。
确认CEDI模块至电源供电模块的接线正确。
启动RO产水输送泵。
调节阀门开度至设计流量和设计压力。
检查设计回收率和实际回收率。
一直注意检查系统压力，同时确保系统运行压力不超过模块的最高运行压力极限。
在设计流量下，调节阀门直至产水压力比浓水排放压力高2-5psig。
重复以上步骤，直至系统运行符合设计产水量和浓水流量。
计算系统回收率，与设计值比较。
开启模块电源开关，缓慢调节显示板直流电源至需要数值。
注意观察出水水质。
记录所有运行数据。
测试所有流量限位开关和相关连锁动作。
确保当浓水循环流量不足时，EDI供电模块断电。
继续将CEDI处于循环状态，直至产水指标达到要求。
一旦EDI出水指标达标，将EDI产水阀（至后级水箱）打开，将EDI产水回流阀（至RO水箱）关闭。
再次确认产水压力比浓水排放压力高2-5psig。
将系统运行值与设计值比较；在系统运行稳定后（水质和流量），在日常运行数据记录表中记录运行数据。
将运行模式选定在自动模式。
在系统运行的第1周，定期检查系统的运行情况以确保系统正常可靠的运行。
6、运行启动
一旦EDI系统已经启动，（实际上，EDI系统不可避免的会或多或少的停机和重启动。
）每次的停机和重启动都意味着压力和流量的变化，以及对EDI模块的机械性冲击。
因此，系统的停机和重启动的次数应当尽可能的少，以保证EDI系统的平稳运行。
在系统启动之前和过程中的检查应当作为一种日常工作进行，并且做好工作记录。
仪表的校正，报警，安全设备和管路泄漏性检查也应当作为一种日常工作进行。
7、停机
将电流和电压调至为0，关闭EDI模块的供电电源。
停运反渗透产水输送泵。
关闭每个EDI模块的进水阀。
关闭EDI模块的隔离阀
8、系统停机后的再次开机
将EDI系统阀门运行状态处于EDI循环状态；
启动反渗透产水输送泵；
按照EDI启动程序逐项检查，启动EDI系统；
如果有必要，请参见EDI供应商（en-link上海）文件对EDI进行杀菌消毒处理；
9、运行记录
为了能够更好的跟踪EDI的运行情况，必须收集EDI的运行的相关数据，并记录在日常运行表格中。
除了能够跟踪EDI的运行情况，运行数据对于EDI故障的判断和排除，都非常有价值。
电去离子（EDI）系统的工作原理
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。
电去离子（EDI）系统的优点
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。
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.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。
EDI技术介绍
1.1EDI技术本质
连续电除盐（EDI，Electro-deionization或CDI，ContinuousElectrodeionization），是利用混合离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子，同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下，分别透过阴阳离子交换膜而被去除的过程。
此过程离子交换树脂不需要用酸和碱再生。
这一新技术可以代替传统的离子交换（DI）装置，生产出电阻率高达18MΩ•cm的超纯水。
1.2EDI技术是水处理工业的革命
与传统离子交换（DI）相比，EDI所具有的优点：
EDI无需化学再生,节省酸和碱
EDI可以连续运行
提供稳定的水质
操作管理方便，劳动强度小
运行费用低
利用反渗透技术进行一次除盐，再用EDI技术进行二次除盐就可以彻底使纯水制造过程连续化避免使用酸碱再生。
因此，EDI技术给水处理技术带来了革命性的进步。
1.3EDI过程
一般自然水源中存在钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐等溶解物。
这些化合物由带负电荷的阴离子和带正电荷的阳离子组成。
通过反渗透（RO）的处理，95%-99%以上的离子可以被去除。
RO纯水（EDI给水）电阻率的一般范围是0.05-1.0MΩ•cm，即电导率的范围为20-1μS/cm。
根据应用的情况，去离子水电阻率的范围一般为5-18MΩ•cm。
另外，原水中也可能包括其它微量元素、溶解的气体（例如CO2）和一些弱电解质（例如硼，二氧化硅），这些杂质在工业除盐水中必须被除掉。
但是反渗透过程对于这些杂质的清除效果较差。
因此，EDI的作用就是通过除去电解质（包括弱电介质）的过程，将水的电阻率从0.05-1.0MΩ•cm提高到5-18MΩ•cm。
图1表示了EDI的工作过程。
在图中，离子交换膜用竖线表示，并标明它们允许通过的离子种类。
这些离子交换膜是不允许水穿过的，因此，它们可以隔绝淡水和浓水水流。
离子交换膜和离子交换树脂的工作原理相近，可以选择性地透过离子，其中阴离子交换膜只允许阴离子透过，不允许阳离子透过；而阳离子交换膜只允许阳离子透过，不允许阴离子透过。
在一对阴阳离子交换膜之间充填混合离子交换树脂就形成了一个EDI单元。
阴阳离子交换膜之间由混合离子交换树脂占据的空间被称为淡水室。
将一定数量的EDI单元罗列在一起，使阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列，在离子交换膜之间添加特殊的离子交换树脂，其形成的空间被称为浓水室。
在给定的直流电压的推动下，在淡水室中，离子交换树脂中的阴阳离子分别向正、负极迁移，并透过阴阳离子交换膜进入浓水室，同时给水中的离子被离子交换树脂吸附而占据由于离子电迁移而留下的空位。
事实上离子的迁移和吸附是同时并连续发生的。
通过这样的过程，给水中的离子穿过离子交换膜进入到浓水室被去除而成为除盐水。
EDI设备工作原理图
带负电荷的阴离子（例如OH-、Cl-）被正极（+）吸引而通过阴离子交换膜，进入到邻近的浓水室。
此后这些离子在继续向正极迁移中遇到邻近的阳离子交换膜，而阳离子交换膜不允许阴离子通过，这些离子即被阻隔在浓水中。
淡水流中的阳离子（例如Na+、H+）以类似的方式被阻隔在浓水室。
在浓水室，透过阴阳膜的离子维持电中性。
EDI组件电流量和离子迁移量成正比。
电流量由两部分组成，一部分源于被除去离子的迁移，另一部分源于水本身电离产生的H+和OH-离子的迁移。
在EDI组件中存在较高的电压梯度，在其作用下，水会电解产生大量的H+和OH-。
这些就地产生的H+和OH-对离子交换树脂有连续再生的作用。
EDI组件中的离子交换树脂可以分为两部分，一部分称作工作树脂，另一部分称作抛光树脂，二者的界限称为工作前沿。
工作树脂承担着除去大部分离子的任务，而抛光树脂则承担着去除弱电解质等较难清除离子的任务。
EDI给水的预处理是EDI实现其最优性能和减少设备故障的首要条件。
给水里的污染物会对除盐组件有负面影响，增加维护量并降低膜组件的寿命。
1.4EDI的应用领域
超纯水经常用于微电子工业、半导体工业、发电工业、制药行业和实验室。
EDI纯水也可以作为制药蒸馏水、食物和饮料生产用水、化工厂工艺用水，以及其它超纯水应用领域。
EDI工作主要有三个过程：
1，淡水进水淡水室后，淡水中的离子与混床树脂发生离子交换，从而从水中脱离；
2，被交换的离子受电性吸引作用，阳离子穿过阳离子交换膜向阴极迁移，阴离子穿过阴离子交换膜向阳极迁移，并进入浓水室从而从淡水中去除。
离子进入浓水室后，由于阳离子无法穿过阴离子交换膜，因此其将被截留在浓水室，同样，阴离子无法穿过阳离子交换膜，被截留在浓水室，这样阴阳离子将随浓水流被排出模块；与此同时，由于进水中的离子被不断的去除，那么淡水的纯度将不断的提高，待由模块出来的时候，其纯度可以达到接近理论纯水的水平。
3，水分子在电的作用下被不断的离解为H+和OH-，H+和OH-将分别使得被消耗的阳/阴树脂连续的再生。
过程1和过程3是树脂的消耗和再生的两个相反过程，这两者会在模块内部形成一个动态平衡。
EDI超纯水设备故障排除指南
故障
可能原因
解决办法
产品水流量低
进水压力低
检查给水泵及管线
阀门半开状态
所有需要开启的阀门都正常开启
流量开关
检查流量开关的是否设定正确、运作正常
模块堵塞
不同品牌的EDI有差别，请咨询专业技术人员
产
品
水
水
质
差
进水水质超出允许值
检查进水水质，CO2是水质差的常见影响因素
电压太低或太高
把直流电压调到规定范围
模块电流低
调整EDI电源
浓水压力比给水和产品水压力高
重新设定浓水压力以获得0.30到1.0bar的压差
仪表显示问题
校验电导率或电阻率表及其温度补偿
螺栓扭矩不够或不均匀
查看说明书调整扭矩
离子交换膜结垢或污染
不同品牌的EDI有差别，请咨询专业技术人员
给水流量不正常
把流量调到合理范围
模块压差高
模块堵塞
判别污染类别，按照相对应的流程清洗
流量过高
调节流量到规定范围
极水
流量
低
检查给水泵及管线
检查浓水循环泵是否运行正常
流量开关
检查流量开关的位置和接线
模块堵塞
不同品牌的EDI有差别，请立即咨询专业技术人员
阀门关闭
检查极水出口
问题
可能原因
正确解决的方法
产水电阻率低
电源：
A：
电极端没有电。
B：
电压设定过低或过高
C：
一个或多个电极头发生松动。
D：
电极的极性接反
水流量：
A：
流过模块的水流量低于最小值
B：
流过模块的水流量高于最大值
进水：
不符合进水规范要求
模块：
堵塞或结垢
打开电源
查电极电压
确保电极连接正常
确
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