Canpure EDI用户手册.docx
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CanpureEDI用户手册
EDI用户手册
CanpureCPSSeriesEDI
Manual:
Version2009.01
Updated:
January,2008
CanpureEquipmentInternational,Inc.
注意！
1.在操作和维护CanpureTMEDI组件时必须始终遵守本使用手册中的有关规定
2.必须完全理解本手册内容并经过相关技术培训才能使用CanpureTMEDI组件
3.对于不符合本手册要求所造成的损失，制造商不承担任何责任
4.CanpureTMEDI组件在使用期间出现异常现象，用户不得自行拆装，应立即通知售后服务商
5.我们保留不断改进产品的权利，如有变动恕不另行通知
目录
第1章EDI技术介绍1
1.1EDI技术本质1
1.2EDI技术是水处理工业的革命1
1.3EDI过程1
1.4EDI的应用领域3
第2章组件简介4
2.2EDI的组件结构4
2.3EDI组件优势4
第3章运行条件5
3.1运行参数5
3.2运行电流及运行电压5
3.2.1供电5
3.2.2纯水质量与电流的关系5
3.2.3电流与给水水质的关系6
3.2.4稳定运行状态6
3.3给水要求7
3.4给水TEA与电导率8
3.5污染物对除盐效果的影响9
3.6浓水系统10
3.7离子性质与运行参数的关系10
3.7.1离子大小10
3.7.2离子电荷10
3.7.3离子相对树脂的选择系数10
3.7.4弱带电物质11
3.8温度与运行参数的关系11
3.8.1压力损失与温度的关系11
3.8.2水质与温度的关系11
3.8.3电阻率仪表的温度补偿12
3.9流量与运行参数的关系12
3.9.1压力损失与流量的关系。
12
3..9.2浓水压力损失13
3.9.3给水-纯水的压力损失：
13
3.10纯水对浓水压差对水质和内部泄漏的影响13
3.11优化运行条件13
第4章包括EDI的水处理全系统设计14
4.1EDI给水处理14
4.1.1反渗透系统14
4.1.2软化器14
4.1.3脱气装置15
4.1.4沉淀物过滤器15
4.2EDI系统流程15
4.3EDI系统保护和控制15
4.4EDI系统组成15
4.4.1电源15
4.4.2EDI组件16
4.4.3控制中心16
4.4.4仪表17
第5章安装注意事项18
5.1安全18
5.2组件安装18
5.3组件方向19
5.4管件的连接19
5.5接地20
5.6电源连接和接线20
5.7隔板间距21
第6章组件的清洗及维护22
第7章系统运行操作23
7.1开机准备23
7.2组件启动23
7.3关机24
第8章组件的故障处理25
附录1浓水侧结垢酸清洗工艺26
附录2淡水侧有机物污染的清洗28
附录3膜块的除菌清洁过程29
附录4膜块的再生过程30
附录5保修条款LimitedWarranty31
附录6术语汇编32
附录7EDI系统测试/运行记录表34
附录8EDI系统流程图34
第1章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。
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。
Canpure™EDI组件单件流量范围从0.5m3/hr到3.5m3/hr。
每个组件都有一个推荐的流量范围。
组件并行排列可以产生一个几乎无限规模的系统。
根据给水和运行的条件，组件可生产出电阻率达10-18.2MΩ·cm的纯水。
第2章组件简介
2.2EDI的组件结构
EDI主要由以下几个部分组成:
（1）淡水室将离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间形成淡水单元。
（2）浓水室在相邻淡水单元中间添加树脂，形成浓水室。
（3）极水室在电极板与相邻离子交换膜中间添加树脂，形成极水室，一个组件中有正、负两个极水室。
（4）绝缘板和压紧板
（5）电源及水路连接
2.3EDI组件优势
Canpure™SuperEDI组件和其它的EDI组件相比，有下列优势：
Ø特殊离子交换膜，交换容量高，选择性强
Ø独特的淡水室、浓/极水室设计
Ø浓水（极水）和入水水流方向相反，避免结垢
ØSuperEDI无需加盐，降低了运行费用
Ø浓水中添加树脂，提高了离子迁移效率
Ø电流效率高、低电压、低能耗
Ø并排排列管线，连接更简单
Ø结实的机械设计
Ø安装、维护、运行简单
Ø所有水路和电源均在一侧
Ø防水电源接头
第3章运行条件
3.1运行参数
SuperEDI组件运行结果取决于各种各样的运行条件，其中包括系统设计参数、给水质量、给水压力等。
下表列出的是较为典型的运行条件：
型号
CP-500S
CP-1000S
CP-2000S
CP-3600S
电压（VDC）
20-60
30-100
40-150
70-300
电流（ADC）
0.5-6
0.5-6
0.5-6
0.5-6
产品水流量（m3/h）
0.3-0.7
0.8-1.2
1.3-2.0
2.0-3.5
浓水流量（m3/h）
0.04-0.07
0.08-0.12
0.13-0.20
0.20-0.35
极水流量（m3/h）
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06
0.04-0.06
3.2运行电流及运行电压
严重警告:
当电流通过EDI膜块时会产生热量。
在EDI运行过程中必须用水流将热量全部带出。
因此，当EDI淡水、浓水水流不畅或停止时必须停止供电，否则将使EDI膜块彻底烧坏。
3.2.1供电
直流电源是使离子从淡水室进入浓水室的推动力。
另外，局部的电压梯度使得水离解为H+和OH-并使这些离子迁移，由此实现组件中的树脂再生。
膜块运行的电压由膜块内阻和最佳工作电流决定。
SuperEDI直流电源的纹波系数应小于等于5%。
3.2.2纯水质量与电流的关系
获得高质量的纯水对应着一个最佳电流量。
若实际运行电流低于此电流，产品水中离子不能被完全清除，部分离子被树脂吸附，短时间内产水水质较好，当树脂失效后，产水水质大幅下降；若实际运行电流过多的高于此电流，多余的电流引起离子极化现象使产品水的电阻率降低。
3.2.3电流与给水水质的关系
可以把给水中所有离子（如Na+、Cl-、HCO3-等）和在EDI组件中可转化成离子的物质（如CO2、SiO2等）的总和称为总可交换物TES（TotalExchangeableSubstance）。
TES以碳酸钙计，单位是ppm或mg/L。
TES是TEA（TotalExchangeableAnion）和TEC（TotalExchangeableCation）的总和。
EDI工作电流与EDI组件中离子迁移数量成正比。
这些离子包括TES，也包括由水离解产生的H+、OH-。
水离解产生的H+、OH-担负着再生EDI抛光层树脂的作用，因此是必要的。
水的电离速率取决于电压梯度，因此当施加于淡水室的电压较高时，H+、OH-迁移量也大。
值得注意的是过大的电压梯度将使离子交换膜表面产生极化，影响产品水水质。
每个组件最佳工作电流与给水的TES和纯水水质要求有关。
如果给水水质较好，运行电流量可能接近或低于2A，如果给水水质较差，运行电流量可能接近6A，当水质太差时，EDI无法正常工作。
由于二氧化碳和二氧化硅对TEA有贡献，因此TEA经常会大于TEC。
因而用TEA计算最佳工作电流更准确。
可以根据以下经验公式估算最佳工作电流量：
C（A）=0.22xTEA（ppm）。
事实上，工作电流还与总可交换物质的组成有关，因此以上经验公式只能提供一个粗略的估算值，实际调试时的电流应根据现场实际情况仔细调试才能确定。
3.2.4稳定运行状态
运行条件改变后，组件将需要运行8－24个小时才能达到稳定状态。
稳定状态是指进出组件的离子达到物料平衡。
如果电流降低或给水离子总量增加，抛光层树脂将会吸收多余的离子。
在这种状态下，离开组件工作树脂层的离子数将小于进入组件的离子数。
最后达到新的稳定状态时离子迁移速率和给水离子相协调。
此时，离子交换树脂的工作前沿将向出水端移动，抛光层树脂总量减少。
如果电压升高或给水离子浓度减小，树脂将会释放一些离子进入浓水，离开组件工作树脂层的离子数将大于进入组件的离子数。
最后达到新的稳定状态时离子迁移速率和给水离子相协调。
此时，离子交换树脂的工作前沿将向给水端移动，抛光层树脂总量增加。
进出组件的离子达到物料平衡是判断EDI组件是否处于稳定运行状态的有效手段。
3.3给水要求
以下每项指标均是保证EDI正常运行的必要最低条件，为了使系统运行结果更佳，系统设计时应适当提高。
●给水：
二级反渗透或单级反渗透产水。
●TEA（总可交换阴离子，以CaCO3计）：
<35ppm。
TEA包括所有阴离子及以阴离子形式被EDI除去的物质。
由于水中所含的CO2、SiO2和H3BO3以HCO3-/CO32-、HSiO3-/SiO32-和B（OH）4-的形式被EDI清除，根据经验计算TEA时分别以电荷为-1.7、-1.5和-1.0计。
给水中HCO3-也有一部分是以CO32-形式被清除，在计算TEA时电荷也以-1.7计。
TEA计算公式如下：
TEA=50[CCl-/35.5+2CSO42-/96+1.7CCO2/44+1.7CHCO3-/61+1.5CSiO2/60+…]
其中所有物质浓度均以mg/L计
●pH：
6.0～9.0
当总硬度低于0.1ppm时，EDI最佳工作的pH范围为8.0～9.0。
注：
PH是入水的参考指标，其是影响入水CO2含量的指标之一。
●温度：
5-35℃。
●进水压力：
1.5bar（25psi）~5bar（75psi）。
浓/极水的入口压力一般低于产品水的出口压力0.3-0.5kgf/cm2。
●硬度（以CaCO3计）：
<10.0ppm。
注意：
EDI工艺需要限定进水硬度以免结垢。
在进水硬度<10.0ppm时，Canpure™EDI系统最高的回收率是100%，浓极水可以回收利用。
在进水硬度超过10.0ppm时运行Canpure™EDI膜块，会造成结垢和不可修复的损坏，应与坎普尔公司联系。
●有机物（TOC）：
<0.5ppm，推荐<0.1ppm。
●氧化剂：
Cl2<0.05ppm，O3<0.02ppm，推荐为0。
●变价金属：
Fe<0.01ppm，Mn<0.01ppm。
铁锰离子对离子交换树脂有中毒作用。
而对于EDI，铁锰离子对树脂的中毒现象要比混床严重很多倍。
造成这种现象的原因是多方面的：
（1）由于在EDI阴膜附近pH值很高，致使铁锰在该区域中毒现象较明显；
（2）混床在运行时阳离子交换树脂不断释放氢离子，这些氢离子在局部对中毒的离子交换树脂有洗脱作用；（3）在用酸对混床中的阳离子交换树脂再生时对中毒铁锰有洗脱作用；（4）由于EDI中树脂总量较少，使全部树脂中毒的时间也比混床短很多倍。
由于这些原因，当给水铁或锰含量超标时，EDI膜件可能在几个至几十个小时内中毒。
另外变价金属对离子交换树脂的氧化催化作用，会造成树脂的永久性损伤。
●H2S：
<0.01ppm。
●二氧化硅：
<0.5ppm。
●SDI15min：
<1.0。
●色度:
<5APHA。
●二氧化碳的总量：
二氧化碳含量和pH值将明显影响产品水电阻率。
如果CO2大于10ppm，Canpure™EDI系统不能制备高纯度的产品水。
可以通过调节反渗透进水pH值或使用脱气装置来降低CO2量。
推荐<5ppm。
●电导率:
<60μS/cm。
电导率只能作为EDI运行的一个参考性指标，参见3.4。
3.4给水TEA与电导率
纯水水质取决于组件从淡水室中除去离子的能力，单位时间内给水TES过高通常会导致较低的产品水水质。
无论对强电解质（NaCl）还是弱电解质（二氧化碳、二氧化硅）均如此。
过高的给水TES导致EDI组件内部树脂工作界限向出水端迁移，这导致抛光树脂量减小，因此引起弱电解质清除率的降低，纯水电阻率随之降低。
电导率是水中离子总量的综合指标。
但是该指标不能直接代表纯水水质。
其中最主要原因是电导率不能真实反映水中弱电解质含量，特别是二氧化碳的含量。
比如同样是电导率为10µS/cm的反渗透纯水，其中二氧化碳含量可能是5ppm，也可能是35ppm。
而当二氧化碳含量过高时EDI就不能正常工作了。
另一方面，不同离子在水中大小和极性存在差异，因此EDI清除这些离子的能力也存在明显差异。
由于这些原因，给水电导率只能作为一个参考指标，而TEA是更为准确衡量给水质量的指标。
3.5污染物对除盐效果的影响
对EDI影响较大的污染物包括硬度（钙、镁）、有机物、固体悬浮物、变价金属离子（铁、锰）、氧化剂（氯，臭氧）。
设计RO/EDI系统时应在EDI的预处理过程除去这些污染物。
给水中这些污染物的浓度限制见3.2节。
在预处理中降低这些污染物的浓度可以提高EDI性能。
其它有关EDI设计策略将在本手册其它部分详述。
氯和臭氧会氧化离子交换树脂和离子交换膜，引起EDI组件功能减低。
氧化还会使TOC含量明显增加，污染离子交换树脂和膜，降低离子迁移速度。
另外，氧化作用使得树脂破裂,通过组件的压力损失将增加。
铁和其它的变价金属离子可对树脂氧化起催化作用和使树脂中毒，永久地降低树脂和膜的性能。
硬度能在EDI单元中引起结垢。
结垢一般在浓水室阴膜的表面发生，该处pH值较高。
浓水区形成一定的垢斑后，垢斑处的水流量降低，由电流形成的热量无法转移，最终会将膜烧坏。
Canpure™EDI组件设计采取了避免结垢的措施。
不过，使入水硬度降到最小将会延长清洗周期并且提高EDI系统水的利用率。
推荐进水硬度<3.0ppm。
悬浮物和胶体会引起膜和树脂的污染和堵塞，树脂间隙的堵塞导致EDI组件的压力损失增加，会引起膜过热烧毁。
有机物被吸附到树脂和膜的表面导致其被污染，使得被污染的膜和树脂迁移离子的效率降低，膜堆电阻将增加。
3.6浓水系统
●Canpure™EDI系统不需要浓水循环，浓水来自EDI自身的产水或者EDI的入水，水流方向与原水入水方向相反，以避免结垢。
●浓水隔板采用弹性材料，防止漏水。
3.7离子性质与运行参数的关系
EDI从水中去除离子的能力与离子的特性有关。
与传统混床一样，树脂对某种离子的吸收能力与离子的大小、水合度、离子的电荷数以及树脂类型有关。
3.7.1离子大小
下表是在25℃的溶液中离子的有效尺寸，其中包括了水合分子。
离子的有效尺寸越大，离子扩散速率越低，越难以被EDI除去。
另外，离子有效尺寸越大，电荷越分散，越不易被树脂吸收。
IonicRadius，Ǻ
Cations
Anions
<3.0
K+，NH4+
Cl-，NO3-
3.5
OH-,F-
4.0-4.5
Na+
SO42-,CO32-
6.0
Li+,Ca2+,Fe2+
8.0-9.0
H+,Mg2+,Fe3+
3.7.2离子电荷
离子所带电荷越多，使之通过离子交换膜需要供给的电压越大，另外，这些离子有较高的水合度，而较大并较重的离子扩散速度也较慢。
3.7.3离子相对树脂的选择系数
下面的表格显示了离子相对树脂的选择性。
这是离子被树脂吸收强度的一种量度，较强的选择性使之不易从混床或EDI泄漏出来。
离子交换树脂对离子的选择性系数表
Cation
Selective
Coefficient
Anion
Selective
Coefficient
Li+
0.8
HSiO3-
H+
1.0
F-
0.1
Mg2+
1.2
HCO3-
0.5
Na+
1.6
OH-
0.6
Ca2+
1.8
Cl-
1.0
NH4+
2.0
NO3-
3.3
K+
2.3
I-
7.3
3.7.4弱带电物质
在常见的pH值和一般的运行条件下，二氧化硅（SiO2），硼（H3BO3）和二氧化碳（CO2）只有少部分以带电离子的形式存在。
这些物质不易被树脂吸收，而电压对它们迁移几乎没有推动力。
EDI必须将之转化成带电离子才能将之除去。
改变其它参数对清除这些离子有利。
增加给水的pH值，更有利于这些化合物转化为带电离子，也就增加了它们被除去的可能性。
在RO之前或之后，CO2可作为气体被除去。
硅酸（H2SiO3）的pK1是9.77；硼酸的pK1是9.28；碳酸的pK1是6.35，所以，在偏碱的pH值范围内才有助于除去这些离子。
3.8温度与运行参数的关系
3.8.1压力损失与温度的关系
压力损失与温度有关，主要是由于水粘性的改变。
下面的表格显示了在不同温度下水的粘度。
压力损失和水的粘度成比例关系。
水的粘度与温度的关系表
Temperature,℃
Viscosity
5
1.51
15
1.14
20
1.00
25
0.89
30
0.80
35
0.72
3.8.2水质与温度的关系
运行有一个最佳温度。
当温度增加到接近35℃时，由于离子“泄漏”的增加，产品水水质将降低。
当温度降低时，产水的表观水质可以得到改善。
其中有电阻仪温度补偿误差的原因，也有由离子交换树脂对离子选择性增强的原因。
但是，如果温度进一步降低，离子通过膜的扩散能力会按指数规律降低，因此使EDI的除盐能力下降，水质降低。
在较低的温度下，可以降低电压以节省能源。
在更低的温度下，为了继续有效地离解水，需要较高的电压。
3.8.3电阻率仪表的温度补偿
电阻率／电导率测量的标准温度为25℃。
在较高的温度下，因为离子的迁移加快，含有离子的水的电导率增高。
对于超纯水，较高温度时，水分解出来的H+和OH-的量更多，电导率增高。
自来水和反渗透水的电导率随温度变化率大约为2%/℃。
超纯水电阻率的变化率约为5-7%/℃。
因此如果工作温度不是25℃，温度补偿很重要。
即使有较好的温度补偿系统，较热纯水的电阻率是很难准确测量的。
下表是不同温度下纯水的电阻率：
不同温度下纯水电阻率表
Temperature，℃
Resistivity，MΩ.cm
15
31.8
25
18.2
35
11.1
3.9流量与运行参数的关系
3.9.1压力损失与流量的关系。
有三种膜压力损失需考虑：
1.产品水对给水的压降
2.浓（极）水出口对入口的压降
每个水流的流量增加均会使该水流的压降增加。
3.9.2浓水压力损失
浓水流量与系统设计、运行设置和组件本身有关。
浓水流量大致与组件的单元数量成正比。
若运行期间浓水的压力损失增加，则需要清洗组件。
CPS系列浓水在标准流量下压力损失一般为223psi。
3.9.3给水-纯水的压力损失：
对每个膜组件，压力损失随流量的增加而增加，如上所述，压力损失将随
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