1.1 EDI的工作原理

电去离子（Electrodeionization  简称EDI）是将电渗析膜分离技术与离子交换技术有机地结合起来的一种新的制备超纯水的技术，它利用电渗析过程中的极化现象对填充在淡水室中的离子交换树脂进行电化学再生。

EDI膜堆主要由交替排列的阳离子交换膜、浓水室、阴离子交换膜、淡水室和正、负电极组成。在直流电场的作用下，淡水室中离子交换树脂中的阳离子和阴离子沿树脂和膜构成的通道分别向负极和正极方向迁移，阳离子透过阳离子交换膜，阴离子透过阴离子交换膜，分别进入浓水室形成浓水。同时EDI进水中的阳离子和阴离子跟离子交换树脂中的氢离子和氢氧根离子交换，形成超纯水。超极限电流使水电解产生的大量氢离子和氢氧根离子对离子交换树脂进行连续的再生。传统的离子交换，离子交换树脂饱和后需要化学间歇再生。而EDI膜堆中的树脂通过水的电解连续再生，工作是连续的，不需要酸碱化学再生。

1.2 EDI的发展历史

受成本、环境和质量因素的影响， 超纯水的生产工艺在.近的几十年内经历了很多变化。一个趋势特别明显，即减少对离子交换（IX）的依赖程度，其目的在于将化学药品使用减少到.低，并提高水的利用率。反渗透（RO）技术能将水中95%-98%的离子去除，从而大大减少了酸碱的用量，但还不能完全不使用化学药品。为了制备超纯水，通常采用反渗透＋混床工艺。混床离子交换技术一直作为超纯水制备的标准工艺。由于其需要周期性的再生，在再生过程中使用相应的化学药品（酸碱），已无法满足现代工业清洁生产和环保的需要。于是将电渗析技术和离子交换技术有机结合形成的EDI技术成为水处理技术的一场革命。

1.3 EDI的应用领域

EDI技术具有技术先进、操作简便、无污染，是清洁生产技术，在微电子工业、电力工业、医药工业、化工工业和实验室等领域得到日趋广泛的应用。

2.1  产水流量

流量过低会增加滞流层，浓差极化程度大，影响离子的迁移，而且可能造成水温升高，膜堆部件受热变形。

流量增加虽然能改善因流量低引发的上述问题，但是水在淡水室中停留时间过短，水中的离子来不及迁移出去，导致产水水质差。过高的产水流量会使操作压力上升，引起密封失效等故障。所以EDI膜堆都有一个适宜的产水流量范围。

2.2 浓水流量

浓水流量对浓水室膜表面结垢有显著的影响。流量越低，越容易在浓水室形成结垢。浓水流量过大，将增加浓水循环泵的流量和能耗。

2.4 .高工作压力

EDI膜堆的强度和内部密封条件有一定的限制，所以操作压力不能过高，.高工作压力为0.4MPa。

2.5 压降及压差

淡水室、浓水室、极水室水流通道不同，水流过三室的压降也不同，所以即使进出口的相等，出口的压力并不一定相等。通过调节各室的流量达到所需要的压降。由于EDI膜两侧存在较大的离子浓度差，如果浓水通过膜渗入产品水中，产品水水质会迅速下降。淡水室压力一般比浓水室压力高0.03-0.07MPa,以防止浓水渗入产品水中。

2.6 电流

EDI膜堆的电流是离子迁移和水电解的结果。如果电流过小，产品水中的离子不能被完全清除，部分离子被树脂吸附，短时间内产水水质不会有太大改变。但当树脂失效后，产品水质大幅下降。电流过大则使水分解过多，在极室形成大量的气体，消耗能耗过多，温度上升，烧坏膜堆。如果进水水质较好，运行电流可以适当降低，进水水质较差的话应提高操作电流，但.高不能高于5A，实际调试时，电流应根据现场的实际情况而定，在保证产水水质的前提下，以尽可能低的电流来运行。

2.7 电压

电压是形成电流的推动力。水中离子浓度大，电阻小，在恒定电压的条件下所形成的电流大。相反，在恒定电流的条件下，水中离子浓度大，电阻小，所需要的电压小。水中离子的浓度变化范围很大，

2.8 电阻

电阻的范围也很大。在制备高纯水时，水的电阻很大，使操作电压过高，通常在浓水室加盐提高离子浓度，降低电阻，降低操作电压。

2.9回收率

EDI膜堆的水回收率定义为：

Y=QP/(QP+QB)×....

Y=回收率

QP =产水流量    

QB=  浓水流量      

在EDI膜堆运行过程中，淡水中的盐分几乎全部迁移到浓水中，所以，浓水中盐的浓度随回收率的递增而增加。如果浓水排放液流量太低，则会超过所要求的.大回收率，浓水室开始结垢。必须严格设定浓水排放流量和保持合适的回收率。

2.10 温度

EDI的运行需要适宜的温度范围。当温度升高时，由于离子的活度增大，在电场的作用下更容易迁移，有利于产品水质的提高。当温度高于35℃时，离子不易被树脂吸附，离子的泄漏量增加，产品水质下降。当温度过低时，水的粘度增大，水流阻力增加，同时水的电阻增加，操作电压上升。EDI的运行温度范围是5-25℃。

三. 进水水质要求

下面讲述的每一项指标均为EDI系统正常运行的.低进水条件，为了系统长期稳定的运行和获得较高的产水水质，在系统设计时应当适当提高。

3.1.前处理工艺设定：

一般情况下为一级反渗透+软化器，或者是双级反渗透。

3.2.TEA（总可交换阴离子，含CO2以CaCO3计）≤25ppm

   原水中离子杂质的限定：

   TEA<25ppm,以CaCO3计

   TEC<25ppm，以CaCO3计

一般地，可交换阴离子（TEA）总负荷大于可交换阳离子（TEC）总负荷的原因在于无处不在的CO2。因此系统设计通常以TEA为基础。TEA包括所有的阴离子和以阴离子形式被EDI去除的物质。

3.3 原水硬度

 对于原水硬度的限制是为了防止EDI膜堆里的结垢。EDI中电解产生的OH-离子在阴离子膜的浓水表面维持一个较高的pH值,该表面能形成钙、镁的结垢（碳酸盐、氢氧化物）。阴极表面也是高PH的位置，原因在于OH－离子的再生与水的电解有关。这些污垢能用化学清洗方法来清除。

原水硬度限定操作条件

在进水硬度<0.1ppm时，系统的.高回收率为95%；而当进水硬度在0.1-0.5ppm时，浓水中需要加盐来调节浓水电导率，并且系统的.高回收率为90%，而且需要定期清洗。在进水硬度为0.5ppm以上时，建议添加辅助设备以降低硬度。

EDI原水硬度能通过以下方法来降低：

－使用脱盐率较高的RO膜

－使用双级反渗透

－软化RO渗透液

3.4 变价金属Fe、Mn<0.01 ppm

铁、锰等高价离子会使膜堆中的离子交换树脂有中毒作用，这比铁、锰离子在混床中的中毒现象还要严重很多，由于膜堆中的树脂总量比混床里的少很多，所以使树脂全部中毒时间会比混床短很多倍。因此应严格控制进水的铁、锰含量。

3.5 CO2<5 ppm

因为二氧化碳在不同PH值下的存在形态不同，因此CO2是导致产水水质的差的首要原因。在膜堆内CO2转化成为HCO3-。在阴离子的交换膜附近高PH处还会转为CO32-。CO2的含量将明显的影响产水水质。如果包括CO2在内的TEA超过25ppm，膜堆将不能制备高纯度的产水。可以通过调节RO进水pH值或使用脱气装置来降低CO2量。

3.6电导率

电导率是水中离子总量的综合指标，但它只能作为EDI进水水质的一个参考性指标，不能直接代表纯水水质。其中.主要的原因是电导率不能真实反映水中弱电解质的含量，比如二氧化碳，同样是产水为5μs/cm的RO产水，其二氧化碳含量有可能是1ppm也有可能是5ppm。

3.7可溶硅：≤0.5ppm

硅是许多发电和半导体装置中的必须要控制的杂质。通常，大部分有活性的硅被RO脱除。RO产水中残留的硅能被EDI有效地去除。

3.8 有机物（TOC）：≤0.5ppm

3.9 H2S: ≤0.01 ppm

3.10  SDI：≤1.0

3.11  PH：5-9

PH值是影响进水二氧化碳的重要指标，当进水总硬度低的情况下，可通过适当提高PH值，提高产水水质。

3.12  余氯：≤0.05 ppm   

余氯对离子交换树脂的氧化作用会使树脂..性的损伤。

3.13  油或油脂：不能检出

四、EDI全系统组成及设计

  EDI进水水质对系统的长期运行极其重要，不合格的进水会使EDI膜堆很快损坏。膜堆的寿命、产水水质、维修频率都取决于进水水质。为了能得到一个合格的进水，其常规的前处理设备如下：

4.1反渗透设备

反渗透技术近年来在水处理领域得到了迅猛发展，其工艺水平已经相当成熟，反渗透系统在整个水质纯化过程中起着重要的作用。一级RO，特别是二级RO能有效的去除原水中的大部分溶解盐类和有机物。

有关RO及其预处理系统的设计请参照有关技术资料。

注：

a.在反渗透特别二级反渗透出水PH值较低的情况下要加适量的碱，以提高PH（其原因详见上一章）

b.反渗透设备应设置开机自动冲洗系统，因为反渗透刚开机几分钟内的水质会很差，这一部分水进入EDI将不能产出高品质的纯水并且有可能污染EDI膜堆

4.2软化器

  当反渗透产水的硬度大于0.5ppm（CaCO3）时应在反渗透前或反渗透后面增加软化设备。软化器能去除给水中的Ca2+、Mg2+、Fe3+和其它金属离子。建议软化装置安装在RO前面，如果安装在RO之后，虽然可以减小装置，降低投资成本，但软化有时会给RO的产水带来污染，诸如有机物和铁等。为了避免这些污染，在软化器投入使用之前应对软化器内的树脂进行严格的清洗。

4.3脱气装置

   为了得到高品质的产水，应严格控制CO2指标。当CO2 大于5ppm或者TEA高于25ppm时，应考虑使用脱气装置。可以选择脱气塔或脱气膜。该装置同样.好放置在RO之前，这样能避免RO产水的再次污染。

4.4电源

  尽量采用每个膜堆配备一个不小于5A的直流电源，并且在0-5A的范围内应可调。

  多个膜堆同时使用一个直流电源时，.好实现每个膜堆电压/电流可以独立调节，并配备独立的电压表和电流表。

4.5仪表

电阻率仪：测EDI产水的电阻率

电导率仪：测EDI进水电导率

流量计：共三只，分别测量EDI产水流量、浓水排放流量、总进水流量。

压力表：测量EDI进水压力、产水压力、浓水进口压力、浓水出口压力

五、安全

5.1 排放水中含有少量的氢气，系统运行时应将极水排出室外，并保持室内空气流通。氢气的爆炸极限是4%（V/V），一般的安全界线是1%。

5.2 EDI设备是一个水电并存的系统，因此要特别注意安全问题。膜堆本身应通过电线接地。注意应在停机的状态下检修！

七、解决问题和故障排除

故障排除指南

EDI系统操作规程

一、 对照流程确认管路安装接口是否正确。

二、 确认膜块上的螺丝是否紧固。

三、 确认膜块直流电的接线方式是否正确。

正确接法是：红色线+极   绿色线—极  黄绿线接地

四、 确认EDI供水泵的相序，确保水泵运转方向与箭头方向一致。

五、 开启反渗透（RO）系统运行30分钟，用RO水将RO储水桶清洗干净，并将清洗后的水排放干净。再次开启RO系统制水，取RO水箱出口水样检测确保电导数据和RO系统检测数值一致或接近。若偏差太大，请勿开启EDI系统，否则EDI产水水质难以在短时间内提高，严重时有损坏膜块的风险。

六、 打开EDI膜块的淡水和浓水入口处活接,开启EDI供水泵将入口处管道冲洗干净。

七、 旋紧EDI膜块的淡水和浓水入口处活接，开启EDI供水泵将进出水流量和压力调整到标准运行范围内。具体数据请参照随机《运行记录表》。

八、 流量和压力调整合适后，开启EDI直流电源，将电流调整到2.5A(电压数据不做参考)。

九、 观察EDI运行数据，确保各项参数都在标准范围内运行，如有波动请实时调整。

十、 调试全系统的电气控制系统，保证系统能安全自动开机与关机。重点注意EDI水泵开启后，满足压力或流量10秒后再启动直流电源。禁止启动电源同时启动直流电源，以及EDI水泵不与RO水箱低液位互锁。（EDI膜块在缺水状态下通电将会使膜块出现不可修复的损坏）

十一、 日常关机。

日常下班或不用水时关闭EDI系统总控制电源即可。其他阀门或开关无需操作。

十二、 日常开机。

上班开机时只需开启EDI控制系统的总电源，观察各项运行参数是否在标准范围内，如有偏差实时调整即可。

十三、 当EDI系统在运行过程中出现流量低报警时，请检查各管路的阀门状态及流量是否在标准范围内，按下报警复位按钮系统将解除报警。

十四、 长期停机。

EDI系统长时间停用时，关闭系统总电源，关闭膜块的进出口阀门，确保膜块内不缺水以及有灰尘、污染物进入膜块内部。并保证每周运行1-2次，每次30分钟。

十五、 EDI膜块的再生（再循环）。

当膜块产水品质下降，和进水品质不佳，以及膜块执行清洗程序后，就需对膜块进行电再生。再生的方法有如下2种：

1. 降低产水流量到标准数据的一半，提高浓水流量1倍。提高直流电流到3.5A..保持压力参数不变。如此运行4-5小时，然后恢复到正常运行状态，膜块的水质将有所提高。

2. 在系统配管时，考虑配备EDI产水循环管路。即将EDI的产水回流到RO水箱的管路。在需要再生时将EDI产水回到RO水箱。将电流提高到3.5A运行。约4-5小时后，将产水切换到超纯水箱。降低电流正常制水。膜块的水质会有所提高。建议用方2进行再生。效果明显且操作简单。