【EDI技术在发电厂行业化学水处理系统中的应用】 火力发电厂水处理

　　摘 要：EDI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。
　　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。EDI装置将给水分成三股独立的水流：纯水、浓水（循环）和极水（排掉）。经EDI设备处理的补给水水质硬度、电导率、二氧化硅含量均可以达到锅炉污垢运行的标准，有效地避免了高参数发电机组随压力升高，二氧化硅选择性携带所引起的硅垢，降低燃煤能耗小锅炉排污率。对发电机组的稳定运行，电厂的安全经济运行有着不可估量的作用
　　关键词： EDI技术;水处理;应用
　　
　　一、前言
　　大机组的水处理技术既包含与中小机组相似的安全运行必须的补给水处理、给水处理（及汽包炉的炉水处理），又有大机组本身特定的、严格的凝结水处理、水内冷式冷却水处理，以及与环境保护规划相协调的节水型循环冷却水处理、废水处理。特别是临界参数机组的发展，凝结水处理成为必然，凝结水处理设备不仅成为电厂水处理设备必设的主要组成部分，而且更重视设备运行的安全性、性能的先进性和运行的经济性。随着水资源可持续发展战略的深化，节水和环境保护的要求使得循环水处理日渐经引人注目，寻求经济、可靠和少污染以至于无污染的循环冷却水处理方法及水质稳定药剂就成为必然。此外，高参数机组设备材料、运行条件的改变，对给水处理和炉水处理提出了更高的要求：为了更进一步稳定高参数机组发电机的运行效率，减少电流泄漏损失和腐蚀、沉积堵塞使水断路、超温等事故的发生，发电机内冷却水的水质调整也就成为高参数机组电厂化学水处理的常规内容，更多新设备运行到现场实际中来，如反渗透设备EDI设备的应用。
　　目前在发电厂水处理工艺中有如图所示三种方式：
　　第一种方式为传统的除盐方式，水中的盐全部依靠离子交换的方式除去，需要大量酸碱液对离子交换树脂再生，因此运行费用增加，并且再生后的排水对环境也有一定的污染。
　　第二种方式为改良的除盐方式，水中的大部分盐类用反渗透方式除去，但混床中交换树脂的再生仍需要酸碱。因此此种方式只是改良后的除盐方式，运行费用稍有降低，对环境也有污染。
　　第三种方式为绿色的全膜水处理除盐方式，彻底去除了在超纯水制备中酸碱的使用，实现了全过程绿色化。
　　二、以下将介绍绿色除盐方式中的EDI装置的基本原理
　　 电子离子（EDI）是传统离子交换技术的一种演变，在EDI中如同传统的离子交换系统，给水中的阴、阳离子分别与树脂中的氢氧根，氢离子交换，产生除盐水，关键不同之是在EDI中，离子交换树脂是连续再生的，而在传统离子交换系统中，树脂用化学方法间断再生。在EDI中，通过强加直流电和离子交换膜产生的电化学作用实现树脂的连续再生，再后所需的氢离子，氢氧离子通过水的电离反应（H2O―H++OH）就地产生，不需添加任何化学药剂，在EDI中，树脂放在边缘是阳离子交换膜和阴离子交换膜的室中，给水流过树脂，同时，在每个膜块两端的电极上强加直流电使水电离，水中的各种离子被离子交换树脂所交换，再被交换的离子通过各自的相应的离子交换膜迁移到相邻的浓水室，离子进入浓水室后被浓水带走。
　　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装置装将给水分成三股独立的水流；纯水、浓水、和极水。纯水（90%―95%）为是终得到水，浓水（5%―10%）可以再循环处理，极水（1%）排放掉。图表示了EDI的运行基本过程。
　　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的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，二级反渗透装置完全可以满足要求。EDI装置可生产电阻率高达15 MΩ•cm以上的超纯水。
　　三、EDI装置的特点
　　EDI装置不需要化学再生，可连续运行，，脱盐、脱硅效果好，提供稳定的水质，无需酸碱再生，操作管理方便、绿色、环保、节能。进而不需要传统水处理工艺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：
　　1、连续运行，产品水水质稳定
　　2、全自动控制、工作量小
　　3、无须用酸碱再生
　　4、不会因再生而停机
　　5、节省了再生用水及再生污水处理设施
　　6、产水率高（可达95%）
　　7、无须酸碱储备和酸碱稀释运送设施
　　8、占地面积小
　　9、使用安全可靠，避免工人接触酸碱
　　10、降低运行及维护成本
　　11、设备单元模块化，可灵活的组合各种流量的净水设施
　　12、安装简单、费用低廉
　　13、设备初投资大
　　四、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，下面将两种设备在运行各方面中进行比较，来说明EDI装置在水处理中应用的优越性。
　　（1）EDI装置是一个连续净水过程，它如果需要再生时，也是在运行的情况下调到再生位置进行，因此其产品水质稳定，电阻率一般为15 MΩ•cm最高可达18 MΩ•cm，达到超纯水的指标。混床离子交换设备的净水过程是间断式的，在刚刚被再生后，都要经过一段时间的运行，电阻率才能逐渐上升到规定的水质，要求其产品水质较高，而在下次再生之前，在临近终点时，首先是SiO2与Na+的泄漏，然后是电阻率的大幅度下降，其产品水质较差。
　　（2）回收率。EDI系统的回收率，一般在80%―95%之间，具体取值取决于水中CO2含量和硬度，当硬度小于1ppm时，系统的回收率可以为90%，而当硬度小于0.1ppm系统的回收率可达95%，如果投加NaCL溶液，使它的浓缩水的电导率在150us/cm左右，其浓缩水可以回收利用，循环到反渗透的入口，提高了水的回收率，只有极少部分（1%）的极水（含H2，CL2）排放掉。
　　而混床系统再生结束后，还要进行30―60分钟的冲洗及正洗，合格后才能备用或投入运行。
　　（3）模块式设计，可灵活的组合各种流量。各家单位根据自己的实际情况设计出相对优化的单元，这些单元的自由组合，配备相应的大小的整流装置，就可以获得自己所需要的流量要求，比如美国通用公司的一个模元件产水量为3.444m3/h，两个模元件可以组合成为6.888 m3/h的产水装置，十个元件就可以组合成为34.44 m3/h的产水装置，依次类推，使得设计工作简单化，而设计混床则需要设定流速，床高，再生等内容，工作相对比较麻烦。
　　（4）可以有效去除二氧化硅
　　我厂新投产时2006年EDI产品水SiO2在0.6―5ug/l 之间，三年后（2009年）EDI产品水SiO2在5―9 ug/l 之间，其机理与水质优于混床。
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　　五、DEI装置运行中的注意事项
　　虽然EDI有许多优点，但是它也有不足，首先它对细菌的抗污染能力较低，当有细菌在其内部繁殖时，将会大幅度降低膜堆的性能，所以一般要求停机超过三天，就必须注入5%的NaCL溶液进行保护，或者是不间断运行，防止细菌生长，其次，EDI模块维修也比较困难EDI装置由于是精处理设备，它的内部结构也是很精细的。EDI装置每个制水单元均由一组树脂，阴阳离子交换膜和隔网组成，在组装上是一次成型的。如果出现问题需要返厂处理，因此，EDI装置对进水水质的要求是很严格的，如果EDI装置由于化学污染造成运行中出入口压差增大，出力降低，是可能通过化学清洗除去化学污染恢复它的正常运行出力的，如果是物理污染EDI装置出入口压差增大，运行出力降低，是很难通过化学清洗消除掉的，一但发生物理污染，轻微的影响EDI模块的运行出力，如果严重的话，EDI模块的使用寿命很快缩短，以至于EDI膜块报废
　　六、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。在我国应用时间只有十年左右，主要用于医药和微电子工业的超纯水的处理，而在发电行业化学水处理系统中的应用刚刚兴起。
　　目前在部分热电厂如大连泰山发电厂已采用了EDI技术处理锅炉补水。此系统主要包括加药系统、多介质过滤器、活性碳过滤器、超滤、反渗透、EDI设备。处理水量120t/h―160 t/h运行良好。赤峰热电厂四期工程已采用了EDI技术处理锅炉补水，处理水量124 t/h。于2006年11月份投入运行，运行良好。
　　7、结束语
　　EDI装置作为一种新兴的制水工艺，它属于水精处理设备，它不仅具有很低能源消耗，而且具有自动化程度高、连续运行、水质高、占地少、不需酸碱、利于环保等优点，具有广泛的应用前景。
　　
　　参考文献：
　　〔1〕张葆宗.反渗透水处理应用技术. 北京中国电力出版社，2004年.
　　〔2〕周柏青. 全膜水处理技术.北京电力出版社，2005年.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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