高純水設(shè)備(EDI)有機(jī)結(jié)合了電滲析(ED)與離子交換(IE)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),以初級(jí)純水作為進(jìn)水可直接生產(chǎn)高純水。填充材料的選擇以及合理的填充方式是這項(xiàng)技術(shù)的核心之一。 目前,高純水設(shè)備的膜堆填充材料主要選擇顆粒狀離子交換樹脂,離子交換纖維和其他成型填充材料雖然也有研究報(bào)導(dǎo),但未見有成熟產(chǎn)品推出。針對(duì)填充方式,目前國內(nèi)、外主要有混合、分層和分置式填充三種。填充材料和填充方式的不同會(huì)使EDI過程產(chǎn)生較大差異,開展這方面的研究有利于更加全面認(rèn)識(shí)高純水設(shè)備的處理過程。 本文選用國產(chǎn)陰、陽離子交換樹脂,分別進(jìn)行混合、分層兩種填充方式的實(shí)驗(yàn)研究。首次采用物料衡算的方法確定EDI膜堆穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),獲取穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制U-i、pH-i和產(chǎn)水電阻率-i特征曲線,從而真實(shí)反映EDI過程的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,以便更加準(zhǔn)確地分析其離子交換和水解離的內(nèi)在規(guī)律。 通過探討EDI過程特征曲線,分析水解離的特征,本文認(rèn)為,隨膜堆運(yùn)行電流密度的升高,水解離、離子遷移和離子交換環(huán)節(jié)將依次成為制約EDI過程深度除鹽的主要因素。同時(shí)得出了水解離環(huán)節(jié)的兩個(gè)觀點(diǎn),即EDI膜堆在較低電流密度下運(yùn)行時(shí),水解離主要發(fā)生在陽膜與陰樹脂接觸區(qū)域;膜堆正常工作時(shí)陰、陽樹脂接觸區(qū)域同樣存在水解離現(xiàn)象。 與此同時(shí),本文也考察了陰、陽離子交換樹脂不同填充比例、不同填充方式等因素對(duì)EDI過程及產(chǎn)水水質(zhì)的影響。結(jié)果表明,樹脂采用混合方式填充時(shí),陰、陽樹脂比例對(duì)高純水設(shè)備的處理過程影響較大,陰、陽樹脂比例為1:2時(shí)甚至不能形成EDI過程;樹脂采用分層方式填充時(shí),每段淡室隔板內(nèi)樹脂填充層數(shù)越多,膜堆性能相對(duì)越佳,除鹽效果也相對(duì)越好。 對(duì)弱解離物質(zhì)CO_2、NH_3和SiO_2的去除實(shí)驗(yàn)表明,進(jìn)水中弱解離物質(zhì)濃度升高,高純水設(shè)備膜堆性能下降,產(chǎn)水電阻率降低,弱解離物質(zhì)去除率也降低,這三者中CO_2對(duì)EDI過程影響*為明顯。 *后,本文在填充材料開發(fā)方面進(jìn)行了初步嘗試,將離子交換纖維進(jìn)行加工處理后填充到EDI膜堆中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明可獲得15MΩ·cm以上高純水。