高純水設備(EDI)有機結合了電滲析(ED)與離子交換(IE)技術的優(yōu)點,以初級純水作為進水可直接生產高純水。填充材料的選擇以及合理的填充方式是這項技術的核心之一。 目前,高純水設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導,但未見有成熟產品推出。針對填充方式,目前國內、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使EDI過程產生較大差異,開展這方面的研究有利于更加全面認識高純水設備的處理過程。 本文選用國產陰、陽離子交換樹脂,分別進行混合、分層兩種填充方式的實驗研究。首次采用物料衡算的方法確定EDI膜堆穩(wěn)定運行狀態(tài),獲取穩(wěn)態(tài)運行條件下的實驗數據,繪制U-i、pH-i和產水電阻率-i特征曲線,從而真實反映EDI過程的實驗現象,以便更加準確地分析其離子交換和水解離的內在規(guī)律。 通過探討EDI過程特征曲線,分析水解離的特征,本文認為,隨膜堆運行電流密度的升高,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。同時得出了水解離環(huán)節(jié)的兩個觀點,即EDI膜堆在較低電流密度下運行時,水解離主要發(fā)生在陽膜與陰樹脂接觸區(qū)域;膜堆正常工作時陰、陽樹脂接觸區(qū)域同樣存在水解離現象。 與此同時,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EDI過程及產水水質的影響。結果表明,樹脂采用混合方式填充時,陰、陽樹脂比例對高純水設備的處理過程影響較大,陰、陽樹脂比例為1:2時甚至不能形成EDI過程;樹脂采用分層方式填充時,每段淡室隔板內樹脂填充層數越多,膜堆性能相對越佳,除鹽效果也相對越好。 對弱解離物質CO_2、NH_3和SiO_2的去除實驗表明,進水中弱解離物質濃度升高,高純水設備膜堆性能下降,產水電阻率降低,弱解離物質去除率也降低,這三者中CO_2對EDI過程影響*為明顯。 *后,本文在填充材料開發(fā)方面進行了初步嘗試,將離子交換纖維進行加工處理后填充到EDI膜堆中進行實驗,結果表明可獲得15MΩ·cm以上高純水。