电去离子设备(EDI设备)可以满足日益增长的对高纯水的需求。Electropure，从前的HOH水技术公司，在20世纪80年代一直是EDI技术的带头人。发布于1984年的O’Hare技术奠定了EDI技术的基础。

EDI工艺系统代替传统的DI混合树脂床来制造去离子水。与DI树脂不同的是，EDI在更换树脂床或使用化学试剂进行树脂再生时并不需要关闭系统。正因为如此，EDI：水质不稳定因素减少到最少的运行成本。

EDI主要是从与反渗透(RO)及其它纯化设备处理过的水中去除离子。我们的高质量模块可以连续产生高达18.2MΩ.cm的超纯水。EDI可以连续运行或者间歇运行。

比传统离子交换EDI之处

EDI不需要酸碱化学试剂用于再生(就像离子交换系统DI的树脂再生)。

EDI再生时不需要关闭设备。

ElectropureEDI模块在市场上每单位流量中最小、最轻，因此EDI趋于紧凑。

产品水水质稳定一致。

所需能源少。

资金的使用经济—节约了运行费用。

电去离子(EDI)工艺

Electropure EDI的设计包括了两个成熟的水净化技术—电渗析和离子交换树脂除盐。通过这种革命性的技术，用较低的能源成本就能去除溶解盐，而且不需要化学再生。它能产生好几个兆欧(MΩ·cm)电阻率的高质量纯水，且能够连续稳定大流量的生产。

Electropure EDI通过一个电势迫使离子从进水流中分离出来，再进入与进水流毗连的水流中。EDI与ED不同的是在淡水室中使用了树脂—这种树脂允许离子在很低电导率的水中更快地迁移。

树脂在稳定状态下工作，它们的工作不像一个离子汇聚库，而更像是一个离子输送的导体。

Electropure EDI技术总述

电去离子(EDI)工艺采用一种离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下两个电极之间(阳极(+)和阴极(-))，在两极间的直流电源电场从RO预处理过的水中去除离子。

离子选择性膜同离子交换树脂有着相同的工作原理和原材料，他们用于将某种特定的离子进行分离。阴离子选择性膜允许阴离子透过而不能透过阳离子，阳离子选择性膜允许阳离子透过而不能透过阴离子，这两种膜不允许水透过。

通过在一个层状、框架式的组件中放置不同的阴离子选择性膜和阳离子选择性膜，就建立了并列交替的淡水室和浓水室。离子选择性膜被固定在一个惰性的聚合体框架上，框架内装填混合树脂就形成淡水室，淡水室之间的层就形成了浓水室。

EDI基本重复单元叫做“膜对”，见插图1。模块的膜对放置在两个电极之间，两电极提供直流电场给模块。在提供的直流电场推动下，离子通过膜从淡水室被输送到浓水室。因此，当水通过淡水室流动时，逐步达到无离子状态，这股水流就是产品水流。

流入Electropure EDI模块的RO水被分成了三股独立的水流：

1、产水水流(高达99%的水回收率)。

2、浓水水流(一般为5~10%，可以循环回流到RO进水)。

3、极水水流(0.5~1%，阳极+阴极统一排放)。

浓水室和产水室(纯化)在由变换的阴离子和阳离子渗透膜组成的蜂窝式的堆栈中形成单丝屏幕空格。这些形成了两个截然不同的、变换的流体腔体。嵌入高聚材料框架的离子选择性膜和装满离子交换树脂形成纯化室。

EDI基本的工作单元称为“膜对”在图2中画出。“膜对”堆栈位于给模块施加直流电压(DC)的两个电极之间。

第3股水流(极水)持续不断地流过阳极和阴极，阳极液首先流入阳极室，阳极室是位于阳极和临近的阴离子选择性膜之间，在该室PH值下降，产生Cl2和O2。极水流然后流入阴极室，阴极室是位于阴极(-)和一个临近的阳离子选择性膜之间。在阴极室，产生H2(氢气)，因此，极水室排出不想要的氯气、氧气和氢气。

Electropure EDI工艺详细描述

来自城市水源的水中含有钠、钙、镁、氯化物、硝酸盐、碳酸氢盐、二氧化硅等溶解盐。这些盐由带负电的离子(anion)和带正电的离子(cation)组成。98%以上的离子都可以通过反渗透(RO)处理得以去除。城市的水源还含有有机物、溶解气体(如：O2，、CO2)、微量金属和其它微电离的无机化合物，这些杂质在工业应用过程当中必须去除(如硼和硅)。RO系统和其预处理也可以去除许多这些杂质。

RO产水(EDI进水)的电导率理想范围一般在4-20µS/cm，而根据应用领域的不同，超纯水或去离子水的电阻率一般在2-18.2MΩ.cm之间。通常，EDI进水离子越少，其产品水质量越高。

Electropure EDI工艺从水中去除不想要的离子，依靠在淡水室的树脂吸附离子，然后将它们迁移到浓水室中。

离子交换反应在模块的淡水室中进行，在那里阴离子交换树脂释放出氢氧根离子(OH-)而从溶解盐(如氯化物、Cl-)中交换阴离子。同样，阳离子交换树脂释放出氢离子(H+)而从溶解盐中(如钠、Na+)交换阳离子。

从水流中去除离子的吸附步骤，在模块中的停留是有限的(近似10~15秒)。当被吸附时，离子仅仅被外在的直流电场驱动迁移。

一个直流(DC)电场通过放置在组件一端的阳极(+)和阴极(-)实现。电压驱动这些被吸收的离子沿着树脂球的表面移动，然后穿过离子选择性膜进入浓水室。直流电场也裂解水分子形成氢氧根离子和氢离子：H2O=OH-+H+

离子交换膜由垂直线表示，这些垂直线根据离子穿透性的不同标注成不同的几项。因为这些离子选择性膜不允许水穿过，所以他们对水流来说是个屏障。

带负电的阴离子(如OH-、Cl-)被吸引到阳极(+),并且被阴极排斥。这些离子穿过阴离子选择性膜，进入相邻的浓水室，而不会穿过相邻的阳离子选择性膜，并滞留在浓水室，并随浓水流出浓水室。在淡水室中带正电的阳离子(如H+、Na+)被吸引到阴极(-),并且被阳极排斥。这些离子穿过阳离子选择性膜进入临近的浓水室，他们在那里被临近的阴离子选择性膜阻挡，并随浓水流出浓水室。

在浓水室中，仍然维持电中性。从两个方向输送过来的离子彼此相互中和。从电源流过来的电流跟移动离子的数目成比例。水裂解离子(H+和OH-)和现存的离子都被迁移并且被加到所要求的电流之中。

当水流流过两种不同类型的腔体时，淡水室中的离子就会被去除，同时被收集到邻近的浓水流之中，这就可以从模块中带走被去除了的离子。

在淡水室和(或)浓水室中使用离子交换树脂是Electropure EDI的关键技术和技术。在淡水室中还会发生一个重要现象，在电势梯度高的特定区域，电化学“分解”能够使水产生大量的H+和OH-离子。这些区域中产生的H+和OH-离子在混合的离子交换树脂中可以使树脂和膜不断再生，并且不需要外加化学试剂。

恰当的处理EDI进水对于EDI理想的性能表现和EDI系统工作是一个基本要求(实际上对于任何基于离子交换树脂的去离子系统都是这样)。进水流中的污染物质对去离子组件会产生负面影响，要么增加维修频率，要么减少模块的使用寿命。因此，RO系统的品质和它的预处理是需要审定的。

各种离子去除特性

在EDI除盐过程中用相同的效率并不能去除所有的离子。这个事实会影响产品水的质量和纯度。

首先去除简单离子。

离子以电荷大、质量小和树脂对其吸附能力去除效率高。这些典型的离子包括：H+、OH-、Na+、Cl-、Ca+2和SO4-2 (和一些相似的离子)。

在EDI模块的个区域，相较其它离子，这些离子优先被去除。这些离子的数量直接影响到其它离子的去除。自H+和OH-离子变得平衡后，PH值接近7.0。

EDI模块的个个区域被称为“工作床”。

其次去除中等强度离子和极化离子 (例如，CO2)。

CO2是常见的EDI进水组成。CO2有着复杂的化学发应，依据其H+离子当地区域的浓度，被认为是可以适度的离子化：CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3- = 2H+ + CO3-2

当PH值在这个部分接近7.0左右时，大部分CO2以重碳酸盐(HCO3-)形式存在。重碳酸盐被阴离子树脂微弱地吸附，如此仍然不能与“简单”离子(例如Cl-、和SO4-2) 相抗衡。

在EDI模块的第二个区域， CO2(包括它所有的形式)相较于强度更加微弱的离子优先被去除。EDI进水中CO2和HCO3-的数量强烈影响产品水最终的电阻率以及二氧化硅和硼的去除效率。

在Electropure XL系列产品中发现，只要CO2(其所有形式)少于5mg/L，就能得到高品质的超纯水。如果CO2含量是大于10mg/L，它会影响离子的总体去除率以及严重影响EDI产品水的品质和二氧化硅的去除。

去除强度微弱的离子 (例如.，溶解的二氧化硅和硼)。

因为例如二氧化硅分子的离子化能力相当微弱，并且难吸附在离子交换树脂上，使用任何反电离过程都很难将之去除。

如果已经去除了所有的“简单”离子， 并且去除了所有CO2，EDI模块就能集中去除电离能力微弱的物质种类。在模块第三个区域的停留时间非常重要。停留时间越长，去除效率就越高。第三个区域较长的停留时间，需要RO产品水的电导率达到。

EDI模块的第二个区域和第三个区域被成为“抛光床”。EDI进水中不同的离子种类，以及它们的浓度，直接影响着EDI的工作性能和效率。

污染物的影响

消极影响EDI工艺的主要污染物包括：硬度(钙、镁)、有机物(TOC)、颗粒、SDI、活性金属(铁、锰)、氧化剂(氯、臭氧)和二氧化碳。

为RO/EDI系统设计的预处理过程要能够从进水流中尽可能除去这些污染物。在以下的进水章节给出了低要求。为了加强EDI的性能，较好的系统设计应该会大大低于这个水平。手册后面还列出了水处理方法的建议。

硬离子能够导致反渗透和EDI单元引起结垢，这时，在浓水室中阴离子选择性膜表面pH值很高，浓水室中的压力降将会升高，电流效率则会降低。Electropure EDI模块的设计可以避免结垢，然而最小的进水硬度可以延长两次清洗之间的时间。

有机物质(TOC)能被树脂和膜表面吸附，会引起活性层受阻，一旦树脂和膜受阻，去离子的效率将会降低，模块电阻也会增加。

颗粒物质(SDI)、胶体和悬浮颗粒大量涌入会造成膜和树脂的阻塞。树脂的微孔阻塞使通过模块的压力降上升。

铁和其它活性金属可以崔化氧化树脂，并且可以强烈的被树脂和膜吸附，从而使其能力衰减，这些在低ppm浓度就会发生。

氯和臭氧会损坏离子交换树脂和离子选择性膜并且导致树脂疏松，从而降低容量。氯是一种氧化剂，氧化后使TOC显著增长，其副产物会使阴离子树脂和膜引起污染，降低树脂交换性能，氧化也能引起树脂裂解和压力降上升，模块寿命缩短。理想的浓度水平为零。

CO2：二氧化碳有两个影响，，CO32-与Ca2+和Mg2+起反应形成碳酸盐结垢。这种水垢随进水浓度、温度和pH值的变化而变化。第二，因为CO2的电荷随它的pH值的变化而变化，而且通过RO或EDI去除它都要依电荷而定，所以它的去处效率将会不断变化。即使低的CO2水平(低于5ppm)也能影响产品水电阻率和硅硼的去除效率。

术语表

阴离子：一种带有一个或多个负电荷(如Cl-、OH-、SO42-)的离子(带电原子或原子团)。

阳极：一种带正电的电极，吸引阴离子，表层涂钛。

阳极电解液：阳极附近含有阴离子和收集气体的水溶液。

阴极：一种带负电的电极，吸引阳离子，通常由不锈钢制作。

阴极电解液：阴极附近含有阳离子和收集气体的水溶液。

阳离子：一种带有一个或多个阳电荷(如Na+、NH4+和Ca2+)的离子(带电原子或原子团)。

浓水流：流经浓水室并收集离子的水流。

电导率：水传导电流能力的一个电学测量参数，其值随水中离子的浓度和水温的变化而变化。

单位是μS/cm，一般是指25℃。

直流(DC)电流：电流不改变状态，在EDI系统中与移动的离子数量成比例，包括水裂解的离子。

直流(DC)电压：电压不改变极性。电去除离子只有在这种形式的能量下才能发生。在直流电压中会有一些交流的电压成份存在。

电极：传导电场的金属板(阳极和阴极)，并且促进电化学反应发生，电极通过导线与外部电源相连。

电解液：电极附近的离子溶液。Electropure 单元将两种电解液汇成一股，在通过“电解液出口”

导出端口将它们输送到模块之外。

进水：垂直进入EDI模块的水。它将供应给淡水室、浓水室和极水室。

这种水的水源就是反渗透的产品水。

GPM(gpm)：加仑每分钟。水流量的一个测量参数。1.0gpm相当于227升/小时，4.4gpm相当于1.0m3/hr。

离子交换膜：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有选择性作用的薄膜，且不允许水通过。

离子交换树脂：含有离子交换基团，对阴离子或阳离子具有吸附作用的树脂球。

兆欧：(MΩ.cm)电学测量参数的单位，用于计量从去离子系统中出来的水的纯度。它是一个电阻参数。不含杂质的超纯水在25ºC时可以达到18.24兆欧.厘米(MΩ·cm)。

PH值：氢离子(H+)浓度的一个测量参数。PH值用对数从0到14来表述。 PH值为0或在0附近的是强酸性，PH值为7为中性，PH值为14或在14附近是强碱性。

分解：水在电流的作用之下分解成H+和OH-，这种情况发生在淡水室中离子相应较少而电压较强的情况下。它导致水的分解以传导电流。一般情况下电流靠溶解盐中的离子传导。PH值的波动一般跟分解作用有关。水的极化分解作用可以使离子交换树脂再生。

ppb：十亿分之一，或μg/l。用于衡量水中离子的数量，如：超纯水中的硅含量。

ppm:百万分之一，或mg/l。用于标识水中总溶解固体数目(TDS)的参数单位。这个参数单位一般用于描述进入EDI模块的水流的纯度。在低电导率时，1ppm近似等于2μs/cm。

成品(淡水)水流：流经纯化室或淡水室的水流。这股水流就是去离子水。

电阻率：描述水阻挡电流的能力的测量参数。离子浓度降低，电阻率就增加;离子浓度增加，电阻率就降低。这个参数与用EDI实现的去离子水平有关。不含杂质的超纯水在25℃可以达到18.24 MΩ.cm。

盐：由金属或带正电的根原子团或部分取代酸中的氢离子之后形成的一种化合物。盐类举例：

EDI技术总结

Electropure受技术权保护的电去离子(EDI)模块的高效性能，在连续的电去离子过程中已经得到验证。“Electropure XL系列”EDI对DI混合树脂床系统来说是个非常经济的转型产品，它有着许多优点。虽然建设EDI系统的基建成本比混合树脂床系统高，但是运行成本和其它的工艺优点对于使用Electropure EDI是大有裨益的。

产品应用和纯度特性

超纯水用于微电子和半导体生产，也用于生物医学和实验室研究，还用于药品制造业，作为蒸馏的预处理，发电过程当中的锅炉水，食品和饮料业以及需要用到去离子水的各种工业领域。

下面是典型的工业行业的离子含量规范。这些并不代表工业用纯水中的全部规范，而只是与EDI 有关的一些规范指标。

电子一级E-I ：这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在1.0µm以下的产品设备上 。这是超纯水在大容量和最临界状态的应用。

电子二级 E-II：这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在5.0µm以下的产品设备上。这种水应该是足够的为生产大多数大容积产品， 产品尺寸在1.0µm 之上和在5.0µm以下。

电子三级 E-III：这种水将被分类作为微电子用水，被使用在生产宽度在5.0µm以上的产品设备上 。这种等级的水可以被使用来生产稍大的组件和一些小的组件，水中的痕量杂质不会产生影响。

电子四级E-IV：电子级的水被分类可以作为非临界电镀用水和其它普通用途用水，这些水由于储存在水箱因而会一直与大气相接触。

上面的图2显示了进水与成品水的初始压降。这时测量仪表的安装与进口和出口的接口装置非常接近。

当水温不在25℃时，压力降会发生戏剧性的改变。

在多数线条中可以看出显著的压降趋势。Electropure公司发现有的用户将只有30psi压力降的模块误认为有80psi的压力降，其中的50psi是由于太小的管道、计量阀门、流量计、电磁阀、弯头和三通引起的。

出水口压力对产水质量和内部泄漏的影响

由于平板和框架式的模块是拼在一块儿的并且用密封垫片密封，不可避免会发生内部泄露。在一个EDI模块中，如果浓水泄漏到淡水室，就会使产品的电阻率遭受到大的影响。

产水出口压力必须大于浓水出口压力。

为了确保内部泄露不至于影响到产品的质量，成品水的出口应该有比浓水流和极水流更高的压力。这样任何泄露都不会增加成品流中的离子数目。

对于简易的系统，浓水流出口处不能有背压施加，在系统中，有手动阀门控制浓水的背压，会导致操作的复杂和操作的失误。

当输送浓水到RO的进水口，将浓水垂直灌入外部的水箱，然后独立用泵送到RO的预处理系统。当这样做时可以使模块回收率接近99%。