1、E-Cell MK-3 EDI連續電去離子技術原理介紹,超純水系統去離子脫鹽技術的發展,MK3 EDI,Pretreatment 預處理,Cation IX 陽離子交換樹脂,Acid 酸,Caustic 鹼,Anion IX 陰離子交換樹脂,Mixed Bed 混床,Pretreatment 預處理,R.O. 逆滲透,Mixed Bed 混床,Caustic 鹼,Acid 酸,Pretreatment 預處理,R.O. 逆滲透,連續電去離子技術,To Save Space,Chemical Free,EDI是什麼?,EDI(Electrodeionization)中文全稱“連續電去離子技術”,
2、 其主要用於替代傳統混床技術.EDI 技術是離子化物質在電場的作用下,透過導電物質從產水中遷移出去,以達到生產高純水的過程.,陰/陽離子交換膜 濃水室流道 陰/陽電極 陰/陽離子交換樹脂,E-Cell EDI 架構組成:,陰極板,陰離子交換膜,濃水室,陽離子交換膜,淡水室,E-Cell 膜塊分解圖:,Mobile Counter Cations,Water-Filled Passage,Fixed Anion Sites,Polymer Support Structure,S O,-,O,O,S O,-,O,O,S O,-,O,O,Na,+,Na,+,Na,+,Mobile Counter A
3、nions,Water-Filled Passage,Fixed Cation Sites,Polymer Support Structure,陽離子交換膜,陰離子交換膜,陰/陽離子交換膜,Mobile Counter Anions,Water-Filled Passage,Fixed Cation Sites,Polymer Support Structure,陰離子交換膜,陰離子交換膜,Mobile Counter Cations,Water-Filled Passage,Fixed Anion Sites,Polymer Support Structure,S O,-,O,O,S O,-
4、,O,O,S O,-,O,O,Na,+,Na,+,Na,+,陽離子交換膜,陽離子交換膜,HCO3-,- - - -,Cathode陰極 (-),+ + + +,Anode陽極 (+),SiO2,CO2,Na+,SO4=,Cl-,Ca+,GE Ecell MK3 EDI工作原理,EDI去水中鹽分可分為兩個階段: 第一階段:強電離性離子遷移時段(高鹽分區域) 第二階段:弱電離性物質電離時段(低鹽分區域),EDI工作原理,第一階段:強電離性離子遷移階段,樹脂呈飽和狀態. 強電離性離子在樹脂表面可控制的擴散. 離子透過擴散從水中擴散進樹脂中. 離子在電場作用下,沿樹脂表面運動. 離子到達並穿過離子交換
5、膜進入濃水室.,第二階段:弱電離性物質電離階段,樹脂呈H+ 或OH-狀態 透過電離回應,去除水中弱電離性物質(弱酸,弱鹼)CO2 + OH- - HCO3- pKa = 6.4HCO3- + OH- - CO3= pKa =10.3SiO2 + OH- - HSiO3- pKa = 9.8H3BO3 + OH- - B(OH)4- pKa = 9.2NH3 + H+ - NH4+ pKa = 9.2,離子交換過程,陽離子 樹脂,陰離子 樹脂,Na+,Cl-,H+,OH-,H2O,+,淡水室,陽樹脂,陰樹脂,陽離子交換膜,陰離子交換膜,OH-,OH-,Cl-,Na+,H+,H+,OH-,H+,淡
6、水室 離子遷移,陽樹脂,陰樹脂,OH-,H2O,H+,Na+,Cl-,OH-,H+,淡水室-水分子的裂解 & 樹脂再生,O,O,H,H,H,H,H 0,2,H +,+,OH,-,+,+,-,7.7 V,水分子的裂解,高/低pH 區域,陽離子樹脂中 磺酸基(SO3H) 帶負電性,OH-,OH-,OH-,OH-,OH-,H+,H+,H+,H+,H+,H+,H+,H+,H+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,H,OH +,+,-,H 0,2,遷移,遷移,OH-,OH-,OH-,OH-,陰離子樹脂中 季胺基-N(CH3)3 帶正電性,解離的SiO2.,SiO,
7、HSiO,CO,HCO,2,2,3,3,解離的CO2 變成HCO3- 帶上電荷,+OH,+OH,OH,OH,OH,OH,OH,-,-,-,-,-,A,A,OH,OH,OH,OH,OH,-,-,-,-,-,陰離子樹脂,進水中的 中性CO2,陰離子樹脂,進水中的 中性SiO2,中性或弱電離物質的電離,濃水室,陰離子交換膜,陽離子交換膜,淡水室,淡水室,Cl-,OH-,Na+,H+,Cl-,Na+,+ + +,- - -,高pH,低pH,陽離子不能透 過陰離子交換膜陰離子不能透 過陽離子交換膜,陰極側化學回應,_,陰極,氫氣(H2)產生7.0 mL(STP)/安培/分鐘高pH有結垢的可能性.,陽極側
8、化學回應,+,陽極,產生氧氣3.5 mL (STP)/安培/分鐘 微量氯氣產生1-2 ppm in Eout (400 uS/cm NaCl)低pH,1.軟化器 + 1級RO + E-Cell系統 (當原水中含有較低的電導率和硬度時採用),活性炭 過濾器,軟化器,RO,濃水排放,EDI,多層石英砂過濾器,EDI濃水回流,使用點,極水排放,原水,2.2級(Two Pass RO + E-Cell系統 (營運最為穩定的設計),第一級 RO,加鹼Degas(CO2),第二級RO,濃水排放,使用點,EDI,EDI濃水回流,活性炭 過濾器,多層石英砂過濾器,二級RO濃水回流,極水排放,原水,進水要求,P
9、arameter(參數) MK-2E MK-3 Total Exchangeable 22mg/l 25mg/l Anion (TEA as CaCO3) 總可交換陰離子數 Conductivity ( NaHCO3) 28 S/cm 43 S/cm 電導率 Hardness (as CaCO3) 0.50mg/l 1.0mg/l 硬度 Silica/矽 0.50mg/l 1.0mg/l TOC/總有機碳 0.50mg/l 0.50mg/l Total Chlorine/總氯 0.05mg/l 0.05mg/l Temperature/温度 5 38 deg C 5 40 deg C pH 5
10、 9 4 11 Fe, Mn, H2S 0.01mg/l 0.01mg/l Turbidity/濁度 1 NTU 1 NTU Max Voltage DC/最大直流電壓 400 300 Max Amperage/最大電流 4.5 5.2,Performance improvements, with minimal change to Dilute stream. 在淡水流量幾乎不變的情况下將模組的性能提高,Feed Water Requirements,Parameter MK-2E Ionics EDI MK-3 Total Exchangeable 25mg/l 25 mg/l Anion
11、 (TEA as CaCO3) Conductivity ( NaHCO3) 28 S/cm 40 S/cm 43 S/cm Hardness (as CaCO3) 0.50mg/l 0.25mg/l 1.0 mg/l Silica 0.50mg/l 1.0mg/l 1.0 mg/l TOC 0.50mg/l 0.5mg/l 0.50 mg/l Total Chlorine 0.05mg/l 0.1mg/l 0.05 mg/l Temperature 5 38 deg C 10 40 deg C 5 38 deg C pH 5 9 4 - 10 4 11 Fe, Mn, H2S 0.01mg/
12、l 0.01mg/l 0.01 mg/l Turbidity 1 NTU 1 NTU Max Voltage DC 400 600 300 Max Amperage 4.5 10 5.2Typically all EDI state approximately the same inlet feed water requirements.,操作簡單,無濃水回路的控制； 無需加鹽的操作和维護 一次性通過設計=系统更簡單,運行成本低,無濃水泵浦 無需加鹽 單個GE MK3 EDI Stack實際運行電壓50150v;電流13A. 系統運行能耗更低：0.13 to 0.4 kWhr/m3,MK-3的
13、優點,MK-2E 流程圖,產水出,電極水排放,濃水排放,濃水補充,進水,MK-3 流程圖,產水出,極水排放,濃水排放,濃水入口,進水,Feed 進水,HSiO3-,CO3=,OH-,H+,Cl-,SO4=,NO3-,HCO3-,-,Anion Membrane 陰離子交换膜,Cation Membrane,Na+,Ca+,Mg+,Na+,Anion Membrane,Cation Membrane 陽離子交换膜,Ca+,Mg+,Na+,H+,Concentrate,Anode 陽極(+),Cathode 陰極(-),Concentrate 濃水,HSiO3-,CO3=,OH-,Cl-,NO3-,HCO3-,HSiO3-,SO4=,H+,MK3 EDI 工作原理,濃水,Anode Waste 陽極廢水,High Purity Water 超纯水,High Purity Water 超纯水,Cathode Waste 陰極廢水,
