一种强化防垢的电去离子方法与装置与流程

本发明涉及一种水除盐的方法与装置，特别是一种具备强化防垢性能，用于深度脱盐制备高纯水的电去离子方法与装置，属于节能环保技术领域。

背景技术：

电去离子(electrodeionization，简称edi)，最早被称为填充床电渗析，是将离子交换树脂和电渗析有机结合的电驱动膜分离技术。edi是将离子交换树脂填充在厚度增大的电渗析的淡水室中，在直流电场作用下，淡水室水中的正、负离子沿离子交换树脂和离子交换膜构成的离子通道分别向负极和正极方向迁移，阳离子选择性透过阳离子交换膜，阴离子选择性透过阴离子交换膜，分别进入并被阻滞在相邻的浓水室中。edi既利用了电渗析可以连续除盐和离子交换树脂可以深度除盐的优点，又克服了电渗析脱盐不彻底，不能直接制取高纯水的负面影响，以及离子交换树脂需要频繁消耗大量酸碱再生、排放污染性废液、不能连续工作的缺陷，制水过程可以长期连续进行。

edi膜技术在能源、电子、生物制药等领域的高纯水制备中已获得较广泛应用，但现有的各种商业edi技术仍有其局限性，使得在纯水市场领域中至今未能大面积替代传统的混床离子交换技术。这种局限性主要表现在edi对进水条件要求十分苛刻，其中要求进水硬度必须低于1mg/l，甚至0.5mg/l以下是关键所在。

edi之所以对原水的硬度有苛刻要求，是因为其工艺过程极容易在存在硬度离子的条件下在隔室中形成结垢，从而使过程发生不可逆的破坏。对于深度除盐制备高纯水的edi而言，其原水的离子含量相对常规水体是很低的，如最常用的原水即为反渗透(ro)产水，其典型含盐量基本为1-10mg/l。在这种低浓度原水条件下，淡化室中的树脂和膜与水接触的界面层中持续存在水解离反应：h2o→h⁺+oh^-，则在原水中含有一定浓度的ca²⁺、mg²⁺等硬度离子以及高价离子时，便易与水解离反应产物之一的oh^-离子结合，生成mg(oh)2、ca(oh)2等难溶性金属氢氧化物，其浓度的持续提高将导致严重结垢。由于edi的工况条件下，水解离反应是必需条件，oh^-离子对所填充阴树脂的动态再生必不可少，因为为避免结垢形成，精确控制进水中的ca²⁺、mg²⁺离子浓度成为常规edi技术的关键手段。

在实际的水处理工程中，为达到上述进水硬度指标，使用两级ro作为edi的前级处理工艺成为一个现实选择。对绝大多数水体而言，经过两级ro膜脱盐，其产水的含盐量多在3mg/l以下，其中硬度多在0.5mg/l，甚至0.2mg/l以下，足以保证edi的安全稳定运行。对于相同的产水量而言，前处理采用两级ro跟一级ro相比，其投资成本和对原水的消耗量相差十分悬殊。例如，两级ro工艺的ro膜用量，将是一级ro工艺膜用量的2.5倍左右，排放的ro浓水量也较后者高出50％以上。更重要的，对相当多的采用“一级ro-混床离子交换”工艺的既有工业高纯水系统而言，由于前处理仅为一级ro，其产水水质难以满足edi的进水要求，导致不能直接使用edi替代下游的混床离子交换设备；而若对上游ro工艺进行改造，将其升级为两级ro，则不仅要显著增加投资，而且在场地等方面往往也不具备改造条件。因此，虽然edi在理论上属于更先进、高效且环境友好的深度脱盐技术，但其在纯水技术市场中的份额仍然不足10％。混床离子交换技术占据约90％市场份额的局面一直难以改变。可见，继续对常规edi技术进行优化发展，放宽其进水水质要求，使得其能够耐受大多数的一级ro产水而直接制取高纯水具有十分重要的社会、经济和环境效益，对纯水技术的未来具有里程碑意义。

专利cn105198133a公开了一种防止电去离子装置结垢的超纯水制备系统及方法，它主要由原水预处理系统、反渗透系统、电去离子系统组成。这一工艺中通过增加额外的浓水处理系统来实现防垢目的，具体操作为edi浓水出水经过一水泵依次连接软化器和精密滤器，处理后的浓水进行单独循环；由外置的软水器中的阳离子交换树脂控制浓水循环系统中的硬度离子而预防浓水室结垢。该方法不仅增加了系统投资和运行能耗，提高了工艺的繁杂程度，关键在于实际上并不能有效预防浓水室中的结垢。这是因为一旦浓水室中形成了结垢，其并不随水流排出edi装置，而是在浓水室中累积。该工艺的主要目的在于实现浓水的部分循环使用，并不能因为原水中可能的较高硬度而防止edi中结垢生成。在实际应用中，还存在软化树脂更换不及时的风险。

美国专利us6056878则采用向浓水流和电极水中投加阻垢剂的方法来防止edi内部结垢；专利ep0916620和us6017433所采用的办法则是调节edi原水的ph值，通过向原水中添加酸性药剂来防止结垢。投加阻垢剂和原水加酸与edi无须额外化学品消耗的脱盐原理相违背，而且使得运行工艺更负责，也增加了投资成本。

专利cn101195081a公开了一种防止电去离子作用装置中结垢的方法与装置，其通过浓淡水全程逆流的方式，使得刚从淡水室迁移进入浓水室的金属阳离子就可以由浓水流带出装置从而防止结垢。该专利技术中，淡水和浓水均为一级一段的流动方式，但其水流方向相反。这种浓淡水相互呈逆流的水流方式使得金属离子在edi的浓水室中的停留时间较浓淡水顺流的方式大大缩短，对防止结垢较为有利。

然而，包括上述专利技术在内的常规edi技术，还存在一些尚未获得解决的共性关键问题，这些问题多与edi内部的水流程设计有关。一个问题是多数既有商业edi技术均采用一级一段的水流程设计，即淡水与浓水原水，或从装置底部进入，经过一个隔板的流程长度之后，就从上部排出；或者与此相反，从上部进入后经一个隔板的流程长度后从底部排出。这种设计中，多个并联的淡化室中的水流，经过一个隔室的脱盐处理后，直接排出隔室；多个隔室的淡化产品水混合后即为整个装置的出水。由于超纯水要求其中的离子含量必须是微克/升级别的极低水平，因此若有某一个隔室中的水流脱盐不彻底，有少量未脱除的离子排出隔室，则就直接影响整个装置的产水水质；另一方面，若进水原水发生一定的波动时，如电导率从5μs/cm以下提高至10μs/cm水平时，由于缺乏足够的再生混床缓冲区，产水电阻率会从15mω·cm以上直接降低至5mω·cm以下。这说明现有edi技术在提高耐受进水含盐量的波动和脱盐过程的稳定性方面存在明显不足。

既有edi技术的另一个问题跟电极水系统有关，而该问题直接涉及到整个水处理系统的安全性。包括前述参考专利技术在内的多数既有edi技术中，其电极室中的水流最终均与浓水流相互混合，这对装置的设计和组装、生产的便利而言是有利的，但带来了其他负面影响。例如，在正极室中会发生氧化反应，水中的cl^-离子价态升高，成为cl2气体，并进一步溶解于水中生成hcl、hclo和naclo。这一系列的反应过程中，产物都是破坏力很强的氧化剂，严重影响树脂和膜的寿命。而在实际应用中，由于edi的浓缩水一般都不直排，而是回收到上游ro的进水，由于其中含有混为一体的电极水，则由电极水带入其中的cl2、次氯酸hclo、次氯酸钠naclo便会对完全不耐氧化的聚酰胺ro膜起到破坏作用。为了避免这种对整个水处理系统的破坏，又需要在ro膜之前再次添加还原性药剂如nahso3，利用其中和掉cl2、hclo和naclo。这对实际应用增添了诸多不便，因为难以准确把握电极反应所产生的氯气和次氯酸的量，因此只能在ro膜的进水流中添加过量的还原性药剂，从而额外增加脱盐负担。将edi的电极水与浓缩水相混合的另一潜在风险在于电极水的流量和压力不能独立调节，而是视电极水隔板和浓水流隔板的数目自动分配。这可能导致在特定的较高工作电流运行条件下，电极水流量偏低而不足以将电极反应产生的热量及时排出edi膜堆，从而在一定的运行时间累积后，因热量累积、电极室温度提高使得相应的塑料材质的水流隔板变形，对整个edi膜堆装置带来极大危害。有鉴于此，设计完全独立的电极水管路系统，将极少量含有有害物质的电极水与edi的浓、淡水流相互隔离，单独排放对提高edi和整个水处理系统的运行稳定性是有利的。

可见，既有edi技术尚未能够提供一个可行的技术方案，使得其能够有效放宽进水硬度限制，且同时提高edi的耐原水水质波动的运行稳定性，且提供能够完全独立、隔离的电极水管路，以保证edi和整个水处理系统的运行安全性。

技术实现要素：

本发明针对以上既有电去离子技术的不足，提供一种既可适应5-10mg/l的较高硬度进水条件，同时更能耐受进水水质波动，具备完全独立的电极水系统，兼具高抗结垢和高稳定脱盐性能，运行更稳定、安全的强化防垢的电去离子方法与装置。本发明提供的edi脱盐技术的核心思路，是将edi的淡水流设计为一级两段，而浓水流则为一级一段，且在淡水流的第一段流程中，浓、淡水流为相互逆流。这一方面使得硬度离子和oh^-、co3^2-等离子进入在edi内部难以结合，或者，在其尚未结合之前即已被排出edi模块；另一方面，edi的淡水流为一级两段式设计，使得整个淡水在edi的一、二段之间，实现了再混合与再分配过程，这能够从根本上提高运行的稳定性，十分有利于耐受进水水质的波动。另外，通过特别的电极板框设计，使得电极水完全与浓、淡水流相互隔离，从而最大程度避免对edi和整个水处理系统的破坏性影响。

其中，上述强化防垢的电去离子方法中，所述淡水采用一级两段的方式指的是：淡水进水由一侧电极板的上端淡水孔导入电去离子膜堆淡水流第一段的各淡水流隔板中，直至到达淡水换向隔板被阻止而进行水流换向，淡水流第一段中的水流方向由上向下；淡水流第一段的各淡水流隔板出水在相互连通的淡水孔中重新混合，并自动重新分配后进入第二段的各淡水流隔板中，在第二段中水流方向自下而上，最后淡水出水从另一侧电极板上端的淡水孔导出。

其中，上述强化防垢的电去离子方法中，所述淡水采用一级两段的方式指的是：淡水进水由一侧电极板的下端淡水孔导入电去离子膜堆淡水流第一段的各淡水流隔板中，直至到达淡水换向隔板被阻止而进行水流换向，淡水流第一段中的水流方向由下向上；淡水流第一段的各淡水流隔板出水在相互连通的淡水孔中重新混合，并自动重新分配后进入第二段的各淡水流隔板中，在第二段中水流方向自上而下，最后淡水出水从另一侧电极板下端的淡水孔导出。

在两段之间，水流实现了再混合与再分配：第一段中各个隔板的出水在相互连通的淡水孔组成的水流通道中重新混合，然后又平均分配进入第二段的各个隔板中；此外，在必要时，浓水流的进水可由淡水出水分流出提供，其余淡水出水则为超纯产品水进入产水箱。

其中，上述强化防垢的电去离子方法中，所述浓水采用一级一段的方式指的是：浓水进水由一侧电极板下端或上端(取决于淡水流在第一段中的水流方向)的浓水孔导入电去离子膜堆，在各隔板上相互连通的浓水孔中平均分配到各浓缩室隔板中，自下而上或自上而下地流过各个浓缩室隔板，直接由电极板另一端对应的浓水出水孔导出；其中，各浓水流隔板中的水流方向与淡水流第一段中淡水流的方向相反。

其中，上述强化防垢的电去离子方法中，所述方法还包括独立的电极水进出方式，该方式具体指的是：极水进水由一侧电极板下端的电极水进水孔导入该侧的电极室，在该侧电极室上端即排出edi膜堆，并经外部管道进一步通过该侧电极板下端的另一电极水孔重新进入edi膜堆，穿过全部浓、淡水流隔板上对应部位的电极水孔，由下端进入另一侧的电极室，通过另一侧电极室上端的电极水孔，以及全部浓、淡水流隔板上相应的另一电极水孔返回，最终排出edi膜堆。

其中，上述强化防垢的电去离子方法中，所述电极水在正、负极室的流向均为由下而上，从而有利于电极反应生成的各种气体有效排出edi膜堆。

本发明所提供的实施上述强化防垢的电去离子方法的装置，包括按顺序依次叠装在一起的正极板、正极室隔板、n个重复的基本工作单元、1个以淡水换向隔板替代淡水流隔板的基本工作单元、m个重复的基本工作单元、1个以负极室隔板替代浓水流隔板的基本工作单元和负极板；所述基本工作单元由从正极到负极方向依次叠装的阴离子交换膜、淡水流隔板、阳离子交换膜和浓水流隔板构成；n、m为整数且n≥m≥1。

其中，上述强化防垢的电去离子装置中，所述淡水流隔板的正、反面均设有加强筋和密封槽。

进一步的，密封槽还设置在全部的水流孔的外侧周边以及用以填充离子交换树脂的中央空腔的外侧周边。

其中，上述强化防垢的电去离子装置两端的正负极板的外侧配夹紧板，并采用螺杆将整个装置进行紧固。

其中，上述强化防垢的电去离子装置，当以正极板作为淡水进水侧电极板时，负极板则作为淡水出水侧电极板。

其中，上述强化防垢的电去离子装置，当以正极板作为淡水出水侧电极板时，负极板则作为淡水进水侧电极板。

其中，上述强化防垢的电去离子装置中，所述淡水进水侧电极板的一端设有淡水进水孔；所述淡水出水侧电极板的一端设有淡水出水孔、浓水出水孔、极水出水孔、中间极水导出孔，在淡水出水侧电极板的另一端设有浓水进水孔、极水进水孔和中间极水导入孔。

与现有技术相比，本发明具有明显的优势和有益效果，具体体现在以下方面：1、edi装置内部通过淡水流一级两段、浓水流一级一段，且在淡水流的第一段中浓、淡水流为逆流的独特构造和水流程设计，有效避免了内部因生成金属氢氧化物沉淀而结垢，显著放宽了进水硬度条件限制；2、淡水流为一级两段式流程，使得在第一、二段中水流能够发生再混合和再分配效果，使edi具备更稳定的脱盐性能，更能耐受进水含盐量的波动，在相对较高的进水电导率条件下仍可稳定制取高纯水；3、具备完全独立的电极水管路系统，电极水与浓、淡水流完全隔离，避免了有害电极反应对edi装置和整个水处理系统的破坏；4、淡水流隔板正、反面均设有大面积分布的加强筋和放置o型密封圈的密封槽，电极板朝向膜堆的内侧面上也设置有相应的o型圈密封槽，隔板与离子交换膜之间，隔板与隔板之间，隔板与电极板之间密封性好，可彻底防止水流内窜外漏；

附图说明

图1为一种既有edi技术的内部水流程示意图；

图2为本发明所提供的强化防垢的电去离子方法的一种内部水流程示意图；

图3为本发明所提供的强化防垢的电去离子方法的另一种内部水流程示意图；

图4为本发明所提供的强化防垢的电去离子方法的基本工作单元内的离子迁移、防止结垢的原理示意图；

图5为本发明所提供的一种强化防垢的电去离子方法的电极水具体流程示意图；

图6为本发明所提供的强化防垢的电去离子装置的叠装示意图；

图7为本发明所提供的强化防垢的电去离子装置的组装示意图；

图8为本发明所提供的强化防垢的电去离子装置的淡水流隔板的主体结构图；

图9为本发明所提供的实施例装置的流程图；

图10为本发明所提供的实施例的产水电阻率随时间变化曲线图；

图11为本发明所提供的实施例的吨水本体能耗随时间变化曲线图。

图中，1-正极板、2-负极板、3-阴离子交换膜、4-阳离子交换膜、5-淡水进水、6-淡水出水、7-浓水进水、8-浓水出水、9-正极室进水、10-正极室出水、11-负极室进水、12-负极室出水、13-极水进水、14-极水出水、15-基本工作单元、16-负极室隔板、17-淡水流隔板、18-浓水流隔板、19-淡水换向隔板、20-正极室隔板、21-加强筋、22-o型圈密封槽、23-原水箱、24-调节阀、25-水泵、26-在线电导率仪、27-流量计、28-edi装置、29-直流稳压电源、30-在线电阻率仪、31-edi产水水箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的一种强化防垢的电去离子方法，该方法包括：淡水流采用一级两段的水流程方式，浓水流采用一级一段的水流程方式，且在淡水流的第1段中浓、淡水为逆向流动；此外，整个edi装置的电极水流与浓、淡水流完全隔离，其流量、压力均可以独立调节。

图1为一种既有edi技术的内部水流程示意图。图中淡水流、浓水流均为一段式流程，两股水流逆向流动；电极水与浓水流相混合，电极水的流量和压力不能独立调节。

图2为本发明所提供的强化防垢的电去离子方法的一种内部水流程示意图，其中淡水原水从正极侧进入，n、m均为2；图3为本发明提供的强化防垢的电去离子方法的另一种内部水流程示意图，其中淡水原水从负极侧进入，n、m亦均为2。本发明所涉及edi装置的淡化室、浓缩室和正、负电极室中均填充离子交换树脂，图中以填充均匀混床树脂为例来进行说明，具体的填充策略可根据处理水质做适当调整。

根据图2所示，淡水进水5由正极上端导入进入第1段，第1段中的第3个淡水流隔板为换向隔板19，即该隔板的上部淡水孔允许水流进入，但朝向负极侧的水孔底部完全密闭，从而迫使水流换向。第1段中水流方向由上向下，在第1、2段的全部隔板底部的淡水孔连通形成的水流通道中重新混合，并在第2段中自动重新分配进入第2段的3个淡水流隔板中，水流方向自下而上，最后淡水出水6从负极板上端导出。这种设计使得淡水流的脱盐行程更长更充分，即使在第1段的某个隔室中脱盐效果不充分，其盐分也可以经再混合、再分配进入第2段中彻底去除，从而不会直接影响装置出水水质，极大地提高了edi耐原水水质波动的运行稳定性。

图2中，淡水出水6分流出一股作为浓水进水7，其余大部分即为超纯产品水。浓水进水7由负极板下端导入，平均分配到各浓水流隔室中，自下而上流动，浓水出水8由负极板上端导出。这种设计的具体防垢原理如图4所示。在一个基本工作单元15中，自正极侧向负极侧依次是阴离子交换膜3、淡化室、阳离子交换膜4、浓缩室，其中两股水流为逆流流动。原水中的盐离子，包括ga²⁺、mg²⁺硬度离子，在进入淡化室后即在直流电场的作用下横向迁移，并透过阳离子交换膜4进入相邻的浓缩室，而呈反方向流动的，仅有一段的短流程的浓缩水流即可将其在最短时间内带出edi膜堆；此外，淡化室中的浓差极化和水解离主要是在盐离子浓度逐步减小的水流方向的下游才剧烈发生，因此水解离产物h⁺、oh^-的浓度是沿着淡水流的方向逐渐增大，而包括ga²⁺、mg²⁺硬度离子在内的盐离子浓度是沿着淡水流的方向逐渐减小，这就使得相对高浓度的ga²⁺、mg²⁺硬度离子和oh^-离子不能在同一水流程部位形成，它们分别处于淡水流的入口和出口。可见，本发明提供的电去离子方法中，硬度离子能够迅速排出edi装置，且高浓度的硬度离子和oh^-离子分布于淡水流的入口和出口处，从而最大程度避免了形成mg(oh)2、ga(oh)2等结垢沉淀。浓、淡水流的逆流模式和浓水进水由淡水分流的设计方法，也同样避免了co3^2-离子在浓水流程中持续累积，它跟ga²⁺、mg²⁺离子一样，均可被快速排出edi之外，因此也很好地避免了gaco3的结垢沉淀。本发明提供的电去离子方法采用的淡水一级两段，浓水一级一段的独特设计，兼顾了有效的防垢性能和高效、稳定的脱盐性能，使得在较既有edi技术更高的原水含盐量、原水硬度条件下，edi仍可高效、稳定地制备超纯水。

图5为图3所示的电去离子内部水流程中电极水水流的示意图。电极水进水13，由正极板下部的一个极水孔进入，作为正极进水9。由于正极隔板在该处的开孔使得电极水只能进入正极隔板，并从正极板上部的极水孔处，以正极出水10的方式直接排出。正极出水10经外部连通管路，重新由正极板下部的另一个极水孔进入edi膜堆，横向穿过全部隔板下部相应部位的预留极水孔，到达负极隔板作为负极进水11，在负极隔板中同样由下往上流动，负极出水12继续横向穿过全部隔板上部相应部位的预留极水孔，从正极板上部的另一极水孔处以电极水出水14排出edi膜堆。在电极水穿过各张隔板上下部位的预留极水孔时，由于水孔周边的o型圈的密封作用，电极水与各个隔板的浓、淡水流完全隔离，亦不会发生泄漏。这种设计使得电极水管路完全独立，可以视膜堆的规模、整个装置处理水量的大小和水质，通过外部的泵、流量计和相应阀门的开闭灵活、独立地调节其工作压力和流量；此外，正负电极室中的水流均是由下而上，有利于电极反应产生的h2、o2、cl2等气体的排出。这些效果从根本上杜绝了电极反应有害产物对整个系统的破坏性影响。进一步地，电极水由正极向负极串联连通，可以使正极水流的酸性与负极水流的碱性相互中和，也有利于提高负极室的运行可靠性。正负极水在膜堆内部自然连通，仅在一侧电极板外有少量连通管道，极水进、出水均在电极板一侧，避免了传统的多重、复杂的外部管路连接方式，利于整个edi系统操作、布置和管理的简化。

本发明还提供了实施上述方法的电去离子装置，图6和图7分别为本发明所提供的一种强化防垢的电去离子装置的叠装示意图和组装示意图，图7中每个基本工作单元15同样含有各1张阳离子交换膜、阴离子交换膜、淡水流隔板和浓水流隔板，但排布次序为由正极到负极依次为浓水流隔板18、阴离子交换膜3、淡水流隔板17和阳离子交换膜4。该装置包括按顺序依次叠装在一起的正极板1、正极室隔板20、n个可重复基本工作单元15、1个以淡水换向隔板19替代淡水流隔板17的基本工作单元、m个可重复基本工作单元15、1个以负极室隔板16替代浓水流隔板18的基本工作单元和负极板2；

所述基本工作单元15由从正极到负极方向依次叠装的阴离子交换膜3、淡水流隔板17、阳离子交换膜4和浓水流隔板18构成。n+m+2个基本工作单元15构成膜堆，基本工作单元也称为膜对。机动调整基本工作单元15的数量，就可以调节设备的处理水量。并联的基本工作单元15的数目越多，edi装置的产水量就越大。

具体的，该电去离子装置在工作时，淡水原水由负极侧进入电去离子膜堆时，独立的电极水原水由正极板下端的电极水进水导入正极室隔板，在正极室隔板上端即排出电去离子膜堆，并经外部管道进一步通过正极板下端的另一电极水孔重新进入电去离子膜堆，穿过全部浓、淡水流隔板上对应部位的电极水孔，由下端进入另一侧负极室隔板，通过负极室隔板上端的电极水孔，以及全部浓、淡水流隔板上相应的另一电极水孔返回，最终排出电去离子膜堆；或者当淡水原水由正极侧进入电去离子膜堆时，独立的电极水原水由正极室隔板下端的极水孔导入，在正极室隔板上端的极水孔导出，穿过全部浓、淡水流隔板、负极室隔板和负极板上端的极水孔导出，并经外部管道进一步通过负极板下端的电极水孔进入负极室隔板，最终由负极室隔板和负极板上端的另一极水孔排出电去离子膜堆。

图8为本发明所提供的一种强化防垢的电去离子装置的淡化室隔板的主体结构图。图中显示，淡化室隔板17的正、反面均设有广泛分布的加强筋21和放置o型密封圈的密封槽22。隔板与离子交换膜之间，隔板与隔板之间密封性好，防止水流内窜外漏。不同隔板相同位置的水孔在膜堆压紧状态下，通过o型圈相互连通、密闭构成相应的水流通道。

图9为本发明所提供的一种实施例装置的工艺流程图。根据图中流程显示，原水箱23中的一级反渗透产水再额外添加适当浓度的cacl2、mgcl2溶液，调节好进水硬度后作为edi进水，经水泵25进入edi模块28，进水流量由流量计27进行控制调节，进水电导率由在线电导率仪26进行实时监测。edi淡水产水6除部分作为浓水进水7进入浓室外，其余都进入产水箱31，淡水产水水质由在线电阻率仪30进行检测。极水出水15和浓水出水8直接外排，浓水产水电导率由在线电导率仪进行检测。直流稳压电源29为整个edi模块提供直流电。

实施例

该实例中，edi装置采用淡水一级两段，浓水一级一段的结构方式，含10个基本工作单元。淡化室隔板规格为668mm×330mm×10mm，浓水流和电极室隔板规格均为668mm×330mm×4.9mm，各隔板的有效膜面积均为888cm²。edi膜堆的基本工作单元，即膜对的数目为10。edi所用离子交换膜为edi专用异相离子交换膜，由杭州埃尔环保科技有限公司生产；离子交换树脂为dow公司生产的marathon阳离子交换树脂(na⁺型)和marathon阴离子交换树脂(cl^-型)。全部隔室中阴、阳树脂的体积比均为1:1。

原水箱23中的ca²⁺离子浓度为1.71mg/l，mg²⁺离子浓度为0.78mg/l。根据基于caco3计算的硬度换算公式，则原水中的钙硬度为1.71*(100/40)，即4.275，而镁硬度为0.78*(100/24.4)，即3.223，则总硬度为7.5mg/l(以caco3计)。该原水为一级ro产水额外添加cacl2和mgcl2盐溶液配制而得，为模拟较高硬度的ro产水，其电导率为17.5μs/cm。

淡水进水流量为1m³/h，淡水出水分流0.2m³/h的流量作为浓水进水，淡化产品水和浓缩水的流量则分别为0.8m³/h和0.2m³/h。电极水进水由原水箱中直接提供，流量为60l/h。

初期调整edi的工作电流为1.6a，在恒电流条件下运行10h后，淡化产品水电阻率由0.1mω·cm逐渐升高到15.0mω·cm，其后持续升高，稳定在16.0-17.6mω·cm之间。约100h后，适当提高edi的工作电流为1.8a，此后持续运行。在累计500h内，淡化出水电阻率均稳定在16.0-17.5mω·cm之间(如图10所示)，对应的膜堆工作电压由最初的20v持续增大，最终稳定在40v。这是由edi过程阴离子交换膜和阴离子交换树脂随着运行时间的推移，在水解离的工况条件下，部分功能基团季铵基发生叔胺化降解所自然导致的。以稳态下的工作电压40v，工作电流1.8a，淡水产水0.8m³/h计算，该实施例中edi的吨水本体能耗由初始的0.04kwh逐步提高，最终稳定为0.09kwh(如图11所示)。相对既有商品edi技术和产品0.15-0.3kwh/m³的正常能耗而言，可见本发明提供的电去离子方法还具有显著的节能效果。

本实施例中，edi的进水硬度达到了7.5mg/l(以caco3计)，较既有edi对进水硬度普遍要求的低于1.0mg/l要远远放宽。以ro膜对水中硬度离子的稳定去除率99％保守估算，其允许的上游ro原水的ca²⁺离子浓度可以达到170mg/l，同时还允许有78mg/l的mg²⁺离子存在。对多数城市自来水、地表水和地下水而言，其水中的ca²⁺、mg²⁺离子都显著低于这一水平。显然，仅使用单级ro为edi的前处理，其产水硬度指标都在本发明提供的电去离子方法的处理能力之内。从另一角度而言，对于既有edi技术必须的进水硬度低于1mg/l的苛刻要求，例如当ro产水含有0.4mg/l的ca²⁺离子，或者，同时含有0.3mg/l的ca²⁺和0.063mg/l的mg²⁺离子时，其总硬度就将达到1.0mg/l。同样以单级ro为前处理，ro膜对硬度的稳定去除率也以99％计，显然采用“ro/既有edi”的集成工艺制备超纯水时，其所处理的原水中必须含有不超过40mg/l的ca²⁺离子，或同时含有分别不超过30mg/l的ca²⁺离子与6.3mg/l的mg²⁺离子，或是与此相当的其他钙镁离子的组合方式。可见，对大多数自来水、地表水和地下水而言，这都是难以满足的条件。在本实施例中，由本发明提供的电去离子方法，使得整个水处理系统所处理的原水和上游ro产水的硬度指标较既有edi技术放宽了7.5倍，且对多数自来水、地表水和地下水而言，都使得以“单级ro/edi”的集成工艺稳定制备超纯水具备现实可行性。这对以电力、电子、生物制药等众多工业部门的纯水、超纯水的生产，真正推广使用edi这一绿色、清洁、环境友好的膜技术，显著节省上游uf、ro膜用量，节省ro浓水排放量都具有重要意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，包括但不限于改变edi的两段淡水流中水流方向是由上向下或是由下向上、适当改变淡化室和浓缩室中的阴阳树脂比例、适当控制淡化室和浓缩室中所填充离子交换树脂的粒径范围、直接以ro产水作为浓水和电极水的原水或是完全由淡水出水分流作为浓水和电极水的原水等，这些改进也同样属于本发明的保护范围之内。