管若伶，胡 湘

（1.海軍工程大學(xué)艦船與海洋學(xué)院，湖北武漢 430033；2.海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院）

各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)隨著時間推進(jìn)不斷發(fā)展，不同行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诩兯氖褂脴?biāo)準(zhǔn)提出了不同的需求，且隨著輕、重工業(yè)規(guī)模的發(fā)展，純水的需求量也逐漸增大。由于各領(lǐng)域純水的使用環(huán)境不同，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也存在差異，但無疑均在不斷提高純水水質(zhì)要求，尤其是在電子、醫(yī)藥領(lǐng)域，高密度集成電路的制造、制藥所需的純化水，均需嚴(yán)格把控制備、檢測等相關(guān)環(huán)節(jié)。故對于純水制備技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā)一直是研究的熱點。

純水初期制備工藝主要為蒸餾法，但該法能耗高且產(chǎn)水水質(zhì)低劣，而后研發(fā)出的離子交換技術(shù)，則憑借分離能力強的特點解決了蒸餾法的弊端，但也因填充材料易受到污染，且需酸堿再生樹脂，易污染環(huán)境，而具有局限性；到20世紀(jì)50年代的電滲析法易出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，膜堆也易中毒導(dǎo)致?lián)p耗電能，無法長期正常運作，故后期多將電滲析技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合以解決此類現(xiàn)象；到后期出現(xiàn)的反滲透-混床系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于離子交換技術(shù)，使廢水排放量減少了90%以上，但混床仍不是一個綠色處理工藝。直至20世紀(jì)80年代，電去離子技術(shù)（EDI）的廣泛研究使純水的制備全面進(jìn)入了一條綠色經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，1987年，美國Millipore公司推出第一臺商品化的EDI 裝置［1］，從此EDI 技術(shù)憑借其節(jié)能減排、深度脫鹽、出水水質(zhì)高、產(chǎn)業(yè)自動化、運行投資成本低等優(yōu)點，占據(jù)了水處理技術(shù)領(lǐng)域的主要地位，即使與近些年發(fā)展的其余水處理技術(shù)相比也獨具優(yōu)勢，如新型的超濾膜技術(shù)在實際應(yīng)用中操作繁瑣，無法滿足現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)自動化水平要求，且膜易受到污染，還處于一個技術(shù)不成熟階段［2］；反滲透技術(shù)雖然其凈化效果也十分不錯，但無法做到深度脫鹽凈化，還需要EDI技術(shù)的進(jìn)一步加工凈化。

進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著市場需求不斷擴大，中國科研工作者不斷改良EDI技術(shù)，研發(fā)新型EDI裝置，使EDI 水處理系統(tǒng)更專業(yè)化，產(chǎn)生了一級RO（反滲透技術(shù)）+EDI、二級RO+EDI 等結(jié)合技術(shù)，以及電容去離子技術(shù)（CDI）、倒極電滲析技術(shù)（EDIR）等延伸技術(shù)，使EDI技術(shù)可應(yīng)用于廢水的重金屬回收、工業(yè)廢水的排放處理、醫(yī)藥領(lǐng)域藥品溶解水的制取、電廠鍋爐補給水處理及換流閥冷卻水處理、電廠中原水預(yù)處理、脫硫廢水處理等水處理領(lǐng)域，有望成為除純水制備以外的其他水處理領(lǐng)域的主流技術(shù)。本文旨在總結(jié)和闡述EDI 技術(shù)的應(yīng)用原理，發(fā)展歷程以及近10 a在中國的應(yīng)用情況［3-4］。

1 電去離子技術(shù)工作原理

電去離子，又稱填充床電滲析（Electrodeionization，簡稱EDI），是在電滲析器的離子交換膜之間填充陰、陽離子交換劑，通過外加直流電場的作用達(dá)到連續(xù)深度脫鹽目的，完美融合離子交換技術(shù)與電滲析技術(shù)（Electrodialysis，簡稱ED）的一種新型分離技術(shù)，屬高科技綠色環(huán)保技術(shù)。在電去離子過程中，電滲析起著離子分離的關(guān)鍵作用，而離子交換僅起離子傳遞的過渡作用。兩種技術(shù)的融合解決了濃差極化導(dǎo)致的脫鹽率下降以及化學(xué)再生所產(chǎn)生的環(huán)境污染兩大問題［5］。

傳統(tǒng)的EDI 裝置主要是由正、負(fù)電極，陰、陽離子交換膜，陰、陽離子交換樹脂3 部分組成，其中，陰、陽離子交換膜按生產(chǎn)需求交替分布于正、負(fù)電極之間。陰、陽離子交換樹脂填充方式普遍為混合式填充，即陰陽交換樹脂按一定比例混合填充于淡室中，如圖1所示。原水進(jìn)入后，膜堆內(nèi)主要發(fā)生3個過程：離子交換、離子遷移、樹脂的電再生，3個過程相互促進(jìn)，以保證能連續(xù)地去除離子［6］。

圖1 EDI原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of EDI principle

1.1 淡室內(nèi)離子遷移工作機理

陰、陽離子交換樹脂在電場作用下變?yōu)橐环N高分子聚合物型離子導(dǎo)電介質(zhì)，代替溶液的電子傳遞作用，充當(dāng)水中離子電遷移的“通道”，當(dāng)吸附在樹脂表面的離子在電場的作用下發(fā)生遷移時，在樹脂顆粒上留下“空穴”，并在表面形成雙電層結(jié)構(gòu)，溶液中的離子在其吸引下進(jìn)入樹脂層，再通過離子反復(fù)聚攏和釋放在樹脂與離子交換膜中傳質(zhì)，最后在電場的作用下發(fā)生遷移進(jìn)入濃室。離子遷移過程主要有4 個傳質(zhì)過程，較為復(fù)雜的樹脂間的傳質(zhì)主要有兩種工作方式：增強轉(zhuǎn)移和電再生［7］，其余3個傳質(zhì)過程主要作用機理［8-11］如圖2所示。

圖2 傳質(zhì)過程基本作用機理圖［8-11］Fig.2 Basic mechanism diagram of mass transfer process［8-11］

1.2 電去離子過程的水解離機理

當(dāng)EDI淡室中離子交換膜表面濃差極化發(fā)展到一定程度時，膜及樹脂表面即會發(fā)生水解離產(chǎn)生H+和OH-，一部分負(fù)載電流，大部分再生樹脂。陸君等［12］對于電去離子過程進(jìn)行二維建模并求解；王建友等［13］建立EDI 過程的近似傳質(zhì)動力學(xué)微分方程，基于Nernst-Planck方程求解，得出由于陽膜與陽樹脂界面電勢梯度高于陰膜與陰樹脂界面，前者先于后者發(fā)生解離。但由于陰膜界面上存在水解離催化基團(tuán)，陰膜水解離程度要高于陽膜，過量的陰膜水解離產(chǎn)物H+能穿過電流湮滅區(qū)使得靠近陽膜的陽樹脂再生，而陽膜水解離產(chǎn)物OH-不能穿過電流湮滅區(qū)，使淡室出口處陰膜附近的陰樹脂的轉(zhuǎn)化率極低。

水解離作為電去離子過程的關(guān)鍵步驟，高原水電導(dǎo)率、低膜堆電流、高濃水流量均會抑制水解離，故控制裝置運行的各項參數(shù)，降低膜堆及濃室電阻，使水解離能夠持續(xù)穩(wěn)定發(fā)生是EDI 裝置運行的關(guān)鍵［14］。

2 陰陽離子交換劑的選擇

2.1 填充材料類型的選擇

填充材料作為EDI 膜堆中的關(guān)鍵組分，起著離子去除的重要作用，其性能直接影響EDI 過程的進(jìn)行。填充材料應(yīng)具備以下性能：交換容量高、交換速度快、導(dǎo)電能力強、水流阻力小、強度高、無溶出物等。而目前主要研究應(yīng)用的3 大類型材料為：離子交換樹脂、離子交換纖維、成型離子交換材料［15］。離子交換樹脂現(xiàn)已廣泛應(yīng)用，生產(chǎn)工藝成熟、處理方便；而離子交換纖維即使其性能優(yōu)于離子交換樹脂，但因技術(shù)等方面不成熟，只局限于實驗室階段，無法工業(yè)使用；成型離子交換材料與離子交換樹脂相似，只是改變了形態(tài)便于填充。3種材料的主要應(yīng)用對比［16-21］如表1所示。

表1 3種填充材料的對比［16-21］Table1 Comparison of three filling materials［16-21］

2.2 材料填充方式的選擇

以實現(xiàn)工業(yè)化的離子交換樹脂為例，簡述其3種類型填充即混合填充、分層填充、分置式填充。根據(jù)相關(guān)實驗研究，到目前為止，混合填充方式為最佳填充方式，也是技術(shù)最為成熟的填充方式，該方式能保證出水水質(zhì)良好及一定的使用壽命，而其余兩種都存在一定的技術(shù)缺陷，還需進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。具體相關(guān)對比如表2所示［10，15，22］。

表2 3種樹脂填充方式對比［10，15，22］Table2 Comparison of three resin filling methods［10，15，22］

3 國內(nèi)外發(fā)展歷程及實際應(yīng)用

3.1 電去離子技術(shù)發(fā)展歷程

1950年，KUNIN 等［23］開啟了EDI 技術(shù)的研究進(jìn)程，用離子交換樹脂改變傳統(tǒng)的離子遷移方式，達(dá)到技術(shù)上的創(chuàng)新性及可操作性。1955 年，WALTERS等［24］將電去離子技術(shù)應(yīng)用于低濃度放射性廢水處理，證實EDI裝置能源消耗低于蒸餾法，產(chǎn)水回收率高于離子交換法。1957年，KOLLSMAN等［25］詳細(xì)闡述了其專利中EDI技術(shù)的實驗方案、實施過程、所達(dá)效果等相關(guān)成果。

1959 年，GLUECKAUF［26］開始對電去離子技術(shù)的反應(yīng)理論深入分析。1971 年，MATEJKA 首次將EDI技術(shù)用于處理制備高純水，同時考察了混床EDI裝置樹脂顆粒大小、樹脂層厚度、強酸-強堿樹脂體積比對電流效率的影響［27］。20 世紀(jì)70—80 年代，EDI技術(shù)逐漸興起，眾多科研工作者開始投入研究，改進(jìn)裝置仍無法突破膜、樹脂中毒及結(jié)垢這類難題，無法保證裝置長期使用。1990年，美國Ionpure公司推出的商業(yè)化EDI裝置使該技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于工商業(yè)［28］。此后對EDI 裝置不斷改良研發(fā)，逐步適用不斷擴大的產(chǎn)業(yè)需求。2000 年后，EDI 技術(shù)占據(jù)了國內(nèi)外電子、發(fā)電、醫(yī)藥、化工等工業(yè)領(lǐng)域純水制備的大部分市場，并逐步演變?yōu)橹苽浼兯矫娴暮诵募夹g(shù)。2017 年，淄博某水泥有限公司通過一年時間，對余熱電站擴容技改，將機組由3 MW 升級為6 MW，采用“雙一級反滲透+二級反滲透+EDI”化學(xué)水處理工藝，正式投入使用時出水指標(biāo)高于原混床系統(tǒng)，成水比（原水與出水體積比）達(dá)2.5～2.8，濃水利用率高達(dá)100%，制水車間完全做到零排放［29］。直至現(xiàn)在，許多電廠、化工廠中EDI裝置也已穩(wěn)定運行10 a以上，解決了許多純水裝備廢水處理等問題，由此可見EDI 技術(shù)在水處理領(lǐng)域有著可觀的發(fā)展趨勢。

3.2 近10 a中國EDI技術(shù)應(yīng)用情況

EDI 作為主要的水處理技術(shù)，其主要的工業(yè)應(yīng)用方式還是與反滲透技術(shù)結(jié)合，形成“UF+RO+EDI”、“RO+EDI”、“二級RO+EDI”等結(jié)合技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的去離子水、超純水、鍋爐補給水等的制備中。因其高效分離及濃縮特點，又將其應(yīng)用于工業(yè)廢水中的重金屬回收以及無機離子的回收領(lǐng)域，但大部分無機離子還局限于氮磷，對其余無機離子的研究較少，還需多加探索。

3.2.1 對水的凈化應(yīng)用

西藏某水泥廠成功采用RO+EDI 兩級組合技術(shù)制備余熱鍋爐補給水，該工藝可使出水水質(zhì)pH在8.8～9.3、電導(dǎo)率低于0.1 μS/cm、SiO2含量小于10 mg/L、總硬度約等于0 mg/L，證實兩級RO+EDI組合技術(shù)制備鍋爐補給水的可行性［30］。廣州黃埔天然氣熱電廠采用“二級RO+EDI”工藝，解決EDI技術(shù)的進(jìn)水離子負(fù)荷，使得EDI裝置得以穩(wěn)定運行，保證了高品質(zhì)連續(xù)性的除鹽水的制備［31］。張家港勝科新生水有限公司污水再生利用項目工程采用“超濾+RO+EDI”的全膜化工藝對污水進(jìn)行深度處理，結(jié)果顯示，經(jīng)EDI 工藝處理后出水電導(dǎo)率可穩(wěn)定在12 MΩ·cm 以上，回收率也可達(dá)83%，達(dá)到行業(yè)所定標(biāo)準(zhǔn)［32］。

由以上分析可見，EDI在純水制備、水質(zhì)凈化方面已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，工業(yè)上使用的EDI 裝置大多也穩(wěn)定運行了10 a以上，但在各工廠運行時也存在一些問題，主要問題出現(xiàn)在3 個方面。一是模塊的結(jié)垢，中國石油長慶石化公司針對該問題，通過改進(jìn)EDI 模 塊，將MK-2ST 膜塊更新為MK-3 模塊［33］。MK-3技術(shù)是通過在濃室添加離子交換樹脂和采用濃水逆流的技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)勢：將模塊的運行電壓從360 V降至56 V；放寬了進(jìn)水水質(zhì)要求；無需向濃室加鹽，無需濃水循環(huán)泵，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，電耗從0.67 kW·h/t 降為0.35 kW·h/t，下降了47.76%，降低了模塊的投資成本和運行成本；MK-3 的淡水和濃水的方向為逆流，大大降低了Ca2+、Mg2+等易結(jié)垢離子在模塊中沉淀的可能。二是EDI產(chǎn)水水質(zhì)易受膜塊中樹脂的再生程度和EDI 進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定性的影響，需對各系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。福能晉南熱電、某鋼廠就出現(xiàn)EDI 產(chǎn)水硅異常高的狀況；寧夏棗泉電廠的余氯超標(biāo)，導(dǎo)致產(chǎn)水量從70 t/h 下降至27 t/h。故先采用國產(chǎn)DCS 系統(tǒng)實時遠(yuǎn)程調(diào)控系統(tǒng)規(guī)范運行操作，以保障各項環(huán)節(jié)的穩(wěn)步進(jìn)行，同時減少人力損耗，安全穩(wěn)定，適用于大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用場景，同時如今5G 時代的到來，實現(xiàn)全自動化也是指日可待。三是EDI 裝置依賴進(jìn)口，一旦裝置損壞返廠維修將耗費大量的時間及財力，故需生產(chǎn)出國產(chǎn)EDI裝置［34-36］。王昕彤等［37］針對AP1000 堆型蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)設(shè)計電除鹽處理裝置，并制造了中試樣機，樣機處理量為7 m3/h。通過實驗證明，該電除鹽裝置可連續(xù)穩(wěn)定運行，對AP1000堆型蒸汽發(fā)生器排出的污水進(jìn)行處理，產(chǎn)水電阻率達(dá)到16 MΩ·cm，產(chǎn)水回用率可達(dá)90%，滿足AP1000堆型蒸汽發(fā)生器回用需求。同時近年也產(chǎn)生了國產(chǎn)無膜EDI工藝代替進(jìn)口EDI工藝，產(chǎn)水電導(dǎo)率可穩(wěn)定在0.066μS/cm［38］。

3.2.2 重金屬離子回收

在20世紀(jì)90年代初，各方學(xué)者開始將EDI技術(shù)應(yīng)用于低濃度重金屬離子廢水處理，以將廢水中的有用重金屬進(jìn)行濃縮回收利用，同時解決廢水的排放問題。而近些年該項技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是針對傳統(tǒng)EDI 裝置進(jìn)行不斷改良，解決金屬離子沉淀問題，保證EDI裝置的正常運作，達(dá)到去除廢水中二價金屬離子的效果。

王建友等［39］改良EDI 裝置處理低濃度鎳離子廢水，實驗結(jié)果顯示，經(jīng)處理后出水鎳離子質(zhì)量濃度從40 mg/L 下降至0.1 mg/L，濃水質(zhì)量濃度高達(dá)1 060 mg/L。由此可見，采用電去離子技術(shù)富集重金屬能達(dá)到一個非常不錯的效果，減輕了資源損耗，提高利用率，避免了重金屬對環(huán)境的污染。

張洪波［28］自制各樣板柱式電去離子裝置，設(shè)計的二段兩對膜堆結(jié)構(gòu)Cu2+去除率可達(dá)99.54%；設(shè)計的三段雙對膜堆結(jié)構(gòu)，運行近30 h，Cu2+去除率可達(dá)99.96%以上，運行至100 h 也可穩(wěn)定在90%以上。劉玥［40］制作一級一段式EDI 膜堆，富集銅離子及分離出鈷離子，分析出電流、流量及原水濃度等因素的合適范圍，實驗結(jié)果顯示：富集痕量Cu2+的過程中，在原水流量為60 mL/min、原水質(zhì)量濃度為0.05 mg/L、工作電流為190 mA 條件下連續(xù)運行2 h 后，富集倍數(shù)為189倍。當(dāng)工作電流上升至200 mA時，富集倍數(shù)則可達(dá)214 倍，兩種離子分離比可達(dá)19.68，后向原水中加入過量的絡(luò)合劑EDTA 后，兩種離子分離比上升至37.92，分離效果顯著。

LU 等［41］采用兩段集成EDI 系統(tǒng)來處理含鎳電鍍廢水，其中兩階段出水的濃水進(jìn)行部分回流，在回收鎳離子的同時制備出純水；申小蘭［38］應(yīng)用無膜電去離子技術(shù)處理低濃度含鎳廢水，回收率可達(dá)88.5%。

3.2.3 富集回收無機離子

電去離子技術(shù)對于廢水中重金屬離子回收及凈化已有較為廣泛的探索，但是缺乏在無機陰離子處理領(lǐng)域的研究，目前主要研究方向為氮磷的回收富集。

鄭皓月［42］利用EDI裝置濃縮回收尿液中氮磷元素，設(shè)計了六隔室新型電去離子裝置，在電流為0.19 A、進(jìn)水流速為4 L/h時，N、P元素的富集均達(dá)到一定成效。磷酸鹽的濃縮倍數(shù)為4.4倍左右，去除率可達(dá)90%。

楊陽［43］設(shè)計了五隔室電去離子裝置，以NH4+、3-為實驗對象，該裝置出水水質(zhì)穩(wěn)定，氮、磷離子分別可濃縮至起始濃度的13 和11 倍。并設(shè)計出可防止鈣鎂離子和氮磷之間沉降的選擇分離電去離子裝置，回收率提高至90%以上。同時能耗計算結(jié)果表明，在電流為0.18A時，消耗1 kW·h 電能可分別回收氮、磷19.104、4.848 g。

石勇［44］開發(fā)了基于RO+EDI組合膜處理技術(shù)為核心的新型脫鹽除硼處理技術(shù)，采用人工模擬海水和自來水為研究對象，分別對RO 系統(tǒng)、EDI 膜堆和離子交換系統(tǒng)的除硼效果進(jìn)行分析，實驗結(jié)果顯示，RO 系統(tǒng)和離子交換系統(tǒng)的除硼率分別為50%～56%、59%～62.8%，去除率較低，且兩系統(tǒng)都有因硼濃度逐漸升高而導(dǎo)致去除效率降低的問題，而EDI膜堆除硼率穩(wěn)定在80%以上，且不受硼濃度影響，但終究單個處理技術(shù)效果不佳。而RO+EDI技術(shù)的除硼率穩(wěn)定在90%以上，除鹽率在99.6%以上，可見其工藝的可行性。

基于電去離子技術(shù)可去除離子又可濃縮有價值離子的特點，可對其他無機離子富集回收進(jìn)行實驗研究，如溴離子，溴素作為一項主要的化工原料，目前工業(yè)富集溴資源多來源于地下鹵水，富集方法多為空氣吹出法，而此方法富集效果并不理想，需要龐大的設(shè)備且能耗高，同時中國目前面臨著原料消耗增加、地下鹵水品位下降、總收率下降的問題。所以急需一項新型的富集技術(shù)解決當(dāng)下問題，使分離效率提高、成本降低、易管理、無二次污染，而EDI技術(shù)就很符合該領(lǐng)域的實際需求，故可擴大EDI 技術(shù)在無機離子回收方面的研究。

4 新型技術(shù)——無膜去離子技術(shù)

近年來，浙江大學(xué)的陳雪明教授研發(fā)的無膜去離子技術(shù)（membrane-free electrodeionization，MFEDI），是針對EDI 系統(tǒng)缺陷而衍生的一項更為綠色、便捷的全新技術(shù)，該項技術(shù)在EDI 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上去除離子交換膜，外施高壓，使離子通過樹脂層進(jìn)行吸附去除，達(dá)到制備純水的目的，而且國外尚未有學(xué)者進(jìn)行研究［45］。相較于EDI 技術(shù)，該項技術(shù)避免了對進(jìn)水水質(zhì)的嚴(yán)格要求，去除了陰陽離子交換膜的使用，完全避免了膜堆污染及結(jié)垢問題，降低裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得困擾已久的膜問題得到解決，同時又保證了出水水質(zhì)，在制備高純水領(lǐng)域的潛力非常巨大。

陳雪明教授課題組受R.SIMINIONS、王方等的研究結(jié)果啟發(fā)，分析出參與混床離子交換樹脂電再生過程的離子主要是由水與離子交換樹脂顆粒的接觸界面上產(chǎn)生的［45］。離子交換膜對混床離子交換樹脂的電再生影響不大，故設(shè)計出了無膜的電去離子技術(shù)，如圖3所示。實驗結(jié)果顯示，采用MFEDI裝置從電導(dǎo)率為5μS/cm的NaCl溶液制備出了電導(dǎo)率低于0.066μS/cm 的高純水［45］。潘若云［46］設(shè)計出雙層床結(jié)構(gòu)應(yīng)用于RO/MEEDI 系統(tǒng)，如圖4 所示，從RO出水制備高純水，結(jié)果顯示水回收率可達(dá)94.5%，再生后制水電導(dǎo)率穩(wěn)定在0.055～0.056 μS/cm。蘇文湫［47］基于此設(shè)計出多層床MFEDI，如圖5所示，同時采用NaCl 和Ca（HCO3）2配制的低電導(dǎo)率鹽水為原水制備純水，結(jié)果顯示，多床MFEDI 有效避免了陽離子的逆向電遷移，防止結(jié)垢，該法與同樣是解決結(jié)垢問題的倒極電去離子（EDIR）技術(shù)相比，避免了因頻繁倒極導(dǎo)致再生液電導(dǎo)率下降、再生電壓升高和電極損壞等問題，同時保證了出水水質(zhì)，水回收率達(dá)90%。陳雨霞［3］對RO/MFEDI 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在RO系統(tǒng)與MFEDI系統(tǒng)中間增加了一款自制除碳器，構(gòu)成RO/D/MFEDI 系統(tǒng)，降低MFEDI 進(jìn)水的CO2濃度，結(jié)果脫碳率達(dá)73%，在該項工藝運行了350 h期間，RO 系統(tǒng)脫鹽率為97.5%，MFEDI 系統(tǒng)脫鹽率為99%，各系統(tǒng)中的溶液電導(dǎo)率也維持穩(wěn)定，電再生的各項指標(biāo)均長期穩(wěn)定在較好的水平。申小蘭［38］則將該項技術(shù)應(yīng)用于低濃度的含鎳廢水的處理，對裝置內(nèi)陰陽樹脂的填充方式進(jìn)行探究，得出使用膦酸樹脂混合分床填充廢水回收率為88.5%、能耗為5.6 kW·h/m3，如圖6 所示。同時在2020 年，將該項技術(shù)應(yīng)用在實際工業(yè)生產(chǎn)中，代替進(jìn)口EDI工藝，采用超濾+2 級反滲透+MFEDI+脫氣膜+拋光混床+精密過濾器的組成工藝，出水電阻率可以達(dá)到18 MΩ·cm，形成了全新的超純水制備工藝［48］。

圖3 MFEDI裝置圖Fig.3 MFEDI device diagram

圖4 雙層床MFEDI裝置圖Fig.4 Double bunk bed MFEDI device diagram

圖5 多層床MFEDI裝置圖Fig.5 Multilayer bed MFEDI device diagram

圖6 陰陽樹脂混合分層填充MFEDI實驗裝置圖Fig.6 Experimental device diagram for MFEDI with layered mixed bed filling of anion and cation resin

5 總結(jié)

綜上所述，EDI技術(shù)作為一項綠色型技術(shù)，應(yīng)發(fā)揮其重要優(yōu)勢，在各領(lǐng)域廣泛研究投入使用，避免其只是停留在實驗室階段，尤其是無機離子回收富集這一領(lǐng)域。同時對于EDI技術(shù)核心的濃差極化和水解離機理，以及對水解離、離子遷移、樹脂再生的影響因素還可進(jìn)一步研究，從而從根本上解決EDI 技術(shù)的缺陷問題，增加EDI 裝置的使用壽命及使用領(lǐng)域。

目前許多實際投入生產(chǎn)的EDI裝置均由國外進(jìn)口，同時一些特殊的水處理領(lǐng)域所需要的性能穩(wěn)定的均相膜，也還需依賴進(jìn)口，這大大增加了系統(tǒng)裝置的造價及運行成本，故提高離子交換膜的研發(fā)技術(shù)，制造出性能優(yōu)良、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的離子交換膜至關(guān)重要。

MFEDI 這一新型技術(shù)的出現(xiàn)，解決了一直局限EDI工藝發(fā)展的膜問題，雖然該項技術(shù)還未成熟，但其也已經(jīng)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，并取得了可觀的結(jié)果，該技術(shù)的前景良好。故后期可對其內(nèi)部電再生機理進(jìn)一步研究，研究與其他技術(shù)結(jié)合后的工藝效果，以實踐于更多的實際工業(yè)生產(chǎn)。