高溫電去離子模塊通水隔板材料選型的研究

吳神剛，呂大為

（恩泰科（北京）科技有限公司，北京 101102）

電離除鹽模塊（EDI）制水不需酸、堿等化學(xué)藥品的再生即可連續(xù)制取高品質(zhì)超純水，具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力、電子、化工等領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)常溫EDI 模塊的技術(shù)已成熟，其運(yùn)行溫度不超過45 ℃。進(jìn)水溫度超過45 ℃的高溫EDI模塊，目前國(guó)內(nèi)還沒有得到研究。常溫EDI的通水隔板是由食品級(jí)聚丙烯，氯化聚氯乙烯等組成，在常溫下潔凈度高，化學(xué)物質(zhì)析出較少。食品級(jí)聚丙烯，氯化聚氯乙烯等材料滿足不了高溫進(jìn)水要求。我國(guó)核電站VVER堆型除鹽水TOC ＜ 200 μg/L， M310堆型除鹽水TOC ＜ 100 μg/L，AP1000堆型除鹽水TOC ＜ 50 μg/L。因此，對(duì)高溫EDI模塊的通水隔板材料選型顯得尤為重要。

文章通過對(duì)高溫EDI通水隔板材料在60 ℃進(jìn)行浸泡，并測(cè)其TOC滲析物/出口水質(zhì)電阻率進(jìn)行研究，最后通過高溫EDI樣機(jī)，在進(jìn)水溫度55 ℃下模擬蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)功能要求及核電廠二回路水質(zhì)特點(diǎn)，在堿化劑條件下連續(xù)不間斷運(yùn)行測(cè)試研究，為國(guó)產(chǎn)自主化高溫EDI模塊的應(yīng)用研究提供參考。

1 高溫EDI模塊通水隔板的滲析試驗(yàn)

高溫EDI模塊通水隔板的研究采用市場(chǎng)上的工程塑料A。該試驗(yàn)分為兩步，第一步將工程塑料A粒料在60 ℃恒溫浸泡7天，檢測(cè)其在浸泡時(shí)滲析出的有機(jī)物（TOC）含量。第二步將合格的工程塑料A加工注塑成型成高溫EDI模塊通水隔板，采用自主研發(fā)的離子交換膜片裝成高溫EDI模塊樣機(jī)，模擬蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)功能要求及核電廠二回路水質(zhì)特點(diǎn)，在堿化劑條件下連續(xù)不間斷運(yùn)行測(cè)試研究。

1.1 通水隔板工程塑料A粒料高溫浸泡滲析試驗(yàn)

試驗(yàn)步驟如下：

（1）稱重：稱取100 g工程塑料A粒料樣品，加入到用超純水洗干凈的玻璃試劑瓶中，該試驗(yàn)分為1、2號(hào)兩組。分別取400 mL超純水水樣，加入到玻璃試劑瓶中，擰緊玻璃試劑瓶瓶蓋。

（2）原水水樣：取1個(gè)超純水水樣作為平行水樣，送檢第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)平行水樣中TOC含量。

（3）恒溫浸泡：在恒溫水箱中注入超純水，啟動(dòng)恒溫水浴，待溫度升至60 ℃時(shí)，將裝有工程塑料A的玻璃試劑瓶放入恒溫水浴箱中，保持恒溫7 d，開始計(jì)時(shí)。

（4）浸泡水溶液收集：恒溫水浴7 d后，分別用取樣瓶取浸泡過工程塑料A粒料的溶液300 mL，送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)TOC含量。

（5）系統(tǒng)參數(shù)測(cè)定：在恒溫水浴過程中，注意觀察記錄恒溫水浴溫度、運(yùn)行時(shí)間。

1.2 通水隔板的滲析試驗(yàn)

試驗(yàn)步驟如下：

（1）將上述工程塑料A粒料加工注塑成型成通水隔板，組裝成電離除鹽模塊空殼樣機(jī)，內(nèi)部無(wú)樹脂和離子交換膜片。

（2）將組裝好的空殼電離除鹽模塊樣機(jī)安裝在測(cè)試平臺(tái)，純水箱中注入超純水，啟動(dòng)循環(huán)加熱系統(tǒng)，保持恒溫，將進(jìn)水溫度分別升高至35 ℃、45 ℃、55 ℃，60 ℃，每隔1 h記錄一組數(shù)據(jù)，每組溫度測(cè)試時(shí)間為7 h：記錄進(jìn)水溫度，出水溫度、進(jìn)水電導(dǎo)率、產(chǎn)水電阻率。

（3）分別取產(chǎn)水水樣送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)TOC的含量。

（4）同時(shí)觀察電離除鹽模塊空殼樣機(jī)的外觀是否發(fā)生形變。

1.3 高溫EDI模塊樣機(jī)測(cè)試

將上述通水隔板，采用自主研發(fā)的離子交換膜片組裝成高溫EDI模塊樣機(jī)進(jìn)行模擬蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)功能要求及核電廠二回路水質(zhì)特點(diǎn)，在堿化劑條件下連續(xù)不間斷運(yùn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 通水隔板工程塑料A粒料浸泡滲析試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)TOC檢測(cè)結(jié)果可知，平行原水樣中的TOC含量為0.23 mg/L，1、2號(hào)滲析TOC濃度分別為0.71 mg/L、0.76 mg/L，因此，則有：

1號(hào)滲析試驗(yàn)TOC濃度：

2號(hào)滲析試驗(yàn)TOC濃度：

將溶劑量轉(zhuǎn)化成與高溫EDI模塊產(chǎn)水量相同的流量5000L/H，則有滲析濃度：

從以上滲析濃度可出，在60 ℃下，工程塑料A粒料每小時(shí)的滲析濃度為0.228 μg/L、0.252 μg/L，TOC含量幾乎可以忽略，因此，工程塑料A粒料從滲析角度看，相較于氯化聚乙烯，是符合超純水要求的。

2.2 通水隔板滲析的TOC含量檢測(cè)

當(dāng)高溫EDI模塊空殼樣機(jī)運(yùn)行3~5 h后，用取樣瓶進(jìn)行取樣，取樣瓶在取樣之前，用超純水浸泡一周?？偣?組高溫EDI鹽模塊空殼樣機(jī)產(chǎn)水樣品。

從TOC檢測(cè)結(jié)果可以知道，當(dāng)進(jìn)水溫度為35℃時(shí)，電離除鹽模塊空殼樣機(jī)產(chǎn)水樣中TOC含量為0.3 mg/L，這是由于電離除鹽模塊空殼機(jī)水箱中的水未得到連續(xù)持續(xù)更新，其水箱為聚丙烯（PP）材質(zhì)，其滲析作用相對(duì)較強(qiáng)。當(dāng)進(jìn)水溫度為45 ℃、55 ℃，60 ℃時(shí)，TOC含量均小于0.1 mg/L，由此可見，通水隔板在60 ℃以內(nèi)運(yùn)行，滲析出的TOC含量是微量的，幾乎不影響產(chǎn)水電阻率。

2.3 通水隔板滲析對(duì)產(chǎn)水電阻率的影響

高溫EDI膜堆空殼樣機(jī)中的進(jìn)水來自常溫超純系統(tǒng)。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，不同溫度的進(jìn)水電導(dǎo)率有小幅度的下降，產(chǎn)水電阻率有小幅度的上升，從圖1可以看出，這是因?yàn)殡S著時(shí)間的增加，空殼樣機(jī)中的進(jìn)水得到不斷的更新，使得高溫EDI模塊空殼樣機(jī)中的水質(zhì)更干凈。從出口水質(zhì)能保持一個(gè)較好的電阻率看，通水隔板的TOC滲析對(duì)高溫EDI模塊產(chǎn)水水質(zhì)影響是可以忽略的。

圖1 進(jìn)水電導(dǎo)率和產(chǎn)水電阻率

不同進(jìn)水溫度下，4組樣機(jī)出口水質(zhì)電導(dǎo)率略微比進(jìn)水電導(dǎo)率低，這是由于進(jìn)水電導(dǎo)率表采用河北科瑞達(dá)儀器科技股份有限公司生產(chǎn)的CCT-8301電導(dǎo)率表，其電極常數(shù)為0.1 cm-1，產(chǎn)水電阻率表采用SWAN生產(chǎn)的AMI Rescon電阻率表，其電極常數(shù)為0.01 cm-1，即AMI Rescon電阻率表的精度高于CCT-8301電導(dǎo)率表。

2.4 高溫EDI模塊模擬測(cè)試

高溫EDI模塊在運(yùn)行溫度為55 ℃，pH在9.0~10.5。Na、Cl、SO42-等離子濃度在100~ 250 μg/L的條件下連續(xù)運(yùn)行模擬測(cè)試，其產(chǎn)水電阻率基本保持在17.5 MΩ.cm左右。

3 結(jié)論

文章通過對(duì)高溫EDI模塊的材料選型研究測(cè)試數(shù)據(jù)研究分析，得出以下結(jié)論：工程塑料A符合高溫EDI模塊通水隔板的要求。