第一部分：介绍
1.0 简介
IP-LX是CEDI技术的先锋IONPURE开发的最新产品, 2000年投放市场。 IP-LX集合了15年的商业实践，比以前的产品更可靠且成本更低。本章将介绍相关技术，并将阐述IP-LX 与以前原型号产品及竞争伙伴同类产品的区别。
1.1 CEDI技术
CEDI指用离子交换膜，离子交换树脂，在直流电场的作用下，从水中消除离子的过程，自从1987年Millipore的水处理部，著名的Ionpure（现为Vivendi水处理部）推向市场后，不断进行改进，以降低成本和提高去离子度。 市场上大多数的CEDI产品由交替放置的阳离子和阴离子膜构成，水从其中的膜隙流过。这些交替放置阴、阳离子交换膜被固定在两个带有进出水口的装置之间，水从其中的膜间隙流过。面向正极带有正电荷的阳离子交换膜与面向负极带有负电荷的阳离子交换膜之间构成淡水室；面向负极的阴离子膜与面向正极的阳离子膜之间组成浓水室。为了便于在弱电解质溶液中强化离子交换过程，在淡水室，有时在浓水室添加离子交换树脂。在CEDI装置机架两端的电极提供了横向的直流电场，直流电场驱动水中的离子 运动穿过离子交换膜。其结果是降低了淡水室水中的离子浓度和增加了浓水室的离子浓度。图1显示的是两个淡水室和一个浓水室离子交换过程。 大型的CEDI装置，要由许多这样的基本单元组合在一起，并联工作。
CEDI装置有许多类型，但由于离子交换过程本身的特性所致，目前制造商形成了两种设计方式。即平板框架式结构和卷式结构。平板框架式在结构上类似于过滤器和热交换器，在极板之间交替设置的淡水室和浓水室，靠加紧机构紧固在一起，形成类似三明治式的机械结构。增加淡水室和浓水室对的数量，就可以增加每个模块的生产能力。这种结构的主要优点是易于组装。
与此相反，卷式CEDI装置要更复杂，因此也难于组装。只有欧洲的CHRIST供应这种
结构的CEDI装置。我们不详细描述这种结构，在原理上，与平板框架式完全相同。
目前，在美国主要的竞争对手是E-Cell, Ionics, Electropure, 和SG水系统公司，他们都采用平板框架式结构。平板框架式结构分为两个思路，薄室和厚室结构，划分标准基于淡水室的设计厚度。根据本文的观点，薄室厚度为2-3毫米，厚室的厚度为8-10毫米。
1.2 薄室CEDI
首先上市的是带有混床离子交换树脂的薄室CEDI装置。尽管进行了多年的改进，但其基本原理未变，这种技术已经证实是有效的和可靠的。在H系列，P系列和紧凑型CEDI装置中，Ionpure 一直沿用这种技术。Ionics 和Electropure也采用这种技术。Ionics 的CEDI 装置和Ionpure 的H系列CEDI产品在薄浓水室中使用惰性隔帘技术。Iopure在紧凑型和P 系列在浓水室中填充了离子交换树脂，其浓水室的厚度与淡水室基本相同。
由于活性膜典型的产品流量为150加仑/分钟/平方英尺(gfd)，所以这项技术在文献“low-flux”被不恰当的称为低流量的CEDI。按照这种观点, 典型的反渗透系统(RO)的通量大约是20-30gfd。可是在RO系统中, 水流确确实实穿过了膜, 膜通量是恰当的描述参数。但对于CEDI系统，淡水（产品水）流经树脂床，只有离子态的盐穿过了膜。也许，对于CEDI装置，通过的时间（阻力时间）是个更合适的描述参数。从这个角度上讲，薄室和厚室技术是相同的。
在薄室混床的CEDI淡水室中，会形成两个不同的区域。强电解质物质首先被祛除，弱电解质物质在水由上至下流动过程中被祛除。我们把这两个区域分别称为增强传输区和电再生区。
在超纯水生产过程中，CEDI的进水是由RO系统进行预处理的。这种水中只会含有少量的可容性物质，离子态固体，和一些弱电解质，如二氧化碳和二氧化硅。因为负荷低，在增强传输区，装置能够祛除多数的强电解质物质。在这一区域，离子交换树脂起简单的导体作用，加速了离子从淡水室到浓水室的迁移过程。这是因为离子交换树脂的导电性是水的导电性的几个数量级。如图示树脂床顶部。
绝大部分的强电解质物质在淡水室顶部就被祛除了，淡水室的导电性靠离子交换树脂维
持。同时装置运用使水分离的最小热动力过电压，来增加氢离子和氢氧根离子的浓度。图中电再生区所示。在树脂与树脂或膜与树脂的交界部分，由于异性电荷的作用，水的电离反应大大增强了。游离的氢离子和氢氧根离子使树脂再生，弱电解质可以再反应，分解成离子，进入浓水区。
1.3 厚室CEDI技术
如同薄室技术被不恰当的标榜为“低流量”，厚室技术也被不恰当的标榜为是“高流量”，典型的CEDI流量达到了550gfd。这些设备在相同膜面积情况下，每单元生产更多的产品水，但流经时间与薄膜相当。
1996年，E-Cell安装了第一套试验设备。标志着厚室CEDI投入商业应用。从那时起，其它的厚室装置陆续投放市场，如E-Cell的MK-2，SG水系统的EI-Ion, Ionpure的IP-LX。除了淡水室加厚了，这中装置与薄室CEDI的真正区别在于分层树脂，或组合的分层树脂与混床树脂。
由于在膜之间不易获得连续通道，应用混床填充树脂的厚室淡水通道可能不利于其性能。尽管水电离能够持续发生在不同电荷性质的树脂与树脂，和树脂与膜的接触面之间，但大部分的氢离子和氢氧根离子在离子的相对运动中，会重新结合。
在商业实践中，厚室CEDI淡水室只使用分层树脂而不使用混床结构。这种装置离子祛除的基础是不同的。因为在膜之间的给定点范围内只有单一电荷类型的树脂，同时传输两种离子是不可能的。因此，水必须分解出氢离子和氢氧根离子，在保持离子传输的同时，维持电离平衡。因此，无论对于强电解质还是弱电解质，电流传输和水分解是非常重要的。
1.4 水分解和模块电阻
如上描述，水分解对于消除弱电解质，如二氧化硅，二氧化碳，和硼是非常重要的。厚室CEDI装置中，对消除强电解质也是非常重要的。水分解的电流效率用法拉第定律确定：即使一定数量的离子从电化学室流出，所需的理论电流量比实际电流量：抗氧剂1790
I=(Eq)(F)/t (1)
其中：
I=理论电流量，安培
Eq=每个电化学室流出的离子数量
t=时间，秒
伺服缸F=法拉第常数=96,500库仑/当量数
如果电流效率是法拉第理论电流除以实际电流。我们获得如下公式：
热升华转印纸η=（Eq）(F)100/(Ia)(t) （2）
其中：
η=电流效率，%
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Ia=实际电流，安培
为了公式容易使用，我们可以用流量和进水浓度代替单位时间祛除电荷数。公式为：
η=（3.22）(TEA)(Q/n)/Ia （3）
地下水位监测其中：
TEA=总可交换阳离子量， mg/l 以CaCO3计
Q/n=每个工作单元产品水单位流量，l/min/单元
3.22=系数
通过这个公式，我们可以得出一对重要推论。第一，对于厚室CEDI，由于其每个工作单元的流量高于薄室，在同等效率下，需要更高的电流。第二，在恒定的流量和进水浓度条件下，增加实际电流，电流效率可能降低，但水分解会因此增加。电流效率对于弱电解质的分解特别重要。为了有效祛除硅、硼，电流效率常低于10% 。
E-Cell也使用另一种形式的电流效率的概念。他们使用的E系数，是电流效率的倒数。因此，增加E系数等于降低电流效率。
在任何情况下，增加电流需要增加电压或降低模块电阻。增加电压必须考虑电力消耗和增加安全风险。所以，减低模块电阻成为设计的重要的任务。
因为所有的CEDI设备都在淡水室中使用离子交换树脂，电阻主要来自浓水室部分。在浓水室没有树脂的条件下，唯一增加导电性的方法是增加水的导电性，即增加浓水的循环次数或者直接注入盐，如氯化钠。另外许多制造商使循环的浓水沿着高度方向流动或者沿着模块长度提供恒定的水流。
再循环有一些优点，如在较高速度的情况下有较小的附面层厚度。但是使用浓水循环也有一些缺点。浓水循环需要泵和额外的辅助设备控制电机启动和阀门动作, 这增加了系统设计的复杂性和增加了总成本。在非定常运行条件下，系统运行或泵的调整使工作过程频繁。泵的功率消耗是系统功率消耗的重要部分。典型的实例，薄室CEDI系统耗电1千瓦小时/千加仑产品水，2/3的功耗消耗在再循环泵。
盐注入也有一些弊端，增加CEDI中浓水流的盐浓度，将导致：
*限制浓水流的回收
*增加淡水室和浓水室的离子浓度差，如果膜的质量不好，浓水室中被祛除的离子可能会返回淡水室。
*增加盐桥的可能性，和电短路
*当注入浓水时，会导致在电极处产生
因为许多CEDI设备输送浓水到极水室，由于浓盐水的注入，在电极增加了氯的浓度。如公式（4），氯离子在电极还原成，是强氧化性和有毒气体，它能损害离子交换树脂和附近其它设备。
2Cl-→CL2+2e- (4 )
例如测定形成的过程实验，用一个E-Cell模块运行在600伏3安培的条件下，进水温度在15℃至25℃之间变化，从而使模块电阻相应的变化。然后调整进口的氯化钠浓度，补偿电阻的变化，维持电流在3安培，测量溶解在产品水中的游离的氯含量。如图5，检测出大量的游离的氯。有证据表明在设备附近有大量泄露的。
图5表示的浓度范围内，将对与极水接触的离子交换膜造成的损害。
另外一种降低模块电阻的方法是在浓水室填充离子交换树脂。因为树脂的导电性是RO 水的几个数量级，如图6显示。它克服了水的电阻，减少了盐水注射的需求和再循环需求。Ionpure自九十年代中期在紧凑型和P系列以及IP-LX使用这项技术。
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