软化工艺主要用于低压锅炉用水的处理，传统的软化水工艺主要是石灰软化和阳离子交换。但近年来膜法软化水，即纳滤(NF)膜软化水则在国内外已获普遍应用。NF膜的孔径为1．0～3．0 nm，在这一孔径范围内。水溶液中大部分的单价离子可透过NF膜，但二价离子和高价离子如Ca2+、M：g2+、SO?-,Fe等基本上不透过，由此可实现水的软化。因此，NF膜的选择性分离是依据分离对象与膜孔径的相对大小。NF膜用于水的软化具有无污染、无化学再生、操作简便、产水水质高等优点，缺点是设备投资和能耗较高，水利用率相对偏低，在产品水质，尤其是深度除硬方面也存在一定缺陷，这在一定程度上限制了NF膜的推广应用。
电去离子(EDI)技术，国内也称为填充床电渗析，是结合离子交换膜和离子交换树脂，在外直流电场的作用下实现连续去离子的分离过程。EDI集传统的离子交换与电渗析二者之长，既无需对树脂进行化学再生，又可实现连续深度除盐，近年来在超纯水生产领域取得了前所未有的进展⋯。笔者在EDI的集成过程、弱电解质的去除及水解离机理等基础研究方面。亦进行了一些较深入的研究 。
更重要的是在阴阳离子交换膜之间的淡水室中填充离子交换树脂的这种技术创新．可使EDI在通过改变膜与树脂的组合、填充方式的过程中，具备多方面的分离性能。与NF膜选择性分离离子的原理类似，离子交换树脂对一价和二价离子的选择性系数同样有很大的差异。这就为它们之间的选择性分离提供了良好基础。因此，如果仅在EDI的淡水室中填充单一的阳离子交换树脂。就有可能对二价和高价离子起到很好的选择性分离作用，从而实现EDI对水的软化。国内有学者提出并适当讨论了EDI软化水的技术(s， ，但还只是概念性设想，至今未见研究报道。笔者利用自制EDI装置研究了EDI软化水的性能，研究表明，在常低压工业锅炉用软化水等领域具有良好的开发应用前景。

图1中在淡化室仅填充阳离子交换树脂。显然，与填充混床树脂不同的是，对于阳离子的传递而言，淡化室中全部的阳离子交换树脂都是导电有效的，并且这种同电性直接相连的树脂床层为阳离子的传递提供了最有效和最短的迁移路径。甚至。阳树脂床层可以看作是阳离子交换膜的延伸，其导电能力远大于溶液相。原水中的阳离子被交换吸附到阳树脂颗粒上后，在电场的作用下通过树脂床层迅速迁移，并透过阳膜进入浓缩室而被除去。由于树脂对一价和二价离子的选择性系数相差较大，因此必然出现“竞争吸附一优先脱除”现象，其结果是二价及高价离子首先被除去。从而达到软化水的目的。这一过程与NF膜软化水较为相似。
对于阳膜而言。填充的阳树脂对阳离子的迁移起到传递促进作用。阳膜的极限电流密度得到极大提高。正常的操作情况下阳膜表面均不会发生浓差极化与水的解离。但阴膜的情况则与此相反。由于淡化室中与阴膜表面相接触的也全都是阳树脂。阴离子向阳极方向的迁移非但没有得到促进反而受到阻碍，且这种迁移是通过溶液相进行的。与电渗析(ED)过程相比，阴膜的浓差极化与水的解离提前发生。由于水解离产物OH一透过阴膜进入浓缩室后可使浓缩水pH升高，因此显著增加了水在浓缩室中结垢的可能性；H+贝0向阴极方向迁移，或者对填充的阳树脂起到“电再生”作用，或者因浓度较低，不足以再生阳树脂而使产品水pH降低。可见，EDI软化水过程能否安全稳定进行的重要条件之一，在于有效防止阴膜表面水解离与浓缩室结垢。这主要应通过控制合理的电化学条件(如工作膜堆电压)和优化浓缩室的流体力学设计来进行。
2 实验部分
2．1 实验流程
实验采用自来水一超滤一活性炭一电去离子一软化水的工艺流程，EDI浓缩水直排。
2．2 实验设备与装置
中空纤维超滤器，100 L／h，聚丙烯腈(PAN)材质，天津膜天膜技术工程公司；EDI膜堆，一级两段，每段4个膜对，其中在阳极处增设一浓缩室为保护室，自制；隔板，100mmx300mmPP板，淡化室板厚3 mm，浓缩室板厚0．9 min，有效膜面积128 cm2；电极材质为钛镀钌；WYK一1503型直流稳压电源，扬州市东方集团公司。
2-3 实验材料
离子交换树脂，凝胶型001×7 Na型阳树脂，南开大学化工厂；离子交换膜，3361一BW、3362一BW异相膜，上海化工厂。
3 结果与讨论
3．1 EDI的特征曲线
在UF原水电导率627 p~S／cm，pH 7．18，淡水、浓水流量均为8 L／h的实验条件下，EDI软化水过程的电压一电流特征fHj线和pH一电流特征fHj线分别见图2和图3。

由图2和图3可知，膜堆电压达到14 V时，浓缩水pH出现突变且迅速增大。说明此时阴膜与淡水室溶液相接触的界面层中发生显著的水解离，其原理与ED过程的类似。不仅如此。由于与阴膜相接触的树脂颗粒全部为阳树脂．因此全部的阴离子迁移将被迫在溶液相中进行。膜面的浓差极化较ED过程的更为严重，这就导致在较低的膜堆电压下发生显著的水解离。事实上，在膜堆电压达到10 V时．淡水pH开始缓慢下降，可见阴膜表面的水解离已经发生，只不过程度较弱。而浓缩水pH的变化也有一定的滞后。在阴膜水解离程度较弱的时候，淡水室中产生的H+浓度较低，不足以再生Na型阳树脂．因此使得淡水pH下降。
3．2 EDI的除盐性能
根据特征曲线的分析。将膜堆的工作电压设定为12 V，稳态下的运行结果与水质分析结果见表1。由表1可见．实验条件下EDI的总脱盐率约为65％(按电导率计算)，而Ca +的去除率为99．7％，M 的去除率则达到了99．97％，剩余Mg-Z+~量浓度达到了0．1 的数量级。与同时填充阴阳混合树脂的EDI过程相比，产品水中的Ca2+和M 含量分别下降了96．9％和99．6％["。由此，笔者认为，在淡水室中仅填充阳树脂的EDI过程，对Ca 、Mg-z 具有很高的选择去除率，在膜法软化水，尤其是深度除硬方面展现出了良好的应用前景。
此外，由于浓淡水流量相等，因此，若过程中不发生水的解离或水解离程度很弱．则稳态下软化水与．浓缩水的电导率之和应为原水电导率的2倍左右。可见。控制膜堆工作电压为12 V时，软化过程可以在安全稳定的状态下运行。微弱的水解离对浓缩水电导率基本无影响。这同时也说明，与后接于反渗透系统，用以深度除盐制备超纯水的EDI过程所不同的是，在本实验的高含盐量原水条件下，淡水室中填充的阳树脂保持为Na型。在稳态下，树脂仅承担离子的传输通道作用，既不吸收也不额外释放离子。过程分离效率的提高来自于树脂的增强离子迁移效应。
3．3 EDI与NF膜软化过程的比较
初步探索表明，EDI软化水较NF具有更强的潜在竞争力，有望发展成为一项新的膜法软化技术。两种软化方法的简单比较如下。
(1)脱硬性能。目前的商用NF膜，在原水硬度质量浓度为1 000~2 000 mg／L条件下，硬度去除率一般为95％～98％；但随着原水浓度的降低，其去除率也相应减小。受浓差极化因素所限，对于低硬度原水(如原水Ca2+,Mg-z <20 mg／L)的深度除硬，通常的NF膜就很难处理。而在本实验中，原水电导率超过600~S／cm，Ca2+-．Mg2 总质量浓度约15 mg／L，其硬度离子的去除率却分别达到99．7％和99．97％ ．说明EDI在深度除硬方面较NF膜具有显著优势。
(2)产水能耗。对于EDI软化过程，取实验中典型的工作参数：膜堆电压12 V，膜堆电流91 mA。则EDI膜堆自身的吨水耗电量不足0．15 kW·h。此外．UF／EDI软化过程为低压操作过程。特殊条件下．如以自来水为原水，原水压力达到0．3 MPa左右而产水量亦为吨级水平，UF／EDI甚至可以实现无泵低噪音运行。与采用高压泵的NF相比，能耗有显著降低。
(3)水利用率。单支NF膜的水利用率一般为8％～15％，单支产水量越大，水利用率越低。对于高产水量的NF系统，通过多支串联。水利用率可达到60％～70％。但对EDI软化水，水利用率可望达到60％～80％。因此，对于较高的产水量而言。UF／EDI的水利用率与NF的相当；当产水量较小时．前者的水利用率较后者则明显提高。
(4)设备成本。全部采用国产材料的UF／EDI．在设备成本上具有明显优势。目前国产的吨级规模EDI膜堆，其成本仅为数千元，且系统简单易于操控。同规格的EDI软化装置仅是将混床树脂改为阳床树脂，成本几乎相同。因此，与采用高压泵及相近的预处理的NF系统相比，EDI软化装置的成本仅为后者的几分之一。
(5)有机物的去除。受分离机理所限，EDI无法去除有机物杂质，而NF膜在理论上则可以去除绝大多数的有机物。将UF与EDI联用，也只能依靠UF的截留作用去除大分子有机物杂质。因此，UF／EDI软化过程不适用于同时对有机物杂质指标有很高要求的制水任务。
3．4 EDI技术的工艺组合与应用领域同其他软化水技术相似，EDI软化水工艺主要用于常低压工业锅炉软化水的制备，以及其他需要软化预处理水的(如超纯水制备)工艺中。国民经济中其他行业对软水也有不小的需求，如食品、饮料等。国内的常低压工业锅炉超过50万台，其软化水的用量十分巨大。因此，开发新型高效、环境友好的软化水技术具有重要意义。
对于EDI软化水，提出了UF— NF— EDI和UF—EDI两种运行工艺。对于原水硬度较高的场合，尤其在西部及沿海苦咸水地区，可以用UF— NF—EDI工艺，将EDI放在NF之后实现软化精处理，而NF则作为初级除硬手段，同时亦对下游EDI起到很好的保护作用。对于原水硬度较低的场合，如以城市自来水为原水，则直接采用UF—EDI工艺即可实现连续深度除硬。显然，以UF、EDI装置为核心构成的连续软化水系统，其运行只消耗电能，在无人值守、全自动操作、非化学再生方面，较传统的树脂软化水工艺有显著优越性。
4 结论
(1)EDI水软化过程的“伏一安”特征曲线与常规ED过程的相似，但“pH一电流”曲线的转折点较“伏一安”曲线的转折点有显著滞后。在含盐量较高的UF水条件下，只要操作参数控制合理，EDI软化过程中就不会出现显著的水解离反应。
(2)使用一级两段的EDI装置对电导率627~S／cm、pH 7．18的UF水进行除硬，EDI的总脱盐率达到65％，Ca2+、M 的去除率均超过99．5％。
(3)UF／EDI软化水技术具有高效、高水利用率、低设备成本、低过程能耗等显著优点，尤其适用于低硬度原水条件下的深度除硬。UF／EDI具有良好的开发应用价值，有望发展成为新的低成本、高效、稳定、环境友好的膜法软化水技术。