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EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。且在每个单元内有两类不同的室:即待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中均用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，而这些树脂位于两个膜之间:只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。 树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，通过电压使进水中的水分子分解成 H+及 OH-，水中的这些离子受相应电极的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，而当这些离子透过交换膜进入浓室后，H +和 OH-结合成水。这种 H+和 OH-的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。
当进水中的 Na+及 CI-等杂质离子都吸咐到相应的离子交换树脂上时，这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应，并相应地置换出 H+及 OH-。然而一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到 H+及 OH-向交换膜方向的迁移，这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移，因此杂质离子得以集中到浓水室中，然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。
EDI膜堆工作原理分析:
1. 水进入EDI系统，主要部分流入树脂 / 膜内部，而另一部分沿模板外侧流动，以洗去透出膜外的离子。
2. 树脂截留水中的溶存离子。
3. 被截留的离子在电极作用下，阴离子向正极方向运动，阳离子向负极方向运动。
4. 阳离子透过阳离子膜，排出树脂 / 膜之外。
5. 阴离子透过阴离子膜，排出树脂 / 膜之外。
6. 浓缩了的离子从废水流路中排出。
7. 无离子水从树脂 / 膜内流出。
