RO + EDI pret jonu apmaiņu: kura ūdens attīrīšanas sistēma darbojas labāk?

Augstas tīrības ūdens ir būtisks daudziem rūpnieciskiem lietojumiem, sākot no enerģijas ražošanas un elektronikas ražošanas līdz farmācijai un ķīmiskajai pārstrādei. Gadu desmitiem tradicionālās jonu apmaiņas (IX) sistēmas bija demineralizācijas standarts. Tomēr reversās osmozes (RO) parādīšanās apvienojumā ar elektrodejonizāciju (EDI) ir radījusi pārliecinošu alternatīvu. Šajā rakstā aplūkotas RO + EDI atšķirības, priekšrocības un apsvērumi salīdzinājumā ar parastajām jonu apmaiņas metodēm.

Izpratne par elektrodejonizāciju (EDI)

Elektrodejonizācija (EDI), kas pazīstama arī kā nepārtraukta elektrodejonizācija vai piepildītas gultas elektrodialīze, ir progresīva ūdens attīrīšanas tehnoloģija, kas integrē jonu apmaiņu un elektrodialīzi. Tas ir ieguvis plašu pielietojumu kā uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālajiem jonu apmaiņas sveķiem, izmantojot elektrodialīzes nepārtrauktās sāļošanas priekšrocības ar jonu apmaiņas dziļās demineralizācijas iespējām. Šī kombinācija uzlabo jonu pārnesi, pārvar elektrodialīzes pašreizējos efektivitātes ierobežojumus zemas koncentrācijas šķīdumos un ļauj nepārtraukti reģenerēt sveķus bez ķimikālijām. Tas novērš sekundāro piesārņojumu, kas saistīts ar skābes un sārmu reģenerāciju, nodrošinot nepārtrauktas dejonizācijas operācijas. Nozarēm, kas meklē augstas tīrības ūdeni bez ķīmiskās reģenerācijas problēmām, izpēteEDI sistēmasvar būt nozīmīgs solis uz priekšu.

EDI galvenie procesi:

1. Elektrodialīzes process:Elektriskā laukā elektrolīti ūdenī selektīvi migrē caur jonu apmaiņas sveķiem un membrānām, koncentrējoties un novadot ar koncentrāta plūsmu.
2. Jonu apmaiņas process:Jonu apmaiņas sveķi uztver piemaisījumu jonus no ūdens, efektīvi tos noņemot.
3. Elektroķīmiskais reģenerācijas process:H+ un OH- joni, ko rada ūdens polarizācija sveķu un membrānas saskarnē, elektroķīmiski atjauno sveķus, nodrošinot pašatjaunošanos.

Galvenie faktori, kas ietekmē EDI veiktspēju un kontroles pasākumus

EDI sistēmas efektivitāti un izlaidi var ietekmēt vairāki faktori:

• Ieplūdes vadītspēja:Augstāka ieplūdes vadītspēja var samazināt vāju elektrolītu noņemšanas ātrumu un palielināt notekūdeņu vadītspēju pie tās pašas darba strāvas. Ieplūdes vadītspējas kontrole (ideālā gadījumā <40 µS/cm) ensures target effluent quality. For optimal results (10-15 MΩ·cm resistivity), influent conductivity might need to be 2-10 µS/cm.
• Darba spriegums / strāva:Darba strāvas palielināšana parasti uzlabo produkta ūdens kvalitāti līdz noteiktam punktam. Pārmērīga strāva var izraisīt H+ un OH- jonu pārprodukciju, kas pēc tam darbojas kā lādiņa nesēji, nevis reģenerē sveķus, potenciāli izraisot jonu uzkrāšanos, aizsprostojumus un pat apgrieztu difūziju, pasliktinot ūdens kvalitāti.
• Duļķainības un dūņu blīvuma indekss (SDI):EDI moduļi satur jonu apmaiņas sveķus to produktu ūdens kanālos; augsta duļķainība jeb SDI var izraisīt aizsprostojumus, kā rezultātā palielinās spiediena kritums un samazinās plūsma. Pirmapstrāde, parasti RO permeāts, ir būtiska.
• Cietība:Augsta atlikusī cietība EDI padeves ūdenī var izraisīt zvīņošanos uz membrānas virsmām koncentrāta kanālos, samazinot koncentrāta plūsmu un produkta ūdens pretestību. Smaga mēroga var bloķēt kanālus un sabojāt moduļus iekšējās apkures dēļ. Mīkstināšana, sārmu pievienošana RO barošanai vai pre-RO vai nanofiltrācijas posma pievienošana var pārvaldīt cietību.
• Kopējais organiskais ogleklis (TOC):Augsts TOC līmenis var piesārņot sveķus un membrānas, palielinot darba spriegumu un samazinot ūdens kvalitāti. Tas var izraisīt arī organisko koloīdu veidošanos koncentrāta kanālos. Varētu būt nepieciešams papildu RO posms.
• Mainīgas valences metāla joni (Fe, Mn):Metāla joni, piemēram, dzelzs un mangāns, var "saindēt" sveķus, strauji pasliktinot EDI notekūdeņu kvalitāti, īpaši silīcija dioksīda noņemšanu. Šie metāli arī katalizē sveķu oksidatīvo noārdīšanos. Parasti ietekmīgam Fe jābūt <0.01 mg/L.
• CO2 ietekmē:Oglekļa dioksīds veido bikarbonātu (HCO3-), vāju elektrolītu, kas var iekļūt sveķu gultnē un pazemināt produkta ūdens kvalitāti. Degazēšanas torņus var izmantot CO2 noņemšanai pirms EDI.
• Kopējais maināmo anjonu (TEA) daudzums:Augsts TEA var samazināt produkta ūdens pretestību vai nepieciešamas lielākas darba strāvas, kas var palielināt kopējo sistēmas strāvu un atlikušo hloru elektrodu plūsmā, potenciāli saīsinot elektrodu membrānas kalpošanas laiku.

Citi faktori, piemēram, ietekmes temperatūra, pH, SiO2 un oksidanti, ietekmē arī EDI sistēmas darbību.

EDI tehnoloģijas priekšrocības

EDI tehnoloģija ir plaši izmantota nozarēs, kurām nepieciešams augstas kvalitātes ūdens, piemēram, enerģija, ķimikālijas un farmācija. Tās galvenās priekšrocības ir:

• Augsta un stabila produkta ūdens kvalitāte:Konsekventi ražo augstas tīrības ūdeni, apvienojot elektrodialīzi un jonu apmaiņu.
• Kompakts nospiedums un zemākas uzstādīšanas prasības:EDI vienības ir mazākas, vieglākas, un tām nav nepieciešamas skābes / sārmu uzglabāšanas tvertnes, ietaupot vietu. Tie bieži ir modulāri, ļaujot īsāku uzstādīšanas laiku.
• Vienkāršota projektēšana, ekspluatācija un apkope:Modulārā ražošana un nepārtraukta automātiskā reģenerācija novērš nepieciešamību pēc sarežģītām reģenerācijas iekārtām, vienkāršojot darbību.
• Viegla automatizācija:Moduļus var savienot paralēli, nodrošinot stabilu un uzticamu darbību, atvieglojot procesa kontroli.
• Videi draudzīgs:Ķīmiskā reģenerācija nenozīmē skābes/sārmu atkritumu izplūdes. Tā ir būtiska priekšrocība iekārtām, kas meklē visaptverošuŪdens attīrīšanas iekārtarisinājumi ar minimālu ietekmi uz vidi.
• Augsts ūdens atgūšanas ātrums:Parasti sasniedz ūdens atgūšanas līmeni 90% vai augstāku.

Lai gan EDI piedāvā ievērojamas priekšrocības, tam ir nepieciešama augstāka ietekmes kvalitāte un augstākas sākotnējās investīciju izmaksas aprīkojumam un infrastruktūrai, salīdzinot ar tradicionālajām jaukto gultu sistēmām. Tomēr, ņemot vērā kopējās darbības izmaksas, EDI var būt ekonomiskāks. Piemēram, viens pētījums parādīja, ka EDI sistēma kompensē sākotnējo ieguldījumu starpību ar jauktu gultnes sistēmu gada laikā pēc ekspluatācijas.

RO + EDI pret tradicionālo jonu apmaiņu: salīdzinošs izskats

1. Sākotnējie projekta ieguldījumi

Mazākām ūdens attīrīšanas sistēmām RO+EDI process novērš plašo reģenerācijas sistēmu (ieskaitot skābes un sārmu uzglabāšanas tvertnes), kas nepieciešama tradicionālajai jonu apmaiņai. Tas samazina iekārtu iegādes izmaksas un var ietaupīt 10%-20% no rūpnīcas nospieduma, samazinot būvniecības un zemes izmaksas. Tradicionālajām IX iekārtām bieži ir nepieciešams augstums virs 5 m, savukārt RO un EDI vienības parasti ir mazākas par 2,5 m, potenciāli samazinot rūpnīcas ēkas augstumu par 2-3 m un ietaupot vēl 10%-20% inženiertehniskās izmaksas. Tomēr, tā kā tiek izvadīts pirmās caurlaides RO koncentrāts (apmēram 25%), pirmapstrādes sistēmas jaudai jābūt lielākai, potenciāli palielinot pirmapstrādes ieguldījumus par aptuveni 20%, ja tiek izmantota parastā koagulācijas-dzidrināšanas-filtrēšanas. Kopumā mazām sistēmām sākotnējais ieguldījums RO+EDI bieži ir salīdzināms ar tradicionālo IX. Daudzi mūsdienuReversās osmozes sistēmasir izstrādāti, domājot par EDI integrāciju.

2. Darbības izmaksas

RO procesiem parasti ir zemākas ķīmisko vielu patēriņa izmaksas (dozēšanai, tīrīšanai, notekūdeņu attīrīšanai) nekā tradicionālajam IX (sveķu reģenerācija, notekūdeņu attīrīšana). Tomēr RO+EDI sistēmām var būt lielāks elektroenerģijas patēriņš un rezerves daļu nomaiņas izmaksas. Kopumā RO+EDI kopējās ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas var būt par 25%-50% augstākas nekā tradicionālajā IX.

3. Pielāgošanās spēja, automatizācija un ietekme uz vidi

RO+EDI ir ļoti pielāgojams mainīgajam neapstrādāta ūdens sāļumam, sākot no jūras ūdens un iesāļā ūdens līdz upes ūdenim, savukārt tradicionālais IX ir mazāk ekonomisks ieplūdes ar izšķīdinātām cietām vielām, kas pārsniedz 500 mg/L. RO un EDI reģenerācijai neprasa skābi/sārmu un nerada ievērojamus skābus/sārmu notekūdeņus, prasot tikai nelielu daudzumu antiskalantu, reducētāji vai citas nelielas ķīmiskas vielas. RO koncentrātu parasti ir vieglāk attīrīt nekā reģenerācijas notekūdeņus no IX sistēmām, samazinot slodzi uz rūpnīcas kopējo notekūdeņu attīrīšanu. RO+EDI sistēmas piedāvā arī augstu automatizācijas līmeni un ir viegli programmējamas. Apsveriet iespēju apmeklētStark ūdenslai izpētītu šos automatizētos risinājumus.

4. Aprīkojuma izmaksas, remonta izaicinājumi un koncentrēta pārvaldība

Lai gan RO + EDI aprīkojums ir izdevīgs, tas var būt dārgs. Ja RO membrānas vai EDI kaudzes neizdodas, tās parasti ir jānomaina specializēti tehniķi, kas var izraisīt ilgāku dīkstāvi. Lai gan RO nerada lielus daudzumus skābes/sārmu atkritumu, pirmās kārtas RO (parasti 75% reģenerācija) rada ievērojamu daudzumu koncentrāta ar augstāku sāls saturu nekā neapstrādāts ūdens. Šo koncentrātu var tālāk koncentrēt atkārtotai izmantošanai vai novadīt notekūdeņu stacijā, lai to atšķaidītu un attīrītu. Dažās spēkstacijās RO koncentrāts tiek izmantots ogļu transportēšanas sistēmas skalošanai vai pelnu mitrināšanai, un notiek pētījumi koncentrāta iztvaikošanai un kristalizācijai sāls reģenerācijai. Lai gan aprīkojuma izmaksas ir augstas, dažos gadījumos, īpaši mazākām sistēmām, sākotnējie projekta ieguldījumi RO+EDI var būt līdzīgi vai pat zemāki par tradicionālo IX. Liela mēroga sistēmām RO+EDI sākotnējie ieguldījumi parasti ir nedaudz lielāki.

Secinājums: vēlamais ceļš mūsdienu ūdens attīrīšanai

Rezumējot, RO + EDI process parasti ir vairāk priekšrocību mūsdienu ūdens attīrīšanas sistēmās. Tas piedāvā salīdzinoši pārvaldāmas investīciju izmaksas, augstu automatizāciju, lielisku ūdens kvalitāti un minimālu vides piesārņojumu, padarot to par izcilu izvēli daudziem prasīgiem lietojumiem.