RO + EDI срещу йонообмен: Коя система за пречистване на вода работи по-добре?

Водата с висока чистота е от решаващо значение за множество промишлени приложения, от производството на електроенергия и електроника до фармацевтични продукти и химическа обработка. В продължение на десетилетия традиционните йонообменни системи (IX) бяха стандарт за деминерализация. Въпреки това, появата на обратна осмоза (RO), комбинирана с електродейонизация (EDI), представи убедителна алтернатива. Тази статия изследва разликите, предимствата и съображенията на RO+EDI спрямо конвенционалните методи за йонообмен.

Разбиране на електродейонизацията (EDI)

Електродейонизацията (EDI), известна още като непрекъсната електродейонизация или електродиализа с напълнено легло, е усъвършенствана технология за пречистване на водата, която интегрира йонен обмен и електродиализа. Той придоби широко приложение като подобрение в сравнение с традиционните йонообменни смоли чрез използване на ползите от непрекъснатото обезсоляване на електродиализата с възможностите за дълбока деминерализация на йонния обмен. Тази комбинация подобрява преноса на йони, преодолява текущите ограничения на ефективността на електродиализата в разтвори с ниска концентрация и позволява непрекъсната регенерация на смола без химикали. Това елиминира вторичното замърсяване, свързано с киселинната и алкалната регенерация, позволявайки непрекъснати операции по дейонизация. За индустрии, търсещи вода с висока чистота, без да се налага да се налага химическа регенерация, проучванетоEDI системиможе да бъде значителна стъпка напред.

Основните процеси на EDI:

1. Процес на електродиализа:Под приложено електрическо поле електролитите във водата селективно мигрират през йонообменни смоли и мембрани, концентрирайки се и отстранявайки се с потока концентрат.
2. Процес на йонообмен:Йонообменните смоли улавят примесните йони от водата, като ефективно ги отстраняват.
3. Процес на електрохимична регенерация:H+ и OH-йоните, генерирани от поляризация на водата на границата смола-мембрана, електрохимично регенерират смолите, позволявайки саморегенерация.

Ключови фактори, влияещи върху ефективността и мерките за контрол на EDI

Няколко фактора могат да повлияят на ефективността и производителността на EDI системата:

• Влиятелна проводимост:По-високата притокателна проводимост може да намали скоростта на отстраняване на слабите електролити и да увеличи проводимостта на отпадъчните води при същия работен ток. Контролиране на влиятелната проводимост (в идеалния случай <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.
• Работно напрежение/ток:Увеличаването на работния ток обикновено подобрява качеството на водата на продукта до определен момент. Прекомерният ток може да доведе до свръхпроизводство на H+ и OH- йони, които след това действат като носители на заряд, вместо да регенерират смола, потенциално причинявайки натрупване на йони, запушвания и дори обратна дифузия, влошавайки качеството на водата.
• Индекс на мътност и плътност на тиня (SDI):EDI модулите съдържат йонообменни смоли във водните канали на продукта; високата мътност или SDI може да причини запушвания, което води до повишен спад на налягането и намален поток. Предварителната обработка, обикновено RO permeate, е от съществено значение.
• Твърдост:Високата остатъчна твърдост в захранващата вода EDI може да причини котлен камък върху мембранните повърхности в каналите на концентрата, намалявайки потока на концентрата и водоустойчивостта на продукта. Силното котлен камък може да блокира каналите и да повреди модулите поради вътрешно нагряване. Омекотяването, добавянето на алкали към RO захранването или добавянето на етап преди RO или нанофилтрация може да управлява твърдостта.
• Общ органичен въглерод (TOC):Високите нива на TOC могат да замърсят смолите и мембраните, увеличавайки работното напрежение и намалявайки качеството на водата. Може също така да доведе до образуване на органични колоиди в каналите на концентрата. Може да е необходим допълнителен етап на RO.
• Метални йони с променлива валентност (Fe, Mn):Металните йони като желязо и манган могат да "отровят" смолите, бързо влошавайки качеството на отпадъчните води EDI, особено отстраняването на силициев диоксид. Тези метали също катализират окислителното разграждане на смолите. Обикновено влиятелният Fe трябва да бъде <0.01 mg/L.
• CO2 във влиятелни:Въглеродният диоксид образува бикарбонат (HCO3-), слаб електролит, който може да проникне в слоя на смолата и да понижи качеството на водата на продукта. Дегазационните кули могат да се използват за отстраняване на CO2 преди EDI.
• Общо сменяеми аниони (TEA):Високият TEA може да намали водоотпорността на продукта или да наложи по-високи работни токове, което може да увеличи общия ток на системата и остатъчния хлор в потока на електрода, потенциално съкращавайки живота на мембраната на електрода.

Други фактори като влиятелна температура, рН, SiO2 и окислители също влияят върху работата на EDI системата.

Предимства на EDI технологията

EDI технологията е широко разпространена в индустрии, изискващи висококачествена вода, като енергия, химикали и фармацевтични продукти. Основните му предимства включват:

• Високо и стабилно качество на водата на продукта:Постоянно произвежда вода с висока чистота чрез комбиниране на електродиализа и йонообмен.
• Компактен отпечатък и по-ниски изисквания за монтаж:EDI устройствата са по-малки, по-леки и не изискват резервоари за съхранение на киселина/алкали, спестявайки място. Те често са модулни, което позволява по-кратко време за монтаж.
• Опростен дизайн, експлоатация и поддръжка:Модулното производство и непрекъснатата автоматична регенерация елиминират необходимостта от сложно оборудване за регенерация, опростявайки работата.
• Лесна автоматизация:Модулите могат да бъдат свързани паралелно, осигурявайки стабилна и надеждна работа, улеснявайки контрола на процеса.
• Екологични:Липсата на химическа регенерация означава липса на изхвърляне на киселинни/алкални отпадъци. Това е значително предимство за съоръженията, които търсят цялостПречиствателна станциярешения с минимално въздействие върху околната среда.
• Висока степен на възстановяване на водата:Обикновено постига нива на възстановяване на вода от 90% или повече.

Въпреки че EDI предлага значителни предимства, той изисква по-високо качество и има по-високи първоначални инвестиционни разходи за оборудване и инфраструктура в сравнение с традиционните системи със смесени легла. Въпреки това, когато се вземат предвид общите оперативни разходи, EDI може да бъде по-икономичен. Например, едно проучване показа, че EDI система компенсира първоначалната инвестиционна разлика със смесена система в рамките на една година след експлоатацията.

RO+EDI срещу традиционен йонообмен: сравнителен поглед

1. Първоначална инвестиция в проекта

За по-малки системи за пречистване на вода процесът RO+EDI елиминира обширната система за регенерация (включително резервоари за съхранение на киселини и алкали), изисквана от традиционния йонообмен. Това намалява разходите за закупуване на оборудване и може да спести 10%-20% от отпечатъка на завода, намалявайки разходите за строителство и земя. Традиционното оборудване IX често изисква височини над 5 м, докато RO и EDI единиците обикновено са под 2,5 м, което потенциално намалява височината на сградата на завода с 2-3 м и спестява още 10%-20% от разходите за гражданско строителство. Въпреки това, тъй като концентратът от RO (около 25%) се изхвърля при първо преминаване, капацитетът на системата за предварителна обработка трябва да бъде по-голям, което потенциално увеличава инвестициите за предварителна обработка с около 20%, ако се използва конвенционална коагулация-избистряне-филтрация. Като цяло за малките системи първоначалната инвестиция за RO+EDI често е сравнима с традиционната IX. Много модерниСистеми за обратна осмозаса проектирани с мисъл за EDI интеграция.

2. Оперативни разходи

Процесите на RO обикновено имат по-ниски разходи за консумация на химикали (за дозиране, почистване, пречистване на отпадъчни води) от традиционните IX (регенерация на смола, пречистване на отпадъчни води). Въпреки това, системите RO+EDI могат да имат по-висока консумация на електроенергия и разходи за подмяна на резервни части. Като цяло общите разходи за експлоатация и поддръжка на RO+EDI могат да бъдат с 25%-50% по-високи от традиционните IX.

3. Адаптивност, автоматизация и въздействие върху околната среда

RO+EDI е силно приспособим към различна соленост на суровата вода, от морска и солена вода до речна вода, докато традиционният IX е по-малко икономичен за влиятелни вещества с разтворени твърди вещества над 500 mg/L. RO и EDI не изискват киселина/основи за регенерация и не произвеждат значителни киселинни/алкални отпадъчни води, като изискват само малки количества антискаланти, редуциращи агенти или други незначителни химикали. RO концентратът обикновено е по-лесен за пречистване от регенерационните отпадъчни води от IX системи, намалявайки натоварването върху цялостното пречистване на отпадъчните води на завода. RO+EDI системите също предлагат високи нива на автоматизация и са лесни за програмиране. Помислете за посещениеСтарк Уотър, за да проучите тези автоматизирани решения.

4. Разходи за оборудване, предизвикателства при ремонт и управление на концентрата

Въпреки че е изгодно, RO+EDI оборудването може да бъде скъпо. Ако RO мембраните или EDI стековете се повредят, те обикновено изискват подмяна от специализирани техници, което потенциално води до по-дълги престои. Въпреки че RO не произвежда големи обеми киселинни/алкални отпадъци, първо преминаване на RO (обикновено 75% възстановяване) генерира значително количество концентрат с по-високо съдържание на сол от суровата вода. Този концентрат може да бъде допълнително концентриран за повторна употреба или изхвърлен в станция за отпадъчни води за разреждане и пречистване. В някои електроцентрали RO концентратът се използва за промиване на системи за транспортиране на въглища или овлажняване на пепелта, а изследванията продължават за изпаряване и кристализация на концентрата за оползотворяване на сол. Въпреки че разходите за оборудване са високи, в някои случаи, особено за по-малки системи, първоначалната инвестиция в проекта за RO+EDI може да бъде подобна или дори по-ниска от традиционната IX. За широкомащабни системи първоначалната инвестиция на RO+EDI обикновено е малко по-висока.

Заключение: Предпочитаният път за съвременно пречистване на водата

В обобщение, процесът RO+EDI обикновено има повече предимства в съвременните системи за пречистване на вода. Той предлага относително управляеми инвестиционни разходи, висока автоматизация, отлично качество на изходящата вода и минимално замърсяване на околната среда, което го прави превъзходен избор за много взискателни приложения.