01
Czym jest EDI?
Pełna angielska nazwa EDI to elektroliza, co można przetłumaczyć jako odsalanie elektryczne, znane również jako technologia elektrodejonizacji lub elektrodializa ze złożem stałym.
Technologia elektrodejonizacji łączy techniki wymiany jonowej i elektrodializy. Jest to technologia odsalania opracowana na bazie elektrodializy i jest coraz szerzej stosowaną i skuteczniejszą technologią uzdatniania wody po żywicach jonowymiennych.
Urządzenie nie tylko wykorzystuje zalety ciągłego odsalania za pomocą technologii elektrodializy, ale także umożliwia głębokie odsalanie za pomocą technologii wymiany jonowej;
Nie tylko rozwiązuje to problem zmniejszonej wydajności prądowej w procesie elektrodializy przy obróbce roztworów o niskim stężeniu, poprawia transfer jonów, ale także umożliwia regenerację wymienników jonowych, eliminując konieczność stosowania regeneratorów i redukując wtórne zanieczyszczenia powstające podczas stosowania regeneratorów kwasowo-zasadowych, co pozwala na ciągłą pracę dejonizacji.
zdjęcie
Schematyczny diagram EDI
Podstawowe zasady dejonizacji EDI obejmują trzy następujące procesy:
1. Proces elektrodializy
Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego elektrolity w wodzie selektywnie migrują przez żywice jonowymienne i są odprowadzane wraz ze stężoną wodą, usuwając w ten sposób jony z wody.
2. Proces wymiany jonowej
Dzięki zastosowaniu żywicy jonowymiennej do wymiany jonów zanieczyszczeń w wodzie, w połączeniu z jonami zanieczyszczeń w wodzie, można osiągnąć efekt skutecznego usuwania jonów z wody.
3. Proces regeneracji elektrochemicznej
Wykorzystując H+ i OH- powstające w wyniku polaryzacji wody na granicy faz żywicy jonowymiennej do elektrochemicznej regeneracji żywicy, uzyskuje się samoistną regenerację żywicy.
02
Jakie czynniki wpływające i środki kontroli mają zastosowanie w EDI?
1. Wpływ przewodnictwa wlotowego
Przy takim samym prądzie roboczym, wraz ze wzrostem przewodności wody surowej, zmniejsza się szybkość usuwania słabych elektrolitów przez EDI, a przewodność ścieków również wzrasta.
Jeżeli przewodność właściwa wody surowej jest niska, zawartość jonów również jest niska, a niskie stężenie jonów powoduje powstanie dużego gradientu siły elektromotorycznej na powierzchni żywicy i membrany w komorze wody słodkiej, co prowadzi do zwiększenia stopnia dysocjacji wody, zwiększenia maksymalnego prądu i wytworzenia większej ilości jonów H+ i OH-, co skutkuje dobrym efektem regeneracji żywicy anionowymiennej i kationowymiennej wypełnionej komorą wody słodkiej.
W związku z tym należy kontrolować przewodność dopływającej wody, aby mieć pewność, że przewodność dopływającej wody EDI wynosi mniej niż 40 us/cm, co gwarantuje odpowiednią przewodność ścieków i usuwanie słabych elektrolitów.
2. Wpływ napięcia i prądu roboczego
Prąd roboczy wzrasta, a jakość produkowanej wody ulega ciągłej poprawie.
Ale jeśli prąd jest zwiększany po osiągnięciu najwyższego punktu, z powodu nadmiernej ilości jonów H+ i OH - generowanych przez jonizację wody, duża liczba nadmiarowych jonów działa jako jony przenoszące prąd do przewodzenia, oprócz tego, że są wykorzystywane do regeneracji żywic. Jednocześnie, z powodu gromadzenia się i blokowania dużej liczby jonów przenoszących prąd podczas ich ruchu, występuje nawet przeciwna dyfuzja, co powoduje obniżenie jakości produkowanej wody.
Dlatego konieczne jest dobranie odpowiedniego napięcia i prądu roboczego.
3. Wpływ wskaźnika mętności i zanieczyszczenia (SDI)
Kanał produkcji wody komponentu EDI jest wypełniony żywicą jonowymienną. Nadmierne zmętnienie i wskaźnik zanieczyszczenia mogą powodować zablokowanie kanału, co skutkuje wzrostem różnicy ciśnień w systemie i spadkiem produkcji wody.
W związku z tym konieczne jest odpowiednie wstępne oczyszczenie, a ścieki pochodzące z odwróconej osmozy (RO) zazwyczaj spełniają wymagania wlotowe EDI.
4. Wpływ twardości
Jeśli twardość resztkowa wody zasilającej EDI jest zbyt wysoka, powoduje to tworzenie się kamienia na powierzchni membrany kanału wody skoncentrowanej, zmniejsza natężenie przepływu wody skoncentrowanej, obniża oporność elektryczną produkowanej wody, wpływa na jakość produkowanej wody, a w poważnych przypadkach blokuje kanały wody skoncentrowanej i wody ekstremalnie wodnej komponentów, powodując uszkodzenie komponentów z powodu wewnętrznego nagrzewania.
Można łączyć z usuwaniem CO2 w celu zmiękczenia i dodania alkaliów do wlotu odwróconej osmozy (RO). Jeśli zawartość soli w wlocie jest wysoka, efekt twardości można dostosować, dodając pierwszy etap odwróconej osmozy (RO) lub nanofiltracji w połączeniu z odsalaniem.
5. Wpływ całkowitego węgla organicznego (TOC)
Jeśli zawartość substancji organicznych w dopływie jest zbyt wysoka, spowoduje to zanieczyszczenie organiczne żywicy i selektywnej membrany przepuszczalnej, co doprowadzi do wzrostu napięcia roboczego systemu i pogorszenia jakości produkowanej wody. Jednocześnie w skoncentrowanym kanale wodnym łatwo tworzą się koloidy organiczne, które mogą zablokować kanał.
Dlatego też w procesie przetwarzania można dodać dodatkowy poziom R0 w powiązaniu z innymi wymaganiami wskaźnikowymi, aby spełnić wymagania.
6. Wpływ jonów metali, takich jak Fe i Mn
Jony metali, takich jak Fe i Mn, mogą powodować „zatrucie” żywicą, a „zatrucie” żywicy metalami może prowadzić do szybkiego pogorszenia jakości ścieków EDI, w szczególności do szybkiego spadku szybkości usuwania krzemu.
Ponadto katalityczne działanie utleniające metali o zmiennej wartościowości na żywice jonowymienne może spowodować trwałe uszkodzenie żywicy.
Mówiąc ogólnie, zawartość Fe na wlocie EDI podczas pracy jest kontrolowana tak, aby nie przekraczała 0,01 mg/l.
7. Wpływ CO2 na dopływ
Powstający w wyniku obecności CO2 w dopływie HCO3- jest słabym elektrolitem, który może łatwo przenikać przez warstwę żywicy jonowymiennej i powodować pogorszenie jakości produkowanej wody.
Przed wrzuceniem do wody można ją usunąć za pomocą wieży odgazowującej.
8. Wpływ całkowitej zawartości anionów (TEA)
Wysokie TEA zmniejszy rezystywność produkcji wody EDI lub będzie wymagało zwiększenia prądu roboczego EDI, natomiast zbyt wysokie natężenie prądu roboczego doprowadzi do zwiększenia natężenia prądu w systemie i stężenia resztkowego chloru w wodzie polarnej, co ma negatywny wpływ na żywotność membrany polarnej.
Oprócz 8 powyższych czynników, na działanie systemu EDI wpływają także temperatura wody wlotowej, wartość pH, SiO2 i tlenki.
03
Charakterystyka EDI
W ostatnich latach technologia EDI znalazła szerokie zastosowanie w takich gałęziach przemysłu jak energetyka, chemia i farmaceutyka, gdzie wymagana jest wysoka jakość wody.
Długoterminowe badania aplikacyjne w dziedzinie uzdatniania wody wykazały, że technologia przetwarzania EDI ma sześć następujących cech:
1. Wysoka jakość wody i stabilny odpływ
Technologia EDI łączy zalety ciągłego odsalania przez elektrodializę i głębokiego odsalania przez wymianę jonową. Ciągłe badania naukowe i praktyka wykazały, że stosowanie technologii EDI do dalszego odsalania może skutecznie usuwać jony z wody i osiągać wysoką czystość ścieków.
2. Niskie wymagania dotyczące instalacji sprzętu i mała powierzchnia
W porównaniu ze złożami jonowymiennymi urządzenia EDI są mniejsze, lżejsze i nie wymagają zbiorników do przechowywania kwasu lub zasady, co pozwala zaoszczędzić dużo miejsca.
Co więcej, urządzenie EDI jest konstrukcją w pełni zmontowaną, charakteryzującą się krótkim okresem budowy i minimalnym nakładem pracy związanym z instalacją na miejscu.
3. Prosta konstrukcja, łatwa obsługa i konserwacja
Urządzenie przetwarzające EDI może być modułowe do produkcji i może automatycznie regenerować się w sposób ciągły bez potrzeby dużego i złożonego sprzętu regeneracyjnego. Po uruchomieniu jest łatwe w obsłudze i konserwacji.
4. Automatyczne sterowanie procesem oczyszczania wody jest proste i wygodne
Urządzenia EDI umożliwiają równoległe łączenie wielu modułów z systemem, co gwarantuje bezpieczną i stabilną pracę modułu, niezawodną jakość oraz łatwą kontrolę programu w celu obsługi i zarządzania systemem.
5. Brak odprowadzania odpadów w postaci roztworów kwasów i zasad, co jest korzystne dla ochrony środowiska
Urządzenia EDI nie wymagają regeneracji chemicznej kwasem lub zasadą i zasadniczo nie powodują odprowadzania odpadów chemicznych.
6. Wskaźnik odzysku wody jest wysoki, a wskaźnik wykorzystania wody w technologii oczyszczania EDI wynosi zazwyczaj ponad 90%.
Podsumowując, technologia EDI oferuje znaczące zalety pod względem jakości wody, stabilności działania, łatwości obsługi i konserwacji, bezpieczeństwa i ochrony środowiska.
Ale ma też pewne wady. Urządzenia EDI mają wysokie wymagania co do jakości wody dopływającej, a ich jednorazowa inwestycja (koszty infrastruktury i sprzętu) jest stosunkowo wysoka.
Należy zauważyć, że chociaż koszty infrastruktury i sprzętu dla EDI są nieco wyższe niż w przypadku procesów mieszanych, to biorąc pod uwagę ogólne koszty operacyjne sprzętu, technologia EDI nadal ma pewne zalety.
Na przykład, stacja uzdatniania wody porównała koszty inwestycyjne i operacyjne dwóch procesów, a urządzenie EDI może zrekompensować różnicę w kosztach inwestycyjnych dzięki procesowi z mieszanym złożem po roku normalnej pracy.
04
Odwrócona osmoza + EDI kontra tradycyjna wymiana jonowa
1. Porównanie początkowej inwestycji w projekt
Jeśli chodzi o początkową inwestycję w projekt, w systemach uzdatniania wody o niskim natężeniu przepływu produkcji wody, proces odwróconej osmozy + EDI eliminuje duży system regeneracji wymagany przez tradycyjne procesy wymiany jonowej, zwłaszcza poprzez wyeliminowanie dwóch zbiorników magazynowych kwasu i zasady. To nie tylko znacznie obniża koszty zakupu sprzętu, ale także oszczędza około 10% do 20% powierzchni gruntu, tym samym zmniejszając koszty inżynierii lądowej i zakupu gruntów pod budowę fabryk.
Ponieważ wysokość tradycyjnego sprzętu do wymiany jonowej wynosi na ogół ponad 5 m, podczas gdy wysokość sprzętu do odwróconej osmozy i EDI mieści się w granicach 2,5 m, wysokość warsztatu uzdatniania wody można zmniejszyć o 2-3 m, co pozwala zaoszczędzić od 10% do 20% kosztów inwestycji budowlanej w warsztat.
Biorąc pod uwagę wskaźniki odzysku odwróconej osmozy i EDI, cała skoncentrowana woda z wtórnej odwróconej osmozy i EDI jest odzyskiwana, ale skoncentrowana woda z pierwotnej odwróconej osmozy (około 25%) musi zostać odprowadzona, a wydajność systemu wstępnego oczyszczania musi zostać odpowiednio zwiększona. W przypadku stosowania tradycyjnych procesów klarowania koagulacyjnego i filtracji w systemie wstępnego oczyszczania, początkowa inwestycja musi zostać zwiększona o około 20% w porównaniu z systemem wstępnego oczyszczania wykorzystującym procesy wymiany jonowej.
Biorąc pod uwagę wszystkie czynniki, proces odwróconej osmozy+EDI pod względem początkowej inwestycji jest mniej więcej równoważny tradycyjnym procesom wymiany jonowej w małych systemach uzdatniania wody.
2. Porównanie kosztów operacyjnych
Jak wiadomo, jeśli chodzi o zużycie leków, koszty operacyjne technologii odwróconej osmozy (w tym dozowanie odwróconej osmozy, czyszczenie chemiczne, oczyszczanie ścieków itp.) są niższe niż w przypadku tradycyjnej technologii wymiany jonowej (w tym regeneracja żywicy jonowymiennej, oczyszczanie ścieków itp.).
Jednakże biorąc pod uwagę zużycie energii i konieczność wymiany części zamiennych, proces odwróconej osmozy i EDI jest znacznie droższy od tradycyjnego procesu wymiany jonowej.
Statystyki pokazują, że koszty operacyjne odwróconej osmozy połączonej z procesem EDI są nieznacznie wyższe od kosztów tradycyjnego procesu wymiany jonowej.
Biorąc pod uwagę wszystkie czynniki, całkowity koszt eksploatacji i konserwacji odwróconej osmozy w połączeniu z procesem EDI jest o 50–70% wyższy niż w przypadku tradycyjnego procesu wymiany jonowej.
3. Odwrócona osmoza + EDI charakteryzuje się dużą adaptowalnością, wysokim stopniem automatyzacji i minimalnym zanieczyszczeniem środowiska
Proces odwróconej osmozy + EDI ma dużą zdolność adaptacji do zawartości soli w surowej wodzie i może być stosowany do wody morskiej, wody słonawej, wody odwadniającej kopalnie, wody gruntowej i wody rzecznej. Jednak proces wymiany jonowej nie jest ekonomiczny, gdy zawartość rozpuszczonych substancji stałych w dopływie jest większa niż 500 mg/l.
Odwrócona osmoza i EDI nie wymagają regeneracji kwasowo-zasadowej, nie zużywają dużej ilości kwasu-zasady ani nie generują dużej ilości ścieków kwasowo-zasadowych. Należy dodać tylko niewielką ilość kwasu, zasady, inhibitora osadzania kamienia i środka redukującego.
Jeśli chodzi o obsługę i konserwację, odwrócona osmoza i EDI mają także zalety wysokiego poziomu automatyzacji i łatwego sterowania programem.
4. Sprzęt do odwróconej osmozy i EDI jest drogi i trudny w naprawie, a oczyszczanie skoncentrowanej wody morskiej jest trudne
Chociaż proces odwróconej osmozy plus EDI ma wiele zalet, w przypadku awarii sprzętu, zwłaszcza gdy membrana odwróconej osmozy i stos membran EDI ulegną uszkodzeniu, można go wyłączyć tylko w celu wymiany. W większości przypadków do wymiany potrzebni są profesjonaliści, a czas wyłączenia może być dłuższy.
Chociaż odwrócona osmoza nie wytwarza dużej ilości kwaśnych i zasadowych ścieków, wskaźnik odzysku pierwotnej odwróconej osmozy wynosi zazwyczaj tylko 75%, co powoduje powstanie dużej ilości skoncentrowanej wody. Zawartość soli w skoncentrowanej wodzie jest znacznie wyższa niż w wodzie surowej. Obecnie nie ma dojrzałego sposobu oczyszczania tej skoncentrowanej wody, a po jej odprowadzeniu zanieczyszcza ona środowisko.
Obecnie w krajowych elektrowniach odzyskiwanie i wykorzystanie skoncentrowanej wody morskiej z odwróconej osmozy stosuje się głównie do płukania węgla i nawilżania popiołu. Niektóre uniwersytety prowadzą badania nad procesem oczyszczania poprzez parowanie i krystalizację skoncentrowanej wody morskiej, ale są one bardzo kosztowne i trudne do przeprowadzenia, dlatego metoda ta nie znalazła jeszcze szerokiego zastosowania w przemyśle.
Koszt urządzeń do odwróconej osmozy i EDI jest stosunkowo wysoki, lecz w niektórych przypadkach początkowa inwestycja jest nawet niższa niż w przypadku tradycyjnych procesów wymiany jonowej.
W przypadku dużych systemów uzdatniania wody (gdy system produkuje duże ilości wody) początkowa inwestycja w systemy odwróconej osmozy i EDI jest znacznie wyższa niż w przypadku tradycyjnych procesów wymiany jonowej.
W małych systemach uzdatniania wody proces odwróconej osmozy połączony z EDI wymaga podobnych nakładów początkowych jak tradycyjne procesy wymiany jonowej.
Podsumowując, gdy wydajność systemu uzdatniania wody jest niska, można nadać priorytet procesowi odwróconej osmozy i uzdatniania EDI. Proces ten wymaga niskich początkowych nakładów inwestycyjnych, wysokiego stopnia automatyzacji i minimalnego zanieczyszczenia środowiska.
