ED vs. RO: Die Vorteile der Elektrodialyse für die Entsalzung

Von Kevin Westerling,
@KevinOnWater

Es besteht kein Zweifel, dass die Umkehrosmose (RO) derzeit unter den Entsalzungstechniken herrscht, wenn Ihre Metrik die Gesamtzahl der Installationen ist. Aber ein neuer Konkurrent ist entstanden, zumindest für bestimmte Anwendungen. Wenn Sie Brackwasser im Bereich von 2.000 bis 15.000 ppm an insgesamt gelösten Feststoffen (TDS) haben, sollten Sie die Elektrodialyse (ED) gegenüber RO in Betracht ziehen.

ED ist hauptsächlich für die Entsalzung konzipiert, wenn Sie also RO verwenden, um Schwebstoffe, gesamten organischen Kohlenstoff (TOC) oder andere Verunreinigungen zu entfernen, können Sie jetzt aufhören zu lesen (nehme ich an) und bleiben Sie bei RO. Es gibt jedoch viele Anwendungen, insbesondere im industriellen Bereich, wo die Brackwasserentsalzung ein wesentlicher Bestandteil des Betriebs ist. Es wird auch zunehmend eingesetzt, um schwindende verfügbare Ressourcen zu ergänzen und das Eindringen von Salzwasser in Grundwasserleiter zu mildern. Historisch kostspielig, ist die Elektrodialyse heute eine praktikable Alternative zur Umkehrosmose — vielleicht sogar eine bessere.

Was folgt, sind die Vorteile von ED im Vergleich zu RO, da letzteres der aktuelle Standard ist. Sie wurden von Pat Buzzell von Evoqua Water Technologies geteilt, die seit 2008 umfangreiche F & D zur ED-Technologie durchführt, um (erfolgreich) zu versuchen, die elektrochemische Entsalzung über Elektrodialyse für eine breite Akzeptanz durchführbar zu machen. Die Vorteile waren für ED immer da, seit seiner Gründung vor einem halben Jahrhundert, aber eine größere Erschwinglichkeit wirft diese Vorteile in ein neues Licht.

Abstimmbarkeit

Was bedeutet es, abstimmbar zu sein? Im Zusammenhang mit der Entsalzung bedeutet dies die Möglichkeit, die Eingabe und Ausgabe einfach zu ändern. ED hat es; RO nicht.

„Wir haben tatsächlich an einigen Standorten, die von Ozeanen angetrieben werden, Brackwassergebiete mit 2.000 ppm während der Flut und vielleicht 35.000 ppm während der Flut pilotiert. Das ist ein ziemlicher Schwung aus der Sicht von TDS. Alles, was wir von einem ED-Standpunkt aus tun, ist, die Menge an Energie zu erhöhen, die notwendig ist, um diese Salze aus der Lösung zu vertreiben „, erklärte Buzzell.

„Die benötigte Strommenge hängt vollständig davon ab, wie viel Salz Sie austreiben müssen, und hängt daher vollständig von der Durchflussrate und der Salzkonzentration im Wasser ab, das durch das Modul fließt.“

Mit ED wird die Wasserqualität durch die Reduzierung der Energie nicht beeinträchtigt. Was auch immer Energie, die nicht benötigt wird, wird gespeichert, aber die Leistung ist konsistent. Bei RO ist eine gleichbleibende Wasserqualität von einem bestimmten (hohen) Druck abhängig, um Speisewasser durch winzige Membranporen zu pumpen und zu filtern, unabhängig davon, wie viel Salz entfernt wird.

„Bis zu einem gewissen Grad ist es eine dumme Technologie“, sagte Buzzell über RO. „Es ist nur gerade Entfernung, und es gibt nicht viel, was Sie tun können, um die Ausgabe zu ändern. Sie können den Druck ändern, aber Sie erhalten eine ziemlich ähnliche Ausgabe.“

Niederdruckbetrieb

Während RO für seine Membranbehandlung auf Hochdruck angewiesen ist, arbeitet ED durch Querstromtrennung unter Verwendung von Ionenaustauschmembranen (IX), einem Niederdruck- / Tangentialströmungsprozess. Im Gegensatz zur rohen Kraft der RO-Filtration arbeitet ED leise und erfordert keine speziellen Rohrleitungen, Ventile und Pumpen, um den intensiven Druck von RO aufzunehmen.

„Wir arbeiten bei unter 7 bar; sie arbeiten bei 70 bar“, bemerkte Buzzell. „Für eine 1000-psi-Pumpe in Betrieb zu sein, ist es erschütternd. Sie müssen entwerfen, um Lärm, Vibrationen und Druck zu berücksichtigen.“

Lebenszykluskosten

Laut Buzzell fordern solche anspruchsvollen Ausrüstungsanforderungen für RO ihren Tribut. ED wird hauptsächlich durch Systemspeisewasser und nicht durch Pumpen angetrieben, wodurch die Lebenszykluskosten gesenkt werden können. Buzzell zitierte die internen Studien von Evoqua und berichtete, dass das neue NEXED ED-System einen 10-prozentigen Vorteil gegenüber RO bei den Gesamtlebenszykluskosten für Brackwasseranwendungen aufweist, einschließlich einer 30-prozentigen Reduzierung des Energieverbrauchs (basierend auf dem RO-Energieverbrauch von 3 kWh / m3). „Aber die Umkehrosmose ist überhaupt nicht stehen geblieben“, räumte Buzzell ein. „Sie haben Fortschritte gemacht.“

Obwohl sie sich im Laufe der Zeit ändern können, sind Kapitalkosten und Energie leicht zu berechnen und zu vergleichen; O& M Kosten sind schwieriger zu bewerten. Buzzell behauptete, dass, weil RO mehr Ausrüstung erfordert, die in einer schweren Umwelt funktioniert, ED einen Vorteil im Hinblick auf langfristiges O&M. Nicht gerade weniger teuer, aber auch einfacher verdient.

Einfache Wartung

Sowohl RO als auch ED erfordern CIP-Verfahren (Clean-in-Place), um die Membranen frei von Ablagerungen und Verschmutzungen zu halten; wenn jedoch ein RO-Skid zur Reinigung offline geschaltet wird, sinkt die Behandlungskapazität — und das ist bei ED nicht der Fall. Buzzell erklärte:

„Um einen Skid aus der Kommission zu nehmen, um einen Clean-in-Place zu machen, ändert sich nichts wirklich . Unsere Durchflussrate und unser Produktwasser würden gleich bleiben. Das System würde nur mehr Energie auf die Module anwenden, die den erhöhten Fluss behandeln. Wir machen unsere CIP-Operation an dem Modul, das außer Betrieb ist, bringen es wieder online und fahren mit dem nächsten fort.“

Da keine Kapazitätsverluste berücksichtigt werden müssen, sind CIP-Zeitpläne mit ED einfach zu warten. Außerdem ist die physische Wartung laut Buzzell „insgesamt etwas einfacher“.

Einstellbarer Footprint … Und Change Afoot

Schließlich ermöglicht die Abstimmbarkeit von ED den Betreibern, mit höherer Leistung zu arbeiten und ihren physischen Footprint zu reduzieren. oder umgekehrt, um die Anzahl der Module zu erhöhen und den Energieverbrauch niedrig zu halten. Eine solche Flexibilität ist am vorteilhaftesten, wenn Platzbedarf oder Energie ein besonders teures Gut sind — zum Beispiel der Premiumpreis für Platz an Bord von Offshore-Schiffen und -Plattformen. Wenn Zeit und Raum gleich Geld sind, sprechen die letzten beiden Vorteile für die Kosteneinsparungen, die die „Abstimmbarkeit“ mit sich bringt.

Die Senkung der ED-Kosten ist auf eine neue Ionenaustauschermembran zurückzuführen, die von Evoqua entwickelt und in die elektrochemischen Entsalzungsmodule NEXED integriert wurde. Buzzell teilte mir mit, dass die Membran nicht nur Kostenbarrieren durchbricht, sondern auch das Design und die Leistung einer früheren IX-Membran verbessert. Es kann sogar für die Meerwasserentsalzung in den kommenden Jahren genutzt werden, aber das ist nicht der aktuelle Fokus des Unternehmens (obwohl eine spannende Aussicht). Derzeit konzentriert sich Evoquas EDM auf bestimmte Brackwasseranwendungen – 2.000 bis 15.000 ppm, hauptsächlich industriell —, bei denen die oben aufgeführten Vorteile RO überstrahlen können. Die Chancen für die Zukunft hängen davon ab, wie die Technologie in dieser ersten Phase abschneidet, und es gibt keinen besseren Ort, um das Preis-Leistungs-Verhältnis zu bestimmen als den privaten Sektor.