ED vs. RO: fordelene ved elektrodialyse til afsaltning

af Kevin Vesterling,
@Kevinonvand

der er ingen tvivl om, at omvendt osmose (RO) i øjeblikket hersker blandt afsaltningsteknikker, hvis din måling er det samlede antal installationer. Men en ny konkurrent er opstået, i det mindste til bestemte applikationer. Hvis du har brakvand i området 2.000 til 15.000 ppm af samlede opløste faste stoffer (TDS), kan du overveje elektrodialyse (ED) over RO.

ED er primært designet til afsaltning, så hvis du bruger RO til at fjerne suspenderede faste stoffer, total organisk kulstof (TOC) eller andre forurenende stoffer, kan du stoppe med at læse nu (jeg formoder) og holde fast i RO. Der er dog mange anvendelser, især i det industrielle rum, hvor afsaltning af brakvand er integreret i driften. Det bruges også i stigende grad til at supplere svindende tilgængelige ressourcer og afbøde saltvandsindtrængning af akviferer. Historisk omkostningsbegrænsende er elektrodialyse nu et levedygtigt alternativ til omvendt osmose — måske endda en bedre.

det følgende er fordelene ved ED i sammenligning med RO, da sidstnævnte er den nuværende standard. De blev delt af Pat Summell af Evoka Vandteknologier, som har udført omfattende R&D på ED-teknologi siden 2008 i sit (vellykkede) forsøg på at gøre den elektrokemiske afsaltning via elektrodialyse mulig for udbredt vedtagelse. Fordelene var altid der for ED, går tilbage til starten for et halvt århundrede siden, men større overkommelighed kaster disse fordele i et nyt lys.

Tunability

Hvad betyder det at være tunable? I forbindelse med afsaltning betyder det evnen til nemt at ændre input og output. ED har det; RO gør det ikke.

“vi har faktisk piloteret på nogle steder, der er havdrevne, brakvandsområder, med 2.000 ppm under udgående tidevand og måske 35.000 ppm under indgående tidevand. Det er noget af en sving fra TDS synspunkt. Alt, hvad vi gør fra et ed-synspunkt, er at øge mængden af strøm, der er nødvendig for at drive disse salte ud af løsningen,” forklarede Brumell.

“den nødvendige mængde strøm er udelukkende baseret på, hvor meget salt du skal køre ud, så det er en funktion helt af strømningshastighed og saltkoncentration i vandet, der strømmer gennem modulet.”

med ED påvirkes vandkvaliteten ikke af reduktion af energi. Uanset hvilken energi der ikke er nødvendig, gemmes, men output er konsistent. Med RO er ensartet vandkvalitet afhængig af et bestemt (højt) tryk for at pumpe og filtrere fødevand gennem små membranporer, uanset hvor meget salt der fjernes.

“til en vis grad er det lidt af en dum teknologi,” sagde Musell om RO. “Det er bare lige fjernelse, og der er ikke meget du kan gøre for at ændre output. Du kan ændre trykket, men du får en ret lignende udgang.”

Lavtryksoperation

mens RO er afhængig af højt tryk for sin membranbehandling, fungerer ED ved tværstrømsseparation ved hjælp af ionbytningsmembraner, som er en lavtryks-/tangentiel strømningsproces. I modsætning til den brute kraft af RO-filtrering fungerer ED stille og kræver ikke specialiserede rørledninger, ventiler og pumper for at imødekomme RO ‘ s intense tryk.

“vi opererer på under 7 bar; de opererer på 70 bar,” bemærkede Brummell. “For at en 1000-psi-pumpe skal fungere , er den skurrende. Du skal designe for at tage højde for støj, vibrationer og tryk.”

livscyklusomkostninger

ifølge Summell tager sådanne krævende udstyrskrav til RO deres vejafgift. ED drives hovedsageligt af systemfodervand, ikke pumper, hvilket hjælper med at reducere livscyklusomkostninger. Det nye ED-system viser en 10 procent fordel i forhold til RO på de samlede livscyklusomkostninger for brakvandsapplikationer, herunder en reduktion på 30 procent i energiforbruget (baseret på RO-energiforbrug på 3 kV/m3). “Men omvendt osmose har slet ikke stået stille,” erkendte han. “De har gjort fremskridt.”

selvom de kan ændre sig over tid, er kapitalomkostninger og energi nemme at beregne og sammenligne; O& m omkostninger er sværere at evaluere. Fordi RO kræver mere udstyr, der opererer i et alvorligt miljø, tjener ED en fordel med hensyn til langsigtet O&M. ikke bare billigere, men også enklere.

nem vedligeholdelse

både RO og ED kræver clean-in-place (CIP) regimer for at holde membraner fri for skalering og begroning; men når en RO-skid tages offline til rengøring, er der et nødvendigt fald i behandlingskapaciteten — og det er ikke tilfældet med ED. “For at tage en skid ud af kommission for at gøre et rent sted, ændrer intet virkelig . Vores strømningshastighed og produktvand forbliver det samme. Systemet ville bare anvende mere energi på de moduler, der behandler den øgede strømning. Vi gør vores CIP operation på modulet, der er ude af drift, bringe det tilbage online, og gå videre til den næste.”

da der ikke er behov for at overveje mistet kapacitet, er CIP-tidsplaner lette at vedligeholde med ED. Plus, den fysiske vedligeholdelse er “lidt lettere samlet,” ifølge Musell.

justerbart fodaftryk … og skift i gang

endelig giver ed-indstillbarheden operatører mulighed for at køre med højere effekt og reducere deres fysiske fodaftryk; eller omvendt at øge antallet af moduler og holde energiforbruget lavt. En sådan fleksibilitet er mest fordelagtig, hvor fodaftryk eller energi er en særlig dyr vare — for eksempel præmieprisen for plads ombord på offshore skibe og platforme. Hvis både tid og rum svarer til penge, taler de to sidste fordele til de omkostningsbesparelser, som “tunability” medfører.

kredit for at bringe omkostningerne ved ED ned kan henføres til en ny ionbytningsmembran udviklet af Evoka og indarbejdet i dens næste elektrokemiske afsaltningsmoduler. Mumell informerede mig om, at membranen ikke kun bryder omkostningsbarrierer, men også forbedrer design og ydeevne for enhver tidligere IP-membran. Det kan endda bruges til afsaltning af havvand i de kommende år, men det er ikke virksomhedens nuværende fokus (dog et spændende perspektiv). For øjeblikket er Ed revival centreret om bestemte brakvandsapplikationer – 2.000 til 15.000 ppm, hovedsagelig industrielle — hvor de ovennævnte fordele kan overskride RO. Mulighederne for fremtiden afhænger af, hvordan teknologien fungerer i denne første fase, og der er ikke noget bedre sted at bestemme ‘bang for the buck’ end den private sektor.