ED vs. RO: korzyści z Elektrodializy dla odsalania

by Kevin Westerling,
@ KevinOnWater

nie ma wątpliwości, że odwrócona osmoza (RO) obecnie króluje wśród technik odsalania, jeśli twoim wskaźnikiem jest całkowita liczba instalacji. Pojawił się jednak nowy konkurent, przynajmniej dla konkretnych zastosowań. Jeśli masz słonawej wody w zakresie 2,000 do 15,000 ppm całkowitej rozpuszczonych ciał stałych (TDS), może warto rozważyć elektrodializa (ED) nad RO.

ED jest przeznaczony głównie do odsalania, więc jeśli używasz RO do usuwania zawieszonych ciał stałych, całkowitego węgla organicznego (Toc) lub innych zanieczyszczeń, możesz przestać czytać teraz (przypuszczam) i trzymać się RO. Istnieje jednak wiele zastosowań, szczególnie w przestrzeni przemysłowej, gdzie odsalanie wody słonawej jest integralną częścią operacji. Jest również coraz częściej stosowany w celu uzupełnienia zmniejszających się dostępnych zasobów i łagodzenia wtargnięcia słonej wody do warstw wodonośnych. Historycznie kosztowne, elektrodializa jest teraz realną alternatywą dla odwróconej osmozy-może nawet lepszą.

poniżej przedstawiono korzyści z ED w porównaniu do RO, ponieważ ten ostatni jest obecnie standardem. Były one dzielone przez Pat Buzzell z Evoqua Water Technologies, który od 2008 roku wykonuje szeroko zakrojone badania R&D w zakresie technologii ED w swojej (udanej) próbie uczynienia odsalania elektrochemicznego za pomocą elektrodializy możliwym do powszechnego przyjęcia. Korzyści były zawsze tam dla ED, wracając do jego powstania pół wieku temu, ale większa przystępność rzuca te zalety w nowym świetle.

Dostrajalność

co to znaczy być dostrajalnym? W kontekście odsalania oznacza to możliwość łatwej zmiany wejścia i wyjścia. ED ma, RO nie.

” w rzeczywistości pilotowaliśmy niektóre miejsca, które są oceanicznymi, słonawymi obszarami wodnymi, z 2,000 ppm podczas odpływu i być może 35,000 ppm podczas przypływu. Niezły zamach z punktu widzenia TDS. Wszystko, co robimy z punktu widzenia ED, to zwiększenie ilości energii, która jest niezbędna do wypędzenia tych soli z roztworu”, wyjaśnia Buzzell.

” ilość potrzebnej mocy opiera się całkowicie na ilości soli, którą trzeba wypędzić, więc jest to funkcja całkowicie natężenia przepływu i stężenia soli w wodzie przepływającej przez moduł.”

w przypadku ED redukcja energii nie wpływa na jakość wody. Energia, która nie jest potrzebna, jest oszczędzana, ale wydajność jest spójna. Dzięki RO stała jakość wody zależy od pewnego (wysokiego) ciśnienia do pompowania i filtrowania wody zasilającej przez małe pory membranowe, niezależnie od tego, ile soli jest usuwane.

„w pewnym stopniu jest to głupia technologia” Buzzell powiedział o RO. „To tylko proste usuwanie, a nie można wiele zrobić, aby zmienić wyjście. Możesz zmienić ciśnienie, ale otrzymujesz dość podobną wydajność.”

praca niskociśnieniowa

podczas gdy RO jest zależny od wysokiego ciśnienia do obróbki membranowej, ED działa poprzez separację przepływu krzyżowego przy użyciu membran wymiany jonowej (IX), która jest procesem przepływu niskociśnieniowego/stycznego. W przeciwieństwie do brutalnej siły filtracji RO, ED działa cicho i nie wymaga specjalistycznych rurociągów, zaworów i pomp, aby dostosować się do intensywnego ciśnienia RO.

„działamy pod 7 bar, oni pracują pod 70 bar” – zauważył Buzzell. „Aby pompa 1000 psi działała, jest to wstrząsające. Musisz zaprojektować, aby uwzględnić hałas, wibracje i ciśnienie.”

koszt cyklu życia

według firmy Buzzell tak wymagające wymagania sprzętowe dla RO biorą swoje żniwo. ED jest napędzany głównie przez wodę zasilającą system, a nie pompy,co pomaga zmniejszyć koszty cyklu życia. Powołując się na wewnętrzne badania Evoqua, Buzzell poinformował, że nowy system NEXED ED wykazuje 10 procentową przewagę nad RO w całkowitym koszcie cyklu życia dla zastosowań wody słonawej, w tym procentową redukcję zużycia energii o 30 (w oparciu o zużycie energii RO wynoszące 3 kWh/m3). „Ale Odwrócona osmoza wcale nie stała w miejscu”, przyznał Buzzell. „Zrobili postępy.”

chociaż mogą się one zmieniać w czasie, koszty kapitału i energii są łatwe do obliczenia i porównania; O&koszty M są trudniejsze do oszacowania. Buzzell twierdził, że ponieważ RO wymaga więcej sprzętu pracującego w trudnych warunkach, ED zyskuje przewagę w odniesieniu do długoterminowego O& M. nie tylko tańsze, ale także prostsze.

łatwa konserwacja

zarówno RO, jak i ED wymagają schematów czyszczenia w miejscu (CIP), aby utrzymać membrany wolne od skalowania i zanieczyszczeń; jednak, gdy płoza RO jest wyłączona w celu czyszczenia, istnieje konieczny spadek zdolności leczenia-i nie jest to przypadek z ED. Buzzell wyjaśnił:

” aby wziąć jeden poślizg z Komisji do czyszczenia w miejscu, nic tak naprawdę się nie zmienia . Nasze natężenie przepływu i woda produktowa pozostaną takie same. System po prostu zastosowałby więcej energii do modułów, które przetwarzają zwiększony przepływ. Wykonujemy operację CIP na module, który nie działa, przywracamy go i przechodzimy do następnego.”

ponieważ nie ma potrzeby rozważania utraty pojemności, harmonogramy CIP są łatwe do utrzymania dzięki ED. Dodatkowo, fizyczna konserwacja jest „ogólnie trochę łatwiejsza”, według Buzzella.

regulowana powierzchnia … i zmiana po uruchomieniu

wreszcie, dostrajalność ED pozwala operatorom pracować z większą mocą i zmniejszyć ich fizyczną powierzchnię; lub odwrotnie, zwiększyć liczbę modułów i utrzymać niskie zużycie energii. Taka elastyczność jest najkorzystniejsza w przypadku, gdy ślad lub energia są szczególnie drogim towarem — na przykład cena premium za przestrzeń na statkach i platformach morskich. Jeśli zarówno czas, jak i przestrzeń są równe pieniądzom, dwie ostatnie korzyści przemawiają do oszczędności, jakie niesie ze sobą” dostrajalność”.

kredyt na obniżenie kosztów ED można przypisać nowej membranie jonowymiennej opracowanej przez Evoqua i włączonej do jej modułów odsalania elektrochemicznego. Buzzell poinformował mnie, że membrana nie tylko przełamuje bariery kosztowe,ale także poprawia konstrukcję i wydajność każdej poprzedniej membrany IX. Może być nawet wykorzystywany do odsalania wody morskiej w nadchodzących latach, ale nie jest to obecny cel firmy (choć ekscytująca perspektywa). Na razie ożywienie ED Evoqua koncentruje się na szczególnych zastosowaniach wody słonawej — 2,000 do 15,000 ppm, głównie przemysłowych — gdzie wyżej wymienione korzyści mogą przyćmić RO. Szanse na przyszłość będą zależeć od tego, jak technologia sprawdzi się w tej pierwszej fazie, i nie ma lepszego miejsca, aby określić „huk za dolara” niż sektor prywatny.