ED vs RO: fördelarna med elektrodialys för avsaltning

av Kevin Westerling,
@KevinOnWater

det råder ingen tvekan om att omvänd osmos (RO) för närvarande regerar bland avsaltningstekniker, om din metriska är totalt antal installationer. Men en ny konkurrent har uppstått, åtminstone för vissa applikationer. Om du har bräckt vatten i intervallet 2 000 till 15 000 ppm av totala upplösta fasta ämnen (TDS), kanske du vill överväga elektrodialys (ED) över RO.

ED är utformad huvudsakligen för avsaltning, så om du använder RO för att avlägsna suspenderade fasta ämnen, totalt organiskt kol (TOC) eller andra föroreningar, kan du sluta läsa nu (antar jag) och hålla fast vid RO. Det finns dock många tillämpningar, särskilt i industriområdet, där avsaltning av bräckt vatten är en integrerad del av verksamheten. Det används också alltmer för att komplettera minskande tillgängliga resurser och mildra saltvattenintrång av akviferer. Historiskt kostnadsförbud, elektrodialys är nu lönsamt alternativ till omvänd osmos — kanske till och med en bättre.

följande är fördelarna med ED i jämförelse med RO, eftersom den senare är den nuvarande standarden. De delades av Pat Buzzell från Evoqua Water Technologies, som har utfört omfattande R&D på ED-teknik sedan 2008 i sitt (framgångsrika) försök att göra den elektrokemiska avsaltningen via elektrodialys möjlig för utbredd adoption. Fördelarna var alltid där för ED, går tillbaka till starten för ett halvt sekel sedan, men större överkomliga priser kastar dessa fördelar i ett nytt ljus.

Tunability

vad betyder det att vara tunable? I samband med avsaltning betyder det möjligheten att enkelt ändra ingång och utgång. ED har det; RO gör det inte.

”vi har faktiskt pilotat på vissa platser som är havsdrivna, bräckta vattenområden, med 2 000 ppm under utgående tidvatten och kanske 35 000 ppm under inkommande tidvatten. Det är ganska en gunga från TDS ståndpunkt. Allt vi gör från en ED-synvinkel är att öka mängden kraft som är nödvändig för att driva dessa salter ur lösningen,” förklarade Buzzell.

”mängden kraft som behövs baseras helt på hur mycket salt du behöver driva ut, så det är en funktion helt av flödeshastighet och saltkoncentration i vattnet som strömmar genom modulen.”

med ED påverkas inte vattenkvaliteten genom att minska energin. Oavsett vilken energi som inte behövs sparas, men produktionen är konsekvent. Med RO är konsekvent vattenkvalitet beroende av ett visst (högt) tryck för att pumpa och filtrera matningsvatten genom små membranporer, oavsett hur mycket salt som tas bort.

”i viss utsträckning är det typ av en dum teknik”, sa Buzzell om RO. ”Det är bara rakt borttagning, och det finns inte mycket du kan göra för att ändra utgången. Du kan ändra tryck, men du får en ganska liknande utgång.”

Lågtrycksoperation

medan RO är beroende av högt tryck för membranbehandling, fungerar ED genom tvärflödesseparation med jonbyte (IX) membran, vilket är en lågtrycks-/tangentiell flödesprocess. I motsats till ro-filtreringens brute kraft arbetar ED tyst och kräver inte specialrör, ventiler och pumpar för att rymma RO: s intensiva tryck.

”Vi arbetar på under 7 bar; de arbetar på 70 bar”, noterade Buzzell. ”För att en 1000-psi-pump ska fungera , är den skurrande. Du måste utforma för att ta hänsyn till buller, vibrationer och tryck.”

livscykelkostnad

enligt Buzzell tar sådana krävande utrustningskrav för RO sin vägtull. ED drivs främst av systemmatarvatten, inte pumpar, vilket bidrar till att minska livscykelkostnaderna. Med hänvisning till Evoquas interna studier rapporterade Buzzell att det nya NEXED ED-systemet visar en fördel på 10 procent jämfört med RO på den totala livscykelkostnaden för brackvattentillämpningar, inklusive en minskning av energianvändningen med 30 procent (baserat på RO-energianvändning på 3 kWh/m3). ”Men omvänd osmos har inte stått stilla alls”, erkände Buzzell. ”De har gjort framsteg.”

även om de kan förändras över tiden är kapitalkostnader och energi lätta att beräkna och jämföra; o&m kostnader är svårare att utvärdera. Buzzell hävdade att eftersom RO kräver mer utrustning som arbetar i en svår miljö, tjänar ED en fördel med avseende på långsiktig O&M. inte bara billigare, men också enklare.

enkelt underhåll

både RO och ED kräver clean-in-place (CIP) regimer för att hålla membranen fria från skalning och påväxt; men när en RO — skid tas offline för rengöring, finns det en nödvändig minskning av behandlingskapaciteten-och det är inte fallet med ED. Buzzell förklarade:

” för att ta en skid ur kommissionen för att göra en ren plats, förändras ingenting verkligen . Vår flödeshastighet och produktvatten skulle förbli densamma. Systemet skulle bara tillämpa mer energi på modulerna som behandlar det ökade flödet. Vi gör vår CIP-operation på modulen som är ur drift, tar tillbaka den online och går vidare till nästa.”

eftersom det inte finns något behov av att överväga förlorad kapacitet är CIP-scheman lätta att underhålla med ED. Dessutom är det fysiska underhållet ”lite lättare totalt sett”, enligt Buzzell.

Justerbart fotavtryck … och ändra på gång

slutligen tillåter ed-avstämbarheten operatörer att köra med högre effekt och minska deras fysiska fotavtryck; eller omvänt att öka antalet moduler och hålla energiförbrukningen låg. Sådan flexibilitet är mest fördelaktig där fotavtryck eller energi är en särskilt dyr vara — till exempel premiumpriset för utrymme ombord på offshore-fartyg och plattformar. Om både tid och rum är lika med pengar, talar de två sista fördelarna med de kostnadsbesparingar som ”tunability” medför.

kredit för att sänka kostnaden för ED är hänförlig till ett nytt jonbytesmembran utvecklat av Evoqua och införlivat i dess nexed elektrokemiska avsaltningsmoduler. Buzzell informerade mig om att membranet inte bara bryter kostnadsbarriärer utan också förbättrar designen och prestandan hos alla tidigare IX-membran. Det kan till och med användas för avsaltning av havsvatten under de kommande åren, men det är inte företagets nuvarande fokus (men en spännande möjlighet). För närvarande är Evoquas ED-väckelse centrerad på särskilda brackvattentillämpningar — 2 000 till 15 000 ppm, främst industriella-där de ovan angivna fördelarna kan överträffa RO. Möjligheter för framtiden kommer att hänga på hur tekniken presterar i denna första fas, och det finns ingen bättre plats att bestämma ’bang for the buck’ än den privata sektorn.