2024年8月9日
逆浸透膜+EDIと従来のイオン交換プロセス技術の比較
1.EDIとは何ですか?
EDIの正式名称は電極イオン化であり、電気脱イオン技術とも呼ばれる電気淡水化、またはパックベッド電気透析に変換されます。
電気脱イオン技術は、イオン交換と電気透析を組み合わせたものです。電気透析を基盤に開発された海水淡水化技術です。広く用いられ、イオン交換樹脂に次いで良好な結果を得ている水処理技術です。
電気透析技術の連続海水淡水化の利点を活用するだけでなく、イオン交換技術を利用して深い海水淡水化を実現します。
電気透析プロセスで低濃度溶液を処理する際の電流効率低下の欠点を改善し、イオン移動を強化するだけでなく、イオン交換体の再生を可能にし、再生剤の使用を回避し、酸塩基再生剤の使用中に発生する二次汚染を減らし、継続的な脱イオン運転を実現します。
EDI脱イオン化の基本原理には、次の3つのプロセスが含まれます。
1. 電気透析プロセス
外部電界の作用により、水中の電解液は水中のイオン交換樹脂を介して選択的に移動し、濃縮された水とともに排出されるため、水中のイオンが除去されます。
2. イオン交換プロセス
水中の不純物イオンは、イオン交換樹脂を介して水中の不純物イオンと交換および結合され、水中のイオンを効果的に除去する効果が得られます。
3.電気化学的再生プロセス
イオン交換樹脂界面における水の分極により発生するH+とOH-を用いて樹脂を電気化学的に再生し、樹脂の自己再生を実現します。
02 EDIに影響を与える要因と制御手段は何ですか?
1.入口水の導電率の影響
同じ動作電流の下で、 原水の導電率が増加すると、弱い電解質のEDI除去率が低下し、廃液の導電率も増加します。
原水の導電率が低いとイオン含有量も低く、イオン濃度が低いと、淡水チャンバー内の樹脂と膜の表面に形成される起電力勾配も大きくなり、水の解離度が増し、制限電流が増加し、H+とOH-が大量に発生します。 淡水チャンバーに充填された陰イオンおよび陽イオン交換樹脂の再生効果が良好になるように。
そこで EDI入口水の導電率が40us / cm未満になるように入口水の導電率を制御する必要があります。これにより、適格な排水導電率と弱い電解質の除去を確保できます。
2.動作電圧と電流の影響
作動電流が増加するにつれて、随伴水の水質は改善し続けます。
しかし、最高点に達した後に電流が増加すると、水のイオン化によって生成されるH+イオンやOH-イオンが過剰に発生するため、樹脂の再生に使用されるだけでなく、多数の余剰イオンが伝導のキャリアイオンとして働きます。同時に、移動中に多数のキャリアイオンが蓄積および閉塞するため、逆拡散さえも起こり、随伴水の水質が低下します。
したがって、適切な動作電圧と電流を選択する必要があります。
3. 濁度と汚染指数(SDI)の影響
EDIコンポーネントの水生成チャネルは、イオン交換樹脂で満たされています。 過度の濁りと汚染指数がチャネルを塞ぎ、システムの圧力差が上昇し、水の生成が減少します。
そのため、適切な前処理が必要ですが、 RO排水は一般的にEDI入口の要件を満たしています。
4. 硬度の影響
EDIの入口水の残留硬度の場合 が高すぎる, それは集中した水チャネルの膜の表面のスケーリングを引き起こし、集中した水の流動度を減らし、生成された水の抵抗率を減らしますは、随伴水の水質に影響を与え、深刻な場合には、コンポーネントの濃縮水と極水の流路を塞ぎ、内部加熱によりコンポーネントが破壊されます。
RO入口水は軟化し、CO2除去と組み合わせてアルカリを添加することができます。 入口水の塩分含有量が高い場合は、第1レベルのROまたはナノろ過を海水淡水化と組み合わせて追加し、硬度の影響を調整できます。
5. TOC(全有機炭素)の影響
流入物中の有機物含有量が高すぎると、樹脂と選択的透過性膜の有機汚染を引き起こし、システムの動作電圧が増加し、生成水の品質が低下します。同時に、濃縮された水路に有機コロイドを形成し、水路を塞ぐことも容易です。
したがって、処理するときは、他のインデックス要件を組み合わせて、要件を満たすようにR0のレベルを上げることができます。
6. FeやMnなどの金属イオンの影響
FeやMnなどの金属イオンは樹脂の「中毒」を引き起こし、樹脂の金属「中毒」はEDI排水品質の急速な劣化、特にシリコンの除去率の急速な低下を引き起こします。
さらに、イオン交換樹脂に対する可変原子価金属の酸化触媒効果は、樹脂に永久的な損傷を引き起こします。一般的に、EDIインフルエントのFeは、運転中に0.01mg/L未満に制御されます。
7. 流入物におけるCO2の影響
HCO3-流入中のCO2によって生成される電解質は弱い電解質であり、イオン交換樹脂層に容易に浸透し、生成水の品質を低下させる可能性があります。脱気塔を使用して、流入する前にそれを取り除くことができます。
8. 総陰イオン含有量(TEA)の影響
高TEAは、EDI生成水の抵抗率を低下させるか、EDI動作電流の増加を必要とします。過度の動作電流は、システム電流を増加させ、電極水中の残留塩素濃度を増加させますが、これは電極膜の寿命に良くありません。
上記の8つの影響要因に加えて、 入口水温、pH値、SiO2、酸化物も、 EDIシステム.
03 EDIの特徴
EDI技術は、電気、化学工業、医療など、水質要件が高い業界で広く使用されています。
水処理の分野における長期的な応用研究は、EDI処理技術が次の6つの特性を持っていることを示しています。
1.高い水質と安定した水出力
EDI技術は、電気透析による連続海水淡水化とイオン交換による深海水淡水化の利点を兼ね備えています。継続的な科学研究の実践は、海水淡水化のためのEDI技術の使用が効果的に水中のイオンを除去し、高純度の水出力を生成することができることを示しています。
2.機器の設置条件が低く、設置面積が小さい
イオン交換ベッドと比較して、EDIデバイスはサイズが小さく軽量で、酸やアルカリの貯蔵タンクを必要としないため、スペースを効果的に節約できます。
それだけでなく、EDIデバイスはプレハブ構造であり、建設期間が短く、現場での設置作業負荷が小さいです。
3.シンプルなデザイン、簡単な操作とメンテナンス
EDI治療装置は、モジュール化された形で製造することができ、自動的かつ連続的に再生することができ、大規模で複雑な再生装置を必要とせず、運用後の操作と保守が容易です。
4. 浄水プロセスの簡単な自動制御
EDIデバイスは、複数のモジュールをシステムに並列に接続できます。モジュールは安全で安定しており、信頼性の高い品質を備えているため、システムの運用と管理を簡単に実装でき、プログラム制御と便利な操作が可能です。
5.環境保護に有益な廃酸および廃アルカリ液の排出はありません
EDI装置は酸やアルカリの化学再生を必要とせず、基本的に化学廃棄物の排出もありません
.
6.高い水回収率。EDI処理技術の水利用率は、一般的に90%以上と高いです
要約すると、EDIテクノロジーには、水質、運用の安定性、操作と保守の容易さ、安全性、環境保護の点で大きな利点があります。
ただし、これにはいくつかの欠点もあります。 EDIデバイスは、流入水質に対する要件が高く、1回限りの投資(インフラストラクチャと機器のコスト)は比較的高くなります。
ただし、 EDIインフラストラクチャと機器のコストは、デバイス操作のコストを包括的に考慮した後、混合ベッドテクノロジーのコストよりもわずかに高く、EDIテクノロジーにはまだ特定の利点があります。
たとえば、ある純水ステーションで、2つのプロセスの投資コストと運用コストを比較しました。通常の運用から1年後、 EDI デバイスは、混合ベッド プロセスで投資差額を相殺できます。
04 逆浸透 + EDI VS 従来のイオン交換
1. プロジェクトの初期投資の比較
プロジェクトの初期投資に関しては、水流量が小さい水処理システムでは、逆浸透+ EDIプロセスは、従来のイオン交換プロセスで必要とされる巨大な再生システム、特に2つの酸貯蔵タンクと2つのアルカリ貯蔵タンクの排除を排除します。 また、床面積の約10%から20%を節約し、プラント建設の土木コストと土地取得コストを削減します。
従来のイオン交換装置の高さは一般に5mを超えていますが、逆浸透膜およびEDI装置の高さは2.5m以内であるため、水処理ワークショップの高さを2〜3m減らすことができ、プラントの土木投資をさらに10%〜20%節約できます。
逆浸透膜とEDIの回収率を考慮すると、二次逆浸透膜とEDIの濃縮水は完全に回収されますが、一次逆浸透膜の濃縮水(約25%)を排出する必要があり、それに応じて前処理システムの出力を増やす必要があります。前処理システムが従来の凝固、清澄化、ろ過プロセスを採用する場合、イオン交換プロセスの前処理システムと比較して、初期投資を約20%増やす必要があります。
すべての要素を考慮に入れると、小型水処理システムにおける逆浸透+ EDIプロセスの初期投資は、従来のイオン交換プロセスとほぼ同等です。
2. 運用コストの比較
ご存知のように、試薬の消費量に関しては、逆浸透プロセス(逆浸透注入、化学洗浄、廃水処理などを含む)の運用コストは、従来のイオン交換プロセス(イオン交換樹脂の再生、廃水処理などを含む)よりも低くなっています。
ただし、消費電力、スペアパーツの交換などの点では、逆浸透とEDIプロセスは従来のイオン交換プロセスよりもはるかに高くなります。
統計によると、逆浸透とEDIプロセスの運用コストは、従来のイオン交換プロセスの運用コストよりもわずかに高くなっています。
すべての要素を考慮に入れると、逆浸透とEDIプロセスの全体的な運用および保守コストは、従来のイオン交換プロセスよりも50%から70%高くなります。
3.逆浸透+ EDIは、強力な適応性、高度な自動化、および低環境汚染を備えています
逆浸透+ EDIプロセスは、原水の塩分含有量に強い適応性を持っています。逆浸透プロセスは、海水、汽水、鉱山排水、地下水、河川水に使用できますが、流入水の溶解固形分が500 mg / Lを超える場合、イオン交換プロセスは経済的ではありません。
逆浸透膜とEDIは、酸とアルカリの再生を必要とせず、酸とアルカリを大量に消費せず、酸とアルカリの廃水を大量に生成しません。少量の酸、アルカリ、スケール防止剤、還元剤のみが必要です。
操作と保守の面では、逆浸透膜とEDIには、高度な自動化と簡単なプログラム制御という利点もあります。
4.逆浸透+ EDI機器は高価で、修理が難しく、塩水の処理が困難です
逆浸透とEDIプロセスには多くの利点がありますが、機器が故障した場合、特に逆浸透膜とEDI膜スタックが損傷した場合、交換のためにのみシャットダウンできます。ほとんどの場合、専門の技術者に交換を依頼し、シャットダウン時間が長くなる場合があります。
逆浸透膜は大量の酸およびアルカリ性の廃水を生成しませんが、第1レベルの逆浸透膜の回復率は一般にわずか75%であり、大量の濃縮水を生成します。濃縮された水の塩分含有量は、原水の塩分よりもはるかに高くなります。現在、濃縮水のこの部分に対する成熟した処理手段はなく、一度排出されると環境を汚染します。
現在、国内の発電所での逆浸透ブラインの回収と利用は、主に石炭の洗浄と灰の加湿に使用されています。一部の大学では、ブラインの蒸発と結晶化精製プロセスの研究を行っていますが、コストが高く、難易度が高く、まだ産業界で広く使用されていません。
逆浸透膜およびEDI装置のコストは比較的高いですが、場合によっては、従来のイオン交換プロセスの初期投資よりもさらに低くなります。
大規模な水処理システム(システムが大量の水を生成する場合)では、逆浸透膜およびEDIシステムの初期投資は、従来のイオン交換プロセスよりもはるかに高くなります。
小型水処理システムでは、逆浸透膜とEDIプロセスは、初期投資の点で従来のイオン交換プロセスとほぼ同等です。
要約すると、水処理システムの出力が小さい場合、逆浸透とEDI処理プロセスを優先することができます。このプロセスは、初期投資が少なく、自動化が進んでおり、環境汚染が少ないという特徴があります。
具体的な価格については、お問い合わせください！
EDIの正式名称は電極イオン化であり、電気脱イオン技術とも呼ばれる電気淡水化、またはパックベッド電気透析に変換されます。
電気脱イオン技術は、イオン交換と電気透析を組み合わせたものです。電気透析を基盤に開発された海水淡水化技術です。広く用いられ、イオン交換樹脂に次いで良好な結果を得ている水処理技術です。
電気透析技術の連続海水淡水化の利点を活用するだけでなく、イオン交換技術を利用して深い海水淡水化を実現します。
電気透析プロセスで低濃度溶液を処理する際の電流効率低下の欠点を改善し、イオン移動を強化するだけでなく、イオン交換体の再生を可能にし、再生剤の使用を回避し、酸塩基再生剤の使用中に発生する二次汚染を減らし、継続的な脱イオン運転を実現します。
EDI脱イオン化の基本原理には、次の3つのプロセスが含まれます。
1. 電気透析プロセス
外部電界の作用により、水中の電解液は水中のイオン交換樹脂を介して選択的に移動し、濃縮された水とともに排出されるため、水中のイオンが除去されます。
2. イオン交換プロセス
水中の不純物イオンは、イオン交換樹脂を介して水中の不純物イオンと交換および結合され、水中のイオンを効果的に除去する効果が得られます。
3.電気化学的再生プロセス
イオン交換樹脂界面における水の分極により発生するH+とOH-を用いて樹脂を電気化学的に再生し、樹脂の自己再生を実現します。
02 EDIに影響を与える要因と制御手段は何ですか?
1.入口水の導電率の影響
同じ動作電流の下で、 原水の導電率が増加すると、弱い電解質のEDI除去率が低下し、廃液の導電率も増加します。
原水の導電率が低いとイオン含有量も低く、イオン濃度が低いと、淡水チャンバー内の樹脂と膜の表面に形成される起電力勾配も大きくなり、水の解離度が増し、制限電流が増加し、H+とOH-が大量に発生します。 淡水チャンバーに充填された陰イオンおよび陽イオン交換樹脂の再生効果が良好になるように。
そこで EDI入口水の導電率が40us / cm未満になるように入口水の導電率を制御する必要があります。これにより、適格な排水導電率と弱い電解質の除去を確保できます。
2.動作電圧と電流の影響
作動電流が増加するにつれて、随伴水の水質は改善し続けます。
しかし、最高点に達した後に電流が増加すると、水のイオン化によって生成されるH+イオンやOH-イオンが過剰に発生するため、樹脂の再生に使用されるだけでなく、多数の余剰イオンが伝導のキャリアイオンとして働きます。同時に、移動中に多数のキャリアイオンが蓄積および閉塞するため、逆拡散さえも起こり、随伴水の水質が低下します。
したがって、適切な動作電圧と電流を選択する必要があります。
3. 濁度と汚染指数(SDI)の影響
EDIコンポーネントの水生成チャネルは、イオン交換樹脂で満たされています。 過度の濁りと汚染指数がチャネルを塞ぎ、システムの圧力差が上昇し、水の生成が減少します。
そのため、適切な前処理が必要ですが、 RO排水は一般的にEDI入口の要件を満たしています。
4. 硬度の影響
EDIの入口水の残留硬度の場合 が高すぎる, それは集中した水チャネルの膜の表面のスケーリングを引き起こし、集中した水の流動度を減らし、生成された水の抵抗率を減らしますは、随伴水の水質に影響を与え、深刻な場合には、コンポーネントの濃縮水と極水の流路を塞ぎ、内部加熱によりコンポーネントが破壊されます。
RO入口水は軟化し、CO2除去と組み合わせてアルカリを添加することができます。 入口水の塩分含有量が高い場合は、第1レベルのROまたはナノろ過を海水淡水化と組み合わせて追加し、硬度の影響を調整できます。
5. TOC(全有機炭素)の影響
流入物中の有機物含有量が高すぎると、樹脂と選択的透過性膜の有機汚染を引き起こし、システムの動作電圧が増加し、生成水の品質が低下します。同時に、濃縮された水路に有機コロイドを形成し、水路を塞ぐことも容易です。
したがって、処理するときは、他のインデックス要件を組み合わせて、要件を満たすようにR0のレベルを上げることができます。
6. FeやMnなどの金属イオンの影響
FeやMnなどの金属イオンは樹脂の「中毒」を引き起こし、樹脂の金属「中毒」はEDI排水品質の急速な劣化、特にシリコンの除去率の急速な低下を引き起こします。
さらに、イオン交換樹脂に対する可変原子価金属の酸化触媒効果は、樹脂に永久的な損傷を引き起こします。一般的に、EDIインフルエントのFeは、運転中に0.01mg/L未満に制御されます。
7. 流入物におけるCO2の影響
HCO3-流入中のCO2によって生成される電解質は弱い電解質であり、イオン交換樹脂層に容易に浸透し、生成水の品質を低下させる可能性があります。脱気塔を使用して、流入する前にそれを取り除くことができます。
8. 総陰イオン含有量(TEA)の影響
高TEAは、EDI生成水の抵抗率を低下させるか、EDI動作電流の増加を必要とします。過度の動作電流は、システム電流を増加させ、電極水中の残留塩素濃度を増加させますが、これは電極膜の寿命に良くありません。
上記の8つの影響要因に加えて、 入口水温、pH値、SiO2、酸化物も、 EDIシステム.
03 EDIの特徴
EDI技術は、電気、化学工業、医療など、水質要件が高い業界で広く使用されています。
水処理の分野における長期的な応用研究は、EDI処理技術が次の6つの特性を持っていることを示しています。
1.高い水質と安定した水出力
EDI技術は、電気透析による連続海水淡水化とイオン交換による深海水淡水化の利点を兼ね備えています。継続的な科学研究の実践は、海水淡水化のためのEDI技術の使用が効果的に水中のイオンを除去し、高純度の水出力を生成することができることを示しています。
2.機器の設置条件が低く、設置面積が小さい
イオン交換ベッドと比較して、EDIデバイスはサイズが小さく軽量で、酸やアルカリの貯蔵タンクを必要としないため、スペースを効果的に節約できます。
それだけでなく、EDIデバイスはプレハブ構造であり、建設期間が短く、現場での設置作業負荷が小さいです。
3.シンプルなデザイン、簡単な操作とメンテナンス
EDI治療装置は、モジュール化された形で製造することができ、自動的かつ連続的に再生することができ、大規模で複雑な再生装置を必要とせず、運用後の操作と保守が容易です。
4. 浄水プロセスの簡単な自動制御
EDIデバイスは、複数のモジュールをシステムに並列に接続できます。モジュールは安全で安定しており、信頼性の高い品質を備えているため、システムの運用と管理を簡単に実装でき、プログラム制御と便利な操作が可能です。
5.環境保護に有益な廃酸および廃アルカリ液の排出はありません
EDI装置は酸やアルカリの化学再生を必要とせず、基本的に化学廃棄物の排出もありません
.
6.高い水回収率。EDI処理技術の水利用率は、一般的に90%以上と高いです
要約すると、EDIテクノロジーには、水質、運用の安定性、操作と保守の容易さ、安全性、環境保護の点で大きな利点があります。
ただし、これにはいくつかの欠点もあります。 EDIデバイスは、流入水質に対する要件が高く、1回限りの投資(インフラストラクチャと機器のコスト)は比較的高くなります。
ただし、 EDIインフラストラクチャと機器のコストは、デバイス操作のコストを包括的に考慮した後、混合ベッドテクノロジーのコストよりもわずかに高く、EDIテクノロジーにはまだ特定の利点があります。
たとえば、ある純水ステーションで、2つのプロセスの投資コストと運用コストを比較しました。通常の運用から1年後、 EDI デバイスは、混合ベッド プロセスで投資差額を相殺できます。
04 逆浸透 + EDI VS 従来のイオン交換
1. プロジェクトの初期投資の比較
プロジェクトの初期投資に関しては、水流量が小さい水処理システムでは、逆浸透+ EDIプロセスは、従来のイオン交換プロセスで必要とされる巨大な再生システム、特に2つの酸貯蔵タンクと2つのアルカリ貯蔵タンクの排除を排除します。 また、床面積の約10%から20%を節約し、プラント建設の土木コストと土地取得コストを削減します。
従来のイオン交換装置の高さは一般に5mを超えていますが、逆浸透膜およびEDI装置の高さは2.5m以内であるため、水処理ワークショップの高さを2〜3m減らすことができ、プラントの土木投資をさらに10%〜20%節約できます。
逆浸透膜とEDIの回収率を考慮すると、二次逆浸透膜とEDIの濃縮水は完全に回収されますが、一次逆浸透膜の濃縮水(約25%)を排出する必要があり、それに応じて前処理システムの出力を増やす必要があります。前処理システムが従来の凝固、清澄化、ろ過プロセスを採用する場合、イオン交換プロセスの前処理システムと比較して、初期投資を約20%増やす必要があります。
すべての要素を考慮に入れると、小型水処理システムにおける逆浸透+ EDIプロセスの初期投資は、従来のイオン交換プロセスとほぼ同等です。
2. 運用コストの比較
ご存知のように、試薬の消費量に関しては、逆浸透プロセス(逆浸透注入、化学洗浄、廃水処理などを含む)の運用コストは、従来のイオン交換プロセス(イオン交換樹脂の再生、廃水処理などを含む)よりも低くなっています。
ただし、消費電力、スペアパーツの交換などの点では、逆浸透とEDIプロセスは従来のイオン交換プロセスよりもはるかに高くなります。
統計によると、逆浸透とEDIプロセスの運用コストは、従来のイオン交換プロセスの運用コストよりもわずかに高くなっています。
すべての要素を考慮に入れると、逆浸透とEDIプロセスの全体的な運用および保守コストは、従来のイオン交換プロセスよりも50%から70%高くなります。
3.逆浸透+ EDIは、強力な適応性、高度な自動化、および低環境汚染を備えています
逆浸透+ EDIプロセスは、原水の塩分含有量に強い適応性を持っています。逆浸透プロセスは、海水、汽水、鉱山排水、地下水、河川水に使用できますが、流入水の溶解固形分が500 mg / Lを超える場合、イオン交換プロセスは経済的ではありません。
逆浸透膜とEDIは、酸とアルカリの再生を必要とせず、酸とアルカリを大量に消費せず、酸とアルカリの廃水を大量に生成しません。少量の酸、アルカリ、スケール防止剤、還元剤のみが必要です。
操作と保守の面では、逆浸透膜とEDIには、高度な自動化と簡単なプログラム制御という利点もあります。
4.逆浸透+ EDI機器は高価で、修理が難しく、塩水の処理が困難です
逆浸透とEDIプロセスには多くの利点がありますが、機器が故障した場合、特に逆浸透膜とEDI膜スタックが損傷した場合、交換のためにのみシャットダウンできます。ほとんどの場合、専門の技術者に交換を依頼し、シャットダウン時間が長くなる場合があります。
逆浸透膜は大量の酸およびアルカリ性の廃水を生成しませんが、第1レベルの逆浸透膜の回復率は一般にわずか75%であり、大量の濃縮水を生成します。濃縮された水の塩分含有量は、原水の塩分よりもはるかに高くなります。現在、濃縮水のこの部分に対する成熟した処理手段はなく、一度排出されると環境を汚染します。
現在、国内の発電所での逆浸透ブラインの回収と利用は、主に石炭の洗浄と灰の加湿に使用されています。一部の大学では、ブラインの蒸発と結晶化精製プロセスの研究を行っていますが、コストが高く、難易度が高く、まだ産業界で広く使用されていません。
逆浸透膜およびEDI装置のコストは比較的高いですが、場合によっては、従来のイオン交換プロセスの初期投資よりもさらに低くなります。
大規模な水処理システム(システムが大量の水を生成する場合)では、逆浸透膜およびEDIシステムの初期投資は、従来のイオン交換プロセスよりもはるかに高くなります。
小型水処理システムでは、逆浸透膜とEDIプロセスは、初期投資の点で従来のイオン交換プロセスとほぼ同等です。
要約すると、水処理システムの出力が小さい場合、逆浸透とEDI処理プロセスを優先することができます。このプロセスは、初期投資が少なく、自動化が進んでおり、環境汚染が少ないという特徴があります。
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