1. Che cos'è l'EDI?
Il nome completo di EDI è ionizzazione degli elettrodi, che si traduce in desalinizzazione elettrica, nota anche come tecnologia di elettrodeionizzazione o elettrodialisi a letto impaccato.
La tecnologia di elettrodeionizzazione combina lo scambio ionico e l'elettrodialisi. Si tratta di una tecnologia di desalinizzazione sviluppata sulla base dell'elettrodialisi. Si tratta di una tecnologia di trattamento delle acque che è stata ampiamente utilizzata e ha ottenuto buoni risultati dopo le resine a scambio ionico.
Non solo utilizza i vantaggi della desalinizzazione continua della tecnologia di elettrodialisi, ma utilizza anche la tecnologia di scambio ionico per ottenere una desalinizzazione profonda;
Non solo migliora il difetto della diminuzione dell'efficienza di corrente durante il trattamento di soluzioni a bassa concentrazione nel processo di elettrodialisi, migliora il trasferimento ionico, ma consente anche la rigenerazione degli scambiatori di ioni, evita l'uso di agenti di rigenerazione, riduce l'inquinamento secondario generato durante l'uso di agenti di rigenerazione acido-base e realizza un'operazione di deionizzazione continua.
Il principio di base della deionizzazione EDI comprende i seguenti tre processi:
1. Processo di elettrodialisi
Sotto l'azione di un campo elettrico esterno, l'elettrolita nell'acqua migra selettivamente attraverso la resina a scambio ionico nell'acqua e viene scaricato con l'acqua concentrata, rimuovendo così gli ioni nell'acqua.
2. Processo di scambio ionico
Gli ioni di impurità nell'acqua vengono scambiati e combinati con gli ioni di impurità nell'acqua attraverso la resina a scambio ionico, ottenendo così l'effetto di rimuovere efficacemente gli ioni nell'acqua.
3. Processo di rigenerazione elettrochimica
L'H+ e l'OH- generati dalla polarizzazione dell'acqua all'interfaccia della resina a scambio ionico vengono utilizzati per rigenerare elettrochimicamente la resina per ottenere l'autorigenerazione della resina.
02 Quali sono i fattori che influenzano l'EDI e quali sono le misure di controllo?
1. Influenza della conducibilità dell'acqua in ingresso
A parità di corrente di funzionamento, all'aumentare della conducibilità dell'acqua grezza, il tasso di rimozione EDI degli elettroliti deboli diminuisce e aumenta anche la conducibilità dell'effluente.
Se la conducibilità dell'acqua grezza è bassa, anche il contenuto di ioni è basso e la bassa concentrazione di ioni rende anche grande il gradiente di forza elettromotrice formato sulla superficie della resina e della membrana nella camera di acqua dolce, con conseguente aumento del grado di dissociazione dell'acqua, aumento della corrente limite e un gran numero di H+ e OH-, In modo che l'effetto di rigenerazione delle resine scambiatrici di anioni e cationi riempite nella camera di acqua dolce sia buono.
Pertanto è necessario controllare la conducibilità dell'acqua in ingresso in modo che la conducibilità dell'acqua in ingresso EDI sia inferiore a 40 us/cm, il che può garantire la conduttività qualificata dell'effluente e la rimozione di elettroliti deboli.
2. Influenza della tensione e della corrente di lavoro
Con l'aumentare della corrente di lavoro, la qualità dell'acqua prodotta continua a migliorare.
Tuttavia, se la corrente aumenta dopo aver raggiunto il punto più alto, a causa dell'eccessiva quantità di ioni H+ e OH- prodotti dalla ionizzazione dell'acqua, oltre ad essere utilizzati per la rigenerazione della resina, un gran numero di ioni in eccesso funge da ioni vettore per la conduzione. Allo stesso tempo, a causa dell'accumulo e del blocco di un gran numero di ioni trasportatori durante il movimento, si verifica anche la diffusione inversa, con conseguente diminuzione della qualità dell'acqua prodotta.
Pertanto, è necessario selezionare la tensione e la corrente di lavoro appropriate.
3. Influenza della torbidità e dell'indice di inquinamento (SDI)
Il canale di produzione dell'acqua del componente EDI è riempito con resina a scambio ionico. Un'eccessiva torbidità e indice di inquinamento ostruiranno il canale, causando l'aumento della differenza di pressione del sistema e la diminuzione della produzione di acqua.
Pertanto, è necessario un pretrattamento appropriato, e l'effluente RO generalmente soddisfa i requisiti di ingresso EDI.
4. Influenza della durezza
Se la durezza residua dell'acqua in ingresso nell'EDI è troppo alto, Causerà incrostazioni sulla superficie della membrana del canale dell'acqua concentrata, ridurrà la portata dell'acqua concentrata, ridurrà la resistività dell'acqua prodotta, influiscono sulla qualità dell'acqua prodotta e, nei casi più gravi, bloccano l'acqua concentrata e i canali di flusso dell'acqua polare del componente, causando la distruzione del componente a causa del riscaldamento interno.
L'acqua di ingresso dell'osmosi alternata può essere addolcita e gli alcali possono essere aggiunti in combinazione con la rimozione di CO2; quando l'acqua in ingresso ha un alto contenuto di sale, è possibile aggiungere un'osmosi inversa di primo livello o una nanofiltrazione in combinazione con la desalinizzazione per regolare l'impatto della durezza.
5. Impatto del TOC (Carbonio Organico Totale)
Se il contenuto organico nell'affluente è troppo elevato, causerà l'inquinamento organico della resina e della membrana permeabile selettiva, con conseguente aumento della tensione di funzionamento del sistema e diminuzione della qualità dell'acqua prodotta. Allo stesso tempo, è anche facile formare colloidi organici nel canale dell'acqua concentrata e bloccare il canale.
Pertanto, durante il trattamento, è possibile combinare altri requisiti dell'indice per aumentare il livello di R0 per soddisfare i requisiti.
6. Impatto di ioni metallici come Fe e Mn
Gli ioni metallici come Fe e Mn causeranno "avvelenamento" della resina e l'"avvelenamento" metallico della resina causerà il rapido deterioramento della qualità dell'effluente EDI, in particolare la rapida diminuzione del tasso di rimozione del silicio.
Inoltre, l'effetto catalitico ossidativo dei metalli a valenza variabile sulle resine a scambio ionico causerà danni permanenti alla resina. In generale, il Fe dell'affluente EDI è controllato per essere inferiore a 0,01 mg/L durante il funzionamento.
7. Impatto della CO2 negli affluenti
L'HCO3- generato dalla CO2 nell'affluente è un elettrolita debole, che può facilmente penetrare lo strato di resina a scambio ionico e causare una diminuzione della qualità dell'acqua prodotta. Una torre di degasaggio può essere utilizzata per rimuoverlo prima dell'influsso.
8. Influenza del contenuto totale di anioni (TEA)
Un TEA elevato ridurrà la resistività dell'acqua prodotta EDI o richiederà un aumento della corrente operativa EDI. Una corrente di funzionamento eccessiva aumenterà la corrente del sistema e aumenterà la concentrazione di cloro residuo nell'acqua dell'elettrodo, il che non è positivo per la durata della membrana dell'elettrodo.
Oltre agli 8 fattori di influenza di cui sopra, anche la temperatura dell'acqua in ingresso, il valore del pH, la SiO2 e gli ossidi hanno un impatto sul funzionamento Sistema EDI.
03 Caratteristiche dell'EDI
La tecnologia EDI è stata ampiamente utilizzata in settori con elevati requisiti di qualità dell'acqua come l'elettricità, l'industria chimica e la medicina.
La ricerca applicativa a lungo termine nel campo del trattamento delle acque mostra che la tecnologia di trattamento EDI ha le seguenti 6 caratteristiche:
1. Alta qualità dell'acqua e produzione d'acqua stabile
La tecnologia EDI combina i vantaggi della desalinizzazione continua mediante elettrodialisi e della desalinizzazione profonda mediante scambio ionico. La continua pratica della ricerca scientifica dimostra che l'uso della tecnologia EDI per la desalinizzazione può rimuovere efficacemente gli ioni nell'acqua e produrre acqua ad alta purezza.
2. Basse condizioni di installazione delle apparecchiature e ingombro ridotto
Rispetto ai letti a scambio ionico, i dispositivi EDI sono di piccole dimensioni e leggeri e non richiedono serbatoi di stoccaggio di acidi o alcali, il che può far risparmiare spazio in modo efficace.
Non solo, il dispositivo EDI è una struttura prefabbricata con un breve periodo di costruzione e un piccolo carico di lavoro di installazione in loco.
3. Design semplice, facilità d'uso e manutenzione
I dispositivi di trattamento EDI possono essere prodotti in forma modulare, possono essere rigenerati automaticamente e continuamente, non richiedono apparecchiature di rigenerazione grandi e complesse e sono facili da utilizzare e mantenere dopo essere stati messi in funzione.
4. Semplice controllo automatico del processo di purificazione dell'acqua
Il dispositivo EDI può collegare più moduli al sistema in parallelo. I moduli sono sicuri e stabili, con una qualità affidabile, rendendo il funzionamento e la gestione del sistema facili da implementare, il controllo del programma e il funzionamento conveniente.
5. Nessun scarico acido di scarto e liquido alcalino di scarto, che è vantaggioso per la protezione dell'ambiente
Il dispositivo EDI non richiede la rigenerazione chimica acida e alcalina e sostanzialmente non richiede lo scarico di rifiuti chimici
.
6. Alto tasso di recupero dell'acqua. Il tasso di utilizzo dell'acqua della tecnologia di trattamento EDI è generalmente pari o superiore al 90%
In sintesi, la tecnologia EDI presenta grandi vantaggi in termini di qualità dell'acqua, stabilità operativa, facilità di funzionamento e manutenzione, sicurezza e protezione dell'ambiente.
Tuttavia, presenta anche alcune carenze. I dispositivi EDI hanno requisiti più elevati per la qualità dell'acqua in ingresso e il loro investimento una tantum (costi di infrastruttura e attrezzature) è relativamente elevato.
Va notato che, sebbene il costo dell'infrastruttura e delle apparecchiature EDI è leggermente superiore a quello della tecnologia a letto misto, dopo aver considerato in modo completo il costo di funzionamento del dispositivo, la tecnologia EDI presenta ancora alcuni vantaggi.
Ad esempio, una stazione di acqua pura ha confrontato i costi di investimento e di esercizio dei due processi. Dopo un anno di normale funzionamento, il dispositivo EDI può compensare la differenza di investimento con il processo a letto misto.
04 Osmosi inversa + EDI VS Scambio ionico tradizionale
1. Confronto dell'investimento iniziale del progetto
In termini di investimento iniziale del progetto, nel sistema di trattamento delle acque con una piccola portata d'acqua, il processo di osmosi inversa + EDI elimina l'enorme sistema di rigenerazione richiesto dal tradizionale processo di scambio ionico, in particolare l'eliminazione di due serbatoi di stoccaggio acido e due serbatoi di stoccaggio alcalini, che non solo riduce notevolmente i costi di approvvigionamento delle apparecchiature, ma consente anche di risparmiare circa il 10-20% della superficie, riducendo così i costi di ingegneria civile e i costi di acquisizione del terreno per la costruzione dell'impianto.
Poiché l'altezza delle tradizionali apparecchiature a scambio ionico è generalmente superiore a 5 m, mentre l'altezza delle apparecchiature ad osmosi inversa ed EDI è compresa tra 2,5 m, l'altezza dell'officina per il trattamento delle acque può essere ridotta da 2 a 3 m, risparmiando così un altro 10-20% dell'investimento in ingegneria civile dell'impianto.
Considerando il tasso di recupero dell'osmosi inversa e dell'EDI, l'acqua concentrata dell'osmosi inversa secondaria e dell'EDI è completamente recuperata, ma l'acqua concentrata dell'osmosi inversa primaria (circa il 25%) deve essere scaricata e la produzione del sistema di pretrattamento deve essere aumentata di conseguenza. Quando il sistema di pretrattamento adotta il tradizionale processo di coagulazione, chiarificazione e filtrazione, l'investimento iniziale deve essere aumentato di circa il 20% rispetto al sistema di pretrattamento del processo di scambio ionico.
Prendendo in considerazione tutti i fattori, l'investimento iniziale del processo di osmosi inversa + EDI in un piccolo sistema di trattamento dell'acqua è approssimativamente equivalente a quello del tradizionale processo di scambio ionico.
2. Confronto dei costi operativi
Come tutti sappiamo, in termini di consumo di reagenti, il costo operativo del processo di osmosi inversa (compreso il dosaggio dell'osmosi inversa, la pulizia chimica, il trattamento delle acque reflue, ecc.) è inferiore a quello del tradizionale processo a scambio ionico (compresa la rigenerazione della resina a scambio ionico, il trattamento delle acque reflue, ecc.).
Tuttavia, in termini di consumo energetico, sostituzione di pezzi di ricambio, ecc., l'osmosi inversa e il processo EDI sono molto più elevati rispetto al tradizionale processo di scambio ionico.
Secondo le statistiche, il costo operativo dell'osmosi inversa più il processo EDI è leggermente superiore a quello del tradizionale processo a scambio ionico.
Prendendo in considerazione tutti i fattori, il costo complessivo di funzionamento e manutenzione dell'osmosi inversa più il processo EDI è dal 50% al 70% superiore a quello del tradizionale processo a scambio ionico.
3. L'osmosi inversa + EDI ha una forte adattabilità, un alto grado di automazione e un basso inquinamento ambientale
Il processo osmosi inversa + EDI ha una forte adattabilità al contenuto di sale dell'acqua grezza. Il processo di osmosi inversa può essere utilizzato per l'acqua di mare, l'acqua salmastra, l'acqua di drenaggio delle miniere, le acque sotterranee e l'acqua dei fiumi, mentre il processo di scambio ionico non è economico quando il contenuto solido disciolto dell'acqua in ingresso è superiore a 500 mg/L.
L'osmosi inversa e l'EDI non richiedono la rigenerazione di acidi e alcali, non consumano una grande quantità di acido e alcali e non producono una grande quantità di acque reflue acide e alcaline. È necessaria solo una piccola quantità di acido, alcali, inibitore di calcare e agente riducente.
In termini di funzionamento e manutenzione, l'osmosi inversa e l'EDI presentano anche i vantaggi di un alto grado di automazione e di un facile controllo del programma.
4. L'osmosi inversa + l'attrezzatura EDI è costosa, difficile da riparare e difficile da trattareSebbene il processo ad osmosi inversa più EDI presenti molti vantaggi, quando l'apparecchiatura si guasta, soprattutto quando la membrana ad osmosi inversa e la pila di membrane EDI sono danneggiate, può essere spenta solo per la sostituzione. Nella maggior parte dei casi, sono necessari tecnici professionisti per sostituirlo e il tempo di spegnimento può essere lungo.
Sebbene l'osmosi inversa non produca una grande quantità di acque reflue acide e alcaline, il tasso di recupero dell'osmosi inversa di primo livello è generalmente solo del 75%, che produrrà una grande quantità di acqua concentrata. Il contenuto di sale dell'acqua concentrata sarà molto più alto di quello dell'acqua grezza. Attualmente non esiste una misura di trattamento matura per questa parte dell'acqua concentrata e, una volta scaricata, inquinerà l'ambiente.
Attualmente, il recupero e l'utilizzo della salamoia ad osmosi inversa nelle centrali elettriche domestiche è utilizzato principalmente per il lavaggio del carbone e l'umidificazione delle ceneri; Alcune università stanno conducendo ricerche sui processi di evaporazione della salamoia e di purificazione della cristallizzazione, ma il costo è elevato e la difficoltà è grande, e non è ancora stato ampiamente utilizzato nell'industria.
Il costo delle apparecchiature ad osmosi inversa ed EDI è relativamente elevato, ma in alcuni casi è addirittura inferiore all'investimento iniziale del tradizionale processo di scambio ionico.
Nei sistemi di trattamento dell'acqua su larga scala (quando il sistema produce una grande quantità di acqua), l'investimento iniziale dei sistemi ad osmosi inversa e EDI è molto più elevato rispetto a quello dei tradizionali processi a scambio ionico.
Nei piccoli sistemi di trattamento dell'acqua, il processo di osmosi inversa più EDI è all'incirca equivalente al tradizionale processo di scambio ionico in termini di investimento iniziale.
In sintesi, quando la potenza del sistema di trattamento dell'acqua è piccola, è possibile dare la priorità al processo di trattamento ad osmosi inversa più EDI. Questo processo ha un basso investimento iniziale, un alto grado di automazione e un basso inquinamento ambientale.
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