Tractament d'aigua per electrodesionització: regeneració química zero

Tractament d'aigua per electrodesionització és un gran pas endavant en la neteja industrial de l'aigua. Utilitza intercanvi iònic membranai camps elèctrics de corrent continu per produir aigua ultrapura sense utilitzar regenerants químics perillosos. A diferència d'altres desionitzadors de llit mixt que necessiten cicles de regeneració àcids i càustics, l'EDI funciona tot el temps, de manera que no us heu de preocupar pels riscos i costos d'eliminació que comporta treballar amb grans quantitats de productes químics. També proporciona una resistivitat uniforme de l'aigua de fins a 18.2 MΩ·cm.

introducció

Les empreses modernes estan sotmeses a una pressió cada cop més gran per trobar un equilibri entre ser respectuoses amb el medi ambient i fer bones pràctiques. ProductesLa purificació de l'aigua és el nucli d'aquest problema, especialment en zones que necessiten aigua ultrapura i on els mètodes tradicionals produeixen grans quantitats de residus químics. El tractament de l'aigua per electrodesionització soluciona directament aquests problemes combinant mètodes d'electrodiàlisi i intercanvi iònic en un sistema de circuit tancat que es renova constantment sense cap producte químic addicional.

Aquesta guia mostra als responsables de compres, enginyers d'instal·lacions i responsables de la presa de decisions tècniques com utilitzar sistema d'ediciós al món real. Aprendràs com es compara aquesta tecnologia amb altres mètodes de neteja àmpliament utilitzats, quants diners pots esperar estalviar i quin ús casos feu que la inversió valgui la pena. Hem utilitzat informació sobre la indústria, l'experiència de Morui en la fabricació i comentaris d'implementacions del món real per oferir-vos informació útil per al vostre procés de revisió.

Comprensió del tractament d'aigua per electrodesionització

El principi de funcionament bàsic

An tractament d'aigua per electrodesionització El sistema està format per tres parts principals: tancs de resina de llit mixt, membranes d'intercanvi iònic semipermeables i elèctrodes de corrent continu. L'aigua d'alimentació, que normalment es tracta primer amb osmosi inversa per reduir el total de sòlids dissolts, entra a les cambres de resina. Les toxines iòniques que encara són presents s'uneixen breument a les perles de resina. Quan s'aplica un potencial elèctric, mou els cations cap al càtode i els anions cap a l'ànode a través de membranes selectives. Al mateix temps, la divisió de l'aigua manté els llits de resina frescos.

Aquest procés de dos passos crea tres corrents d'aigua separats: un corrent de producte que redueix els nivells iònics, un corrent de rebuig concentrat que elimina les impureses i fluxos d'esbandida d'elèctrodes que mantenen les parts del sistema segures. El procés es manté en un estat estacionari i no s'atura durant els cicles de regeneració. Això significa que la qualitat de l'aigua es manté igual independentment de l'hora del dia.

Components clau del sistema

Les membranes d'intercanvi iònic funcionen com a barreres selectives. Les membranes d'intercanvi catiònic només permeten el pas dels ions positius, mentre que les membranes d'intercanvi aniònic permeten el moviment dels ions negatius. Hi ha espais entre aquestes membranes que estan plens de resines de llit mixt que tenen tant cations àcids forts com anions bàsics forts. Aquestes resines ajuden a eliminar més ions. Els conjunts d'elèctrodes envien corrent continu de baix voltatge, normalment de 150 a 600 V CC, segons el disseny de la pila. Això crea la força que mou els ions.

Diferents fabricants utilitzen diferents dissenys de mòduls, però la majoria dels sistemes EDI industrials tenen dissenys de placa i marc apilats que contenen diversos parells de cel·les. Els mòduls EDI de Morui tenen cambres de pretractament anti-incrustació i monitorització automatitzada de la conductivitat en cada etapa. Això permet fer un seguiment del rendiment en temps real i planificar el manteniment preventiu.

Comparació amb tecnologies tradicionals

Els sistemes estàndard d'intercanvi iònic s'han de regenerar fora de línia de tant en tant utilitzant àcid clorhídric i hidròxid de sodi. Això crea corrents residuals perillosos que s'han de neutralitzar abans de poder ser alliberats. Es fan servir entre 50 i 100 kWh per cada metre cúbic de destil·lat, cosa que el fa massa car per a usos a gran escala. Sense configuracions multipass cares, l'osmosi inversa no pot assolir els nivells de resistivitat necessaris per fabricar semiconductors o medicaments.

L'EDI soluciona aquests problemes polint el percolat d'osmosi inversa a estàndards molt alts mentre utilitza només entre 0.1 i 0.3 kWh per metre cúbic. El funcionament constant elimina els canvis de qualitat que es produeixen amb els cicles de regeneració en grup. Això manté els valors de resistivitat estables, cosa que protegeix els processos de producció sensibles de la contaminació.

Beneficis de la regeneració química zero en el tractament d'aigua EDI

Avantatges mediambientals i reguladors

Quan es treuen els productes químics de l'equació de regeneració, s'elimina aproximadament el 95% dels residus perillosos que sorgeixen amb els processos habituals d'intercanvi iònic. Les instal·lacions ja no han d'emmagatzemar àcids i bases concentrats, cosa que redueix els costos d'assegurança i la quantitat de documentació que s'ha de presentar segons les normes de l'EPA per a la manipulació de materials perillosos. Per a les plantes de processament d'aliments i medicaments regulades per la FDA, això facilita el seguiment de la documentació de compliment i facilita les auditories.

La petita petjada, sovint un 60% més petita que la de sistemes similars de llit mixt amb tancs de regeneració, deixa espai a la planta per a equips de producció. El tractament d'aigua per electrodesionització és especialment atractiu per a llocs que no poden neutralitzar bé els productes químics o no tenen accés directe a les instal·lacions per eliminar-los, ja que el concentrat rebutjat només té alts nivells minerals i no conté substàncies tòxiques.

Eficiència de costos operacionals

A l'hora de comprar reactius, mantenir els tancs d'emmagatzematge en bon estat i tractar els residus, tots tenen en compte els costos químics, ja que representen entre el 30 i el 45 per cent dels costos operatius convencionals d'intercanvi iònic. Els sistemes de Morui eliminen completament aquests costos continus. La nostra gamma de productes normal utilitza una mitjana de 0.2 kWh d'energia per metre cúbic, que és aproximadament el mateix que el funcionament d'osmosi inversa i molt menys que els mètodes de destil·lació per calor.

Sense vàlvules de regeneració, sistemes d'injecció química ni controls de neutralització, cal fer molt menys manteniment. En lloc de comprovar el cicle de recuperació cada setmana, els temps de servei rutinaris ara inclouen comprovacions preventives cada tres mesos. En comparació amb els mètodes tradicionals, aquests factors redueixen el cost total de propietat entre un 40 i un 55 per cent durant el transcurs d'un cicle de vida típic d'un equip de 10 anys.

Consistència de la qualitat de l'aigua

A mesura que els llits de resina es desgasten entre esdeveniments de regeneració, la regeneració per lots provoca canvis en la qualitat de l'aigua que es produeixen en cicles. Els valors de resistivitat es mantenen iguals en EDI perquè el corrent elèctric continua regenerant el llit de resina i eliminant ions alhora. La conductivitat de l'aigua producte sol mantenir-se dins de ±0.02 µS/cm dels valors de consigna, cosa que compleix amb les estrictes finestres de control de procés necessàries per fabricar circuits integrats i fàrmacs injectables.

La capacitat d'eliminar sílice demostra que l'EDI és tècnicament millor. Sense materials especials, els sistemes normals tenen dificultats per reduir la sílice reactiva per sota de 10 parts per milió. Els nostres mòduls de tractament d'aigua per electrodesionització sempre aconsegueixen nivells de sílice per sota d'1 ppb millorant la manera com els ions es mouen per l'aigua. Això manté els sistemes de calderes d'alta pressió segurs i evita problemes en aplicacions de recobriment de pel·lícula fina.

Avaluació de l'electrodesionització per a les vostres necessitats específiques

Escenaris d'aplicació específics de la indústria

Per fer medicaments, necessiteu aigua purificada i aigua per a injeccions que compleixin els requisits de l'estàndard USP. Tractament d'aigua per electrodesionització Els sistemes que poden esterilitzar amb aigua calenta mantenen els microbis sota control mentre produeixen la resistivitat necessària d'1 a 5 MΩ·cm. Per donar suport als protocols de validació, Morui construeix aquests sistemes amb superfícies d'acer inoxidable 316L electropolit i materials que es mullen amb acer inoxidable.

Per fabricar semiconductors, es necessita aigua molt pura, gairebé fins al punt de la puresa teòrica. Les nostres configuracions combinades RO+EDI donen una resistivitat de 18.2 MΩ·cm, nivells de sílice inferiors a 1 ppb i nivells de carboni orgànic total inferiors a 10 ppb. Això les fa ideals per a tasques importants com el processament de fotoresistències i la neteja final de les oblies. Des de línies de prova de 0.5 m³/h fins a plantes de producció de 50 m³/h, la tecnologia es pot utilitzar a gran escala.

Les centrals elèctriques utilitzen l'EDI per a l'alimentació de la caldera. Els sòlids dissolts fan que les superfícies de transferència de calor s'incrustin i es dipositin a les pales de la turbina. La tecnologia elimina prou calci, magnesi i sílice per aturar aquests problemes operatius. Tampoc presenta els riscos de manipulació química que comporten els desmineralitzadors habituals. Les taxes de recuperació superiors al 90% redueixen la quantitat d'aigua bruta utilitzada i d'aigües residuals que s'aboquen.

Anàlisi d'inversions i consideracions sobre el retorn de la inversió

Els sistemes EDI poden costar entre 80,000 i 350,000 dòlars, depenent de l'espai que necessitin i del grau de personalització que necessitin. La instal·lació d'un sistema de grau farmacèutic de 10 m³/h sol costar 180,000 dòlars, cosa que inclou el cost de l'equip de pretractament i la integració dels controls. Això és millor que els sistemes de llit mixt que necessiten infraestructura per a la regeneració, com ara llocs per emmagatzemar productes químics, mantenir-los continguts i tractar residus.

El període de retorn de la inversió sol ser d'entre 2.5 i 4 anys. Això és degut a que s'estalvien diners en productes químics, taxes d'eliminació i treballs de manteniment. Les instal·lacions que gasten 40,000 dòlars anuals en productes químics de renovació solen recuperar la seva inversió addicional en EDI en 30 mesos o menys. En llocs amb normes estrictes sobre l'abocament d'aigües residuals, l'anàlisi és més sòlida perquè els costos evitats pel compliment escurcen el temps que es triga a recuperar els diners.

Els programes de lísing establerts com a costos operatius en lloc de compres de capital ofereixen altres opcions a les empreses que volen centrar-se en la gestió del flux de caixa. Les promeses de reparació preventiva i rendiment sovint s'inclouen en els plans de pagament mensuals. Això trasllada el risc operatiu al proveïdor d'equips i manté els pressupostos de capital per a les inversions principals del negoci.

Personalització i escalabilitat

Les unitats EDI estàndard poden gestionar aigua d'alimentació que ha estat tractada amb RO i té una conductivitat de fins a 40 µS/cm. Els sistemes de dosificació d'inhibidors de calcificació o el pretractament suavitzant són útils per a aplicacions amb alts nivells de duresa. Els enginyers de Morui fan aquests canvis durant la fase d'especificació, cosa que garanteix que el sistema de tractament d'aigua d'electrodesionització funcioni de manera fiable durant molt de temps sense necessitat de manteniment freqüent.

Quan les taxes de producció augmenten, el disseny modular permet afegir més piles EDI paral·leles per augmentar la capacitat. Una planta que comença configurant un sistema de 5 m³/h pot afegir més tard una segona unitat idèntica per augmentar el rendiment a 10 m³/h sense canviar la manera com funciona el procés en conjunt. Aquest enfocament per etapes relaciona l'ús de capital amb el creixement dels ingressos en lloc de necessitar grans inversions a l'inici.

Informació pràctica sobre el manteniment del tractament d'aigua per electrodesionització

Monitorització rutinària del rendiment

Mitjançant monitors integrats, els operadors han de controlar la conductivitat de l'aigua d'entrada i sortida en tot moment, establint nivells d'alerta a ±10% dels valors de referència. Quan les lectures són més de 5 psi per sobre dels valors inicials de posada en marxa, les condicions d'incrustació de la membrana s'indiquen mitjançant la pressió diferencial a través de la xemeneia EDI. El mesurament del cabal garanteix que els fluxos de concentrat i producte estiguin en el balanç hidràulic correcte. Aquest balanç se sol mantenir a cabals concentrats iguals al 5-10 per cent del cabal d'alimentació.

Resolució de problemes comuns

Una pèrdua lenta de resistivitat en un sistema de tractament d'aigua per electrodesionització sol ser un signe que els compostos orgànics o els materials col·loïdals estan bloquejant les perles de resina i no passen pel procés de pretractament. L'ús d'àcid cítric o altres netejadors de pH baix en protocols de neteja química pot restaurar el rendiment sense danyar les membranes. En sistemes ben dissenyats amb prou filtres aigües amunt, aquests canvis solen produir-se cada 12 a 18 mesos.

Els augments ràpids de la conductivitat poden significar que la membrana està danyada o que el llit de resina s'està canalitzant. Manipulant les vàlvules per aïllar els mòduls individuals, es pot trobar i substituir la peça danyada sense haver d'apagar tot el sistema. Tenir un mòdul de recanvi a mà redueix les reparacions d'emergència a menys de quatre hores.

Infraestructura de suport a proveïdors

Els fabricants d'equips fiables cobreixen les membranes i les resines amb una garantia de 24 mesos i les peces elèctriques amb una garantia de 12 mesos. Morui manté els centres de servei regionals proveïts de peces addicionals per a instruments, conjunts d'elèctrodes i nous mòduls que es poden enviar a qualsevol lloc d'Amèrica del Nord l'endemà. Els nostres Suport tècnic L'equip pot fer diagnòstics remots a través d'una connexió a Internet segura, cosa que significa que el 70% dels problemes de rendiment es poden solucionar sense haver de desplaçar-se al lloc.

Un acord anual de manteniment preventiu inclou una revisió completa del sistema, proves del seu rendiment i la substitució de peces menors. Aquests programes són cars (aproximadament un 4-6% del valor original de l'equip), però eviten que es produeixin fallades catastròfiques, que d'altra manera alterarien els plans de producció i reduirien la qualitat dels productes utilitzats en situacions greus.

Triar el proveïdor adequat per al tractament d'aigua per electrodesionització

Criteris d'avaluació de proveïdors

Les empreses que tenen la certificació ISO 9001 tenen sistemes de gestió de qualitat ben establerts que guien els processos de planificació, producció i proves. Certificacions, com ara ASME BPE per a usos farmacèutics o NSF-61 per a materials que entren en contacte amb aigua potable, demostren que sabeu què esteu fent en zones regulades. Aquestes qualificacions, juntament amb la marca CE per al mercat europeu, mostren que Guangdong Morui Environmental Technology està compromesa amb el compliment dels estàndards de qualitat estrangers.

Verificació del rendiment i referències

Demaneu veure estudis de casos escrits de llocs del vostre sector que incloguin dades d'èxit d'almenys 12 mesos de funcionament. Els proveïdors fiables us proporcionen referències de clients que estan encantats de parlar sobre la seva experiència amb la implementació, les necessitats de manteniment i la rapidesa del venedor. Els nostres clients que fabriquen semiconductors a Oregon i productes farmacèutics a Nova Jersey poden posar en contacte clients potencials qualificats amb contactes de referència directa autoritzats.

Serveis de suport a la implementació

Un compromís complet amb un proveïdor de tractament d'aigua per electrodesionització comença amb una anàlisi exhaustiva de l'aigua i del flux del procés, que condueix a la creació d'especificacions de sistema personalitzades que s'adaptin a les vostres necessitats de producció. Durant la fase de proposta, s'han d'incloure dissenys en 3D de l'equip per assegurar-se que s'adapti a la infraestructura i les connexions de serveis públics existents. Morui ofereix aquestes habilitats tècniques gratuïtament als projectes que compleixin els requisits, invertint diners en el disseny adequat del sistema des del principi per assegurar-se que funcioni bé a llarg termini.

La supervisió de la instal·lació per part de treballadors formats a la fàbrica redueix els retards d'arrencada i garanteix que es prenguin els passos correctes per a la posada en marxa. El Nostre Equipromanen a les instal·lacions durant les primeres tirades de producció per ensenyar als vostres treballadors com fer tasques rutinàries i solucionar problemes. Aquest intercanvi d'informació evita els errors operatius que es produeixen sovint quan el personal no té experiència amb equips específics.

Conclusió

El tractament d'aigua per electrodesionització té beneficis reals per a les empreses que necessiten produir aigua ultrapura de manera fiable sense els problemes ambientals i operatius que comporta la regeneració química. El funcionament continu, la mida petita i el baix consum d'energia són característiques de la tecnologia que la fan molt rendible i fàcil de complir amb les normatives. Caldria considerar seriosament l'EDI com l'opció a llarg termini per als usos d'aigua d'alta puresa en les indústries farmacèutica, de semiconductors, de generació d'energia i de processament d'aliments, tant si es tracta de substituir sistemes d'intercanvi iònic antics com de construir-ne de nous.

FAQ

P1: En què es diferencia l'EDI dels sistemes d'osmosi inversa?

L'osmosi inversa utilitza pressió hidràulica per eliminar entre el 95 i el 99% dels sòlids dissolts a través de membranes semipermeables. Tanmateix, no és possible aconseguir la resistivitat de 18.2 MΩ·cm necessària per a aplicacions ultrapures de manera rendible. El tractament d'aigua per electrodesionització poleix el permeat d'osmosi inversa mitjançant processos electroquímics per eliminar els ions restants. Això fa que la resistivitat sigui de 100 a 1000 vegades més alta que amb l'osmosi inversa sola. Les dues tecnologies funcionen bé juntes; l'osmosi inversa fa l'eliminació de volum i l'osmosi inversa fa la neteja final.

P2: Quin tractament previ requereix l'EDI?

Per evitar que la membrana s'incrusti, els sistemes EDI necessiten aigua d'alimentació amb una conductivitat inferior a 40 µS/cm i una duresa inferior a 1 ppm. Per complir aquests requisits, la preparació estàndard inclou l'adsorció de carboni per eliminar el clor, el filtratge multimèdia i l'osmosi inversa de doble pas. Per evitar que la resina s'incrusti, el carboni orgànic total ha de mantenir-se per sota de 0.5 ppm. Si la preparació es fa correctament, la membrana EDI durarà més de cinc anys.

P3: Pot l'EDI gestionar les fluctuacions de la qualitat de l'aigua?

Els sistemes EDI moderns poden gestionar canvis de fins a un 20% en la conductivitat de l'alimentació sense perdre rendiment perquè ajusten automàticament el corrent. Si hi ha canvis sobtats fora d'aquest rang, com ara un membrana ro Si falla i deixa passar un TDS elevat, el sistema s'ha d'apagar per evitar danys. La instal·lació de vàlvules de tancament automatitzades i la monitorització contínua de la conductivitat protegeixen l'equip durant les condicions de pertorbació i permeten als operadors saber quan es produeixen problemes aigües amunt del procés.

Associa't amb Morui per a solucions avançades de tractament d'aigua per electrodesionització

Guangdong Morui Environmental Technology us pot ajudar amb els vostres problemes d'aigua ultrapura perquè fa 25 anys que tracten aigua. Com a proveïdor líder de tractament d'aigua per electrodesionització, fabriquem sistemes complets que utilitzen la nostra pròpia tecnologia de membrana juntament amb peces provades de socis d'arreu del món, com ara bombes Shimge i vàlvules de control Runxin. Les nostres 14 sucursals i el nostre equip de 500 persones ofereixen suport en 14 mercats industrials diferents.

Envieu un correu electrònic al nostre equip d'enginyeria a benson@guangdongmorui.com per parlar de les vostres necessitats específiques de qualitat de l'aigua. Farem una anàlisi gratuïta de la vostra aigua d'alimentació i elaborarem propostes de sistemes EDI personalitzats que s'adaptin millor als vostres volums de producció i requisits de puresa. Aquest lloc web conté informació que us ajudarà a prendre una decisió de compra informada per a la vostra propera compra de tractament d'aigua.

referències

1. Ganzi, GC, Wood, JH i Jha, AD (1997). «Electrodesionització: teoria i pràctica de l'electrodesionització contínua». Ultrapure Water Journal, 14(6), 64-69.

2. Alvarado, L. i Chen, A. (2014). «Electrodesionització: principis, estratègies i aplicacions». Electrochimica Acta, 132, 583-597.

3. Strathmann, H. (2010). «Electrodiàlisi i processos relacionats en la purificació de l'aigua». A Membrane Handbook, Van Nostrand Reinhold, Nova York, pàg. 396-425.

4. Wood, J. et al. (2010). «El rendiment dels sistemes EDI moderns en el tractament d'aigües industrials». Journal of Water Process Engineering, 8(2), 112-128.

5. ASTM International (2018). «Especificació estàndard per a aigua reactiva (D1193-18)». West Conshohocken, PA: Comitè ASTM D19 sobre aigua.

6. Thate, S. i Chaudhary, K. (2016). «Electrodesionització per a la producció d'aigua d'alta puresa: principis de funcionament i aplicacions industrials». Desalination and Water Treatment, 57(19), 8659-8674.