Comparación de la ósmosis inversa + EDI y la tecnología tradicional de procesos de intercambio iónico

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09 de agosto de 2024

Comparación de la ósmosis inversa + EDI y la tecnología tradicional de procesos de intercambio iónico


1.What is EDI?

El nombre completo de EDI es ionización de electrodos, que se traduce como desalinización eléctrica, también conocida como tecnología de electrodesionización o electrodiálisis de lecho empacado.
La tecnología de electrodesionización combina el intercambio iónico y la electrodiálisis. Se trata de una tecnología de desalinización desarrollada sobre la base de la electrodiálisis. Es una tecnología de tratamiento de agua que ha sido ampliamente utilizada y logró buenos resultados después de las resinas de intercambio iónico.
No solo utiliza las ventajas de la desalinización continua de la tecnología de electrodiálisis, sino que también utiliza la tecnología de intercambio iónico para lograr una desalinización profunda;
No solo mejora el defecto de disminución de la eficiencia de corriente al tratar soluciones de baja concentración en el proceso de electrodiálisis, mejora la transferencia de iones, sino que también permite regenerar los intercambiadores de iones, evita el uso de agentes de regeneración, reduce la contaminación secundaria generada durante el uso de agentes de regeneración ácido-base y realiza una operación de desionización continua.


El principio básico de la desionización EDI incluye los tres procesos siguientes:
1. Proceso de electrodiálisis
Bajo la acción de un campo eléctrico externo, el electrolito en el agua migra selectivamente a través de la resina de intercambio iónico en el agua y se descarga con el agua concentrada, eliminando así los iones en el agua.

2. Proceso de intercambio iónico
Los iones de impureza en el agua se intercambian y combinan con los iones de impurezas en el agua a través de la resina de intercambio iónico, logrando así el efecto de eliminar eficazmente los iones en el agua.

3. Proceso de regeneración electroquímica
El H+ y el OH- generados por la polarización del agua en la interfaz de la resina de intercambio iónico se utilizan para regenerar electroquímicamente la resina y lograr la auto-regeneración de la resina.

02 ¿Cuáles son los factores que afectan al EDI y cuáles son las medidas de control?

1. Influencia de la conductividad del agua de entrada
Bajo la misma corriente de funcionamiento, a medida que aumenta la conductividad del agua cruda, la tasa de eliminación de EDI de electrolitos débiles disminuye y la conductividad del efluente también aumenta.
Si la conductividad del agua cruda es baja, el contenido de iones también es bajo, y la baja concentración de iones hace que el gradiente de fuerza electromotriz formado en la superficie de la resina y la membrana en la cámara de agua dulce también sea grande, lo que resulta en un mayor grado de disociación del agua, un aumento en la corriente limitante y una gran cantidad de H + y OH-, de modo que el efecto de regeneración de las resinas de intercambio aniónico y catiónico rellenas en la cámara de agua dulce es bueno.
Por lo tanto es necesario controlar la conductividad del agua de entrada para que la conductividad del agua de entrada EDI sea inferior a 40us/cm, lo que puede garantizar la conductividad calificada del efluente y la eliminación de electrolitos débiles.

2. Influencia del voltaje y la corriente de trabajo
A medida que aumenta la corriente de trabajo, la calidad del agua producida continúa mejorando.
Sin embargo, si la corriente aumenta después de alcanzar el punto más alto, debido a la cantidad excesiva de iones H+ y OH- producidos por la ionización del agua, además de utilizarse para la regeneración de la resina, una gran cantidad de iones sobrantes actúan como iones portadores para la conducción. Al mismo tiempo, debido a la acumulación y bloqueo de una gran cantidad de iones portadores durante el movimiento, se produce incluso una difusión inversa, lo que resulta en una disminución de la calidad del agua producida.
Por lo tanto it is necessary to select appropriate working voltage and current.

3. Influencia de la turbidez y el índice de contaminación (IDS)
El canal de producción de agua del componente EDI está lleno de resina de intercambio iónico. La turbidez excesiva y el índice de contaminación bloquearán el canal, lo que hará que la diferencia de presión del sistema aumente y la producción de agua disminuya.
Por lo tanto appropriate pretreatment is required, y el efluente de ósmosis inversa generalmente cumple con los requisitos de entrada de EDI.

4. Influencia de la dureza
Si la dureza residual del agua de entrada en el EDI es demasiado alto, causará incrustaciones en la superficie de la membrana del canal de agua concentrada, reducirá el caudal de agua concentrada, reducirá la resistividad del agua producida, afectan la calidad del agua producida y, en casos graves, bloquean los canales de flujo de agua concentrada y agua polar del componente, lo que hace que el componente se destruya debido al calentamiento interno.
El agua de entrada de ósmosis inversa se puede ablandar y se puede agregar álcali en combinación con la eliminación de CO2; cuando el agua de entrada tiene un alto contenido de sal, se puede agregar una ósmosis inversa o nanofiltración de primer nivel en combinación con la desalinización para ajustar el impacto de la dureza.

5. Impacto del TOC (Carbono Orgánico Total)
Si el contenido orgánico en el afluente es demasiado alto, causará contaminación orgánica de la resina y la membrana permeable selectiva, lo que resultará en un aumento en el voltaje de funcionamiento del sistema y una disminución en la calidad del agua producida. Al mismo tiempo, también es fácil formar coloides orgánicos en el canal de agua concentrada y bloquear el canal.
Por lo tanto when treating, you can combine other index requirements to increase the level of R0 to meet the requirements.

6. Impacto de iones metálicos como Fe y Mn
Metal ions such as Fe and Mn will cause "poisoning" of the resin, and the metal "poisoning" of the resin will cause the rapid deterioration of the EDI effluent quality, especially the rapid decrease in the removal rate of silicon.
Además, el efecto catalítico oxidativo de los metales de valencia variable sobre las resinas de intercambio iónico causará daños permanentes a la resina. En términos generales, se controla que el Fe del afluente EDI sea inferior a 0,01 mg/L durante el funcionamiento.

7. Impacto del CO2 en el afluente
El HCO3- generado por el CO2 en el afluente es un electrolito débil, que puede penetrar fácilmente en la capa de resina de intercambio iónico y hacer que la calidad del agua producida disminuya. Se puede utilizar una torre de desgasificación para eliminarlo antes de que fluya.

8. Influencia del contenido aniónico total (TEA)
Un TEA alto reducirá la resistividad del agua producida por EDI o requerirá un aumento en la corriente de operación de EDI. Una corriente de funcionamiento excesiva aumentará la corriente del sistema y aumentará la concentración de cloro residual en el agua del electrodo, lo que no es bueno para la vida útil de la membrana del electrodo.

Además de los 8 factores influyentes anteriores, La temperatura del agua de entrada, el valor de pH, el SiO2 y los óxidos también influyen en el funcionamiento del Sistema EDI.

03 Características del EDI
La tecnología EDI se ha utilizado ampliamente en industrias con altos requisitos de calidad del agua, como la electricidad, la industria química y la medicina.
La investigación de aplicaciones a largo plazo en el campo del tratamiento de agua muestra que la tecnología de tratamiento EDI tiene las siguientes 6 características:
1. Alta calidad de agua y salida de agua estable
La tecnología EDI combina las ventajas de la desalinización continua por electrodiálisis y la desalinización profunda por intercambio iónico. La práctica continua de la investigación científica muestra que el uso de la tecnología EDI para la desalinización puede eliminar eficazmente los iones en el agua y producir una producción de agua de alta pureza.

2. Bajas condiciones de instalación del equipo y tamaño reducido
En comparación con los lechos de intercambio iónico, los dispositivos EDI son de tamaño pequeño y livianos, y no requieren tanques de almacenamiento de ácido o álcali, lo que puede ahorrar espacio de manera efectiva.
No solo eso, el dispositivo EDI es una estructura prefabricada con un corto período de construcción y una pequeña carga de trabajo de instalación en el sitio.

3. Diseño simple, fácil operación y mantenimiento
Los dispositivos de tratamiento EDI se pueden producir de forma modular, se pueden regenerar de forma automática y continua, no requieren equipos de regeneración grandes y complejos y son fáciles de operar y mantener después de su puesta en funcionamiento.

4. Control automático simple del proceso de purificación de agua
El dispositivo EDI puede conectar varios módulos al sistema en paralelo. Los módulos son seguros y estables, con calidad confiable, lo que hace que la operación y la gestión del sistema sean fáciles de implementar, control de programa y operación conveniente.

5. Sin descarga de líquidos ácidos y álcalis residuales, lo que es beneficioso para la protección del medio ambiente
El dispositivo EDI no requiere regeneración química ácida y alcalina, y básicamente no requiere descarga de desechos químicos
.
6. Alta tasa de recuperación de agua. La tasa de utilización del agua de la tecnología de tratamiento EDI es generalmente tan alta como el 90% o más


En resumen, la tecnología EDI tiene grandes ventajas en términos de calidad del agua, estabilidad operativa, facilidad de operación y mantenimiento, seguridad y protección del medio ambiente.
Sin embargo, también tiene ciertas deficiencias. Los dispositivos EDI tienen mayores requisitos para la calidad del agua de entrada y su inversión única (costos de infraestructura y equipo) es relativamente alta.
Cabe señalar que, si bien el costo de la infraestructura y el equipo EDI es ligeramente más alto que el de la tecnología de lecho mixto, después de considerar exhaustivamente el costo de operación del dispositivo, la tecnología EDI todavía tiene ciertas ventajas.
Por ejemplo, una estación de agua pura comparó los costos de inversión y operación de los dos procesos. Después de un año de funcionamiento normal, el dispositivo EDI puede compensar la diferencia de inversión con el proceso de lecho mixto.



04 Ósmosis Inversa + EDI VS Intercambio Iónico Tradicional

1. Comparativa de la inversión inicial del proyecto
En términos de inversión inicial del proyecto, en el sistema de tratamiento de agua con un caudal de agua pequeño, el proceso de ósmosis inversa + EDI elimina el enorme sistema de regeneración requerido por el proceso tradicional de intercambio iónico, especialmente la eliminación de dos tanques de almacenamiento de ácidos y dos tanques de almacenamiento de álcalis, lo que no solo reduce en gran medida el costo de adquisición de equipos, sino que también reduce en gran medida el costo de adquisición de equipos, sino que también pero también ahorra entre un 10% y un 20% de la superficie del suelo, reduciendo así el coste de ingeniería civil y el coste de adquisición del terreno de la construcción de la planta.

Dado que la altura de los equipos tradicionales de intercambio iónico es generalmente superior a 5 m, mientras que la altura de los equipos de ósmosis inversa y EDI está dentro de los 2,5 m, la altura del taller de tratamiento de agua se puede reducir de 2 a 3 m, ahorrando así otro 10% a 20% de la inversión en ingeniería civil de la planta.

Teniendo en cuenta la tasa de recuperación de la ósmosis inversa y el EDI, el agua concentrada de la ósmosis inversa secundaria y el EDI se recupera por completo, pero el agua concentrada de la ósmosis inversa primaria (aproximadamente el 25%) debe descargarse y la producción del sistema de pretratamiento debe aumentarse en consecuencia. Cuando el sistema de pretratamiento adopta el proceso tradicional de coagulación, clarificación y filtración, la inversión inicial debe aumentarse en aproximadamente un 20% en comparación con el sistema de pretratamiento del proceso de intercambio iónico.
Teniendo en cuenta todos los factores, la inversión inicial del proceso de ósmosis inversa + EDI en un pequeño sistema de tratamiento de agua es aproximadamente equivalente a la del proceso tradicional de intercambio iónico.

2. Comparación de los costes de explotación
Como todos sabemos, en términos de consumo de reactivos, el costo operativo del proceso de ósmosis inversa (incluida la dosificación de ósmosis inversa, la limpieza química, el tratamiento de aguas residuales, etcétera) es menor que el del proceso de intercambio iónico tradicional (incluida la regeneración de resinas de intercambio iónico, el tratamiento de aguas residuales, etcétera).
Sin embargo, en términos de consumo de energía, reemplazo de piezas de repuesto, etcétera, el proceso de ósmosis inversa más EDI es mucho más alto que el proceso tradicional de intercambio iónico.
Según las estadísticas, el costo operativo del proceso de ósmosis inversa más EDI es ligeramente más alto que el del proceso tradicional de intercambio iónico.
Teniendo en cuenta todos los factores, el costo total de operación y mantenimiento del proceso de ósmosis inversa más EDI es entre un 50% y un 70% más alto que el del proceso tradicional de intercambio iónico.

3. La ósmosis inversa + EDI tiene una gran adaptabilidad, alto grado de automatización y baja contaminación ambiental
El proceso de ósmosis inversa + EDI tiene una gran adaptabilidad al contenido de sal del agua bruta. El proceso de ósmosis inversa se puede utilizar para agua de mar, agua salobre, agua de drenaje de minas, aguas subterráneas y aguas de río, mientras que el proceso de intercambio iónico no es económico cuando el contenido sólido disuelto del agua afluente es superior a 500 mg / L.
La ósmosis inversa y el EDI no requieren regeneración ácida y alcalina, no consumen una gran cantidad de ácido y álcali y no producen una gran cantidad de aguas residuales ácidas y alcalinas. Solo se requiere una pequeña cantidad de ácido, álcali, inhibidor de incrustaciones y agente reductor.
En términos de operación y mantenimiento, la ósmosis inversa y el EDI también tienen las ventajas de un alto grado de automatización y un fácil control del programa.


4. Los equipos de ósmosis inversa + EDI son caros, difíciles de reparar y difíciles de tratar
Aunque el proceso de ósmosis inversa más EDI tiene muchas ventajas, cuando el equipo falla, especialmente cuando la membrana de ósmosis inversa y la pila de membranas EDI están dañadas, solo se puede apagar para reemplazarlo. En la mayoría de los casos, se requiere que técnicos profesionales lo reemplacen y el tiempo de apagado puede ser largo.
Aunque la ósmosis inversa no produce una gran cantidad de aguas residuales ácidas y alcalinas, la tasa de recuperación de la ósmosis inversa de primer nivel es generalmente solo del 75%, lo que producirá una gran cantidad de agua concentrada. El contenido de sal del agua concentrada será mucho mayor que el del agua cruda. Actualmente no existe una medida madura de tratamiento para esta parte del agua concentrada y, una vez descargada, contaminará el medio ambiente.
En la actualidad, la recuperación y utilización de salmuera de ósmosis inversa en centrales eléctricas domésticas se utiliza principalmente para el lavado de carbón y la humidificación de cenizas; Algunas universidades están llevando a cabo investigaciones sobre los procesos de purificación por evaporación y cristalización de salmuera, pero el costo es alto y la dificultad es grande, y aún no se ha utilizado ampliamente en la industria.
El costo de los equipos de ósmosis inversa y EDI es relativamente alto, pero en algunos casos es incluso menor que la inversión inicial del proceso tradicional de intercambio iónico.
En los sistemas de tratamiento de agua a gran escala (cuando el sistema produce una gran cantidad de agua), la inversión inicial de los sistemas de ósmosis inversa y EDI es muy superior a la de los procesos tradicionales de intercambio iónico.
En los pequeños sistemas de tratamiento de agua, el proceso de ósmosis inversa más EDI es aproximadamente equivalente al proceso tradicional de intercambio iónico en términos de inversión inicial.
En resumen, cuando la salida del sistema de tratamiento de agua es pequeña, se puede dar prioridad al proceso de tratamiento de ósmosis inversa más EDI. Este proceso tiene una baja inversión inicial, un alto grado de automatización y una baja contaminación ambiental.

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