역삼투압 + EDI와 기존 이온 교환 공정 기술의 비교

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2024년 8월 9일

역삼투압 + EDI와 기존 이온 교환 공정 기술의 비교


1.EDI란 무엇입니까?

EDI의 전체 이름은 전극 이온화이며, 이는 전기 탈염 기술이라고도 하는 전기 담수화로 번역되며, 전기탈이온 기술 또는 충전층 전기 투석이라고도 합니다.
전기탈이온화 기술은 이온 교환과 전기 투석을 결합합니다. 전기투석을 기반으로 개발된 담수화 기술입니다. 널리 사용되어 이온 교환 수지 후 좋은 결과를 얻은 수처리 기술입니다.
전기 투석 기술의 연속 담수화의 장점을 활용할 뿐만 아니라 이온 교환 기술을 활용하여 깊은 담수화를 달성합니다.
전기투석 공정에서 저농도 용액을 처리할 때 전류 효율이 감소하는 결함을 개선하고 이온 전달을 향상시킬 뿐만 아니라 이온 교환기를 재생하고, 재생제의 사용을 피하고, 산-염기 재생제 사용 시 발생하는 2차 오염을 줄이고, 지속적인 탈이온화 작동을 실현합니다.


EDI 탈이온화의 기본 원리에는 다음 세 가지 프로세스가 포함됩니다.
1. 전기 투석 과정
외부 전기장의 작용으로 물 속의 전해질은 물 속의 이온 교환 수지를 통해 선택적으로 이동하여 농축된 물과 함께 배출되어 물 속의 이온을 제거합니다.

2. 이온 교환 과정
물 속의 불순물 이온은 이온 교환 수지를 통해 물 속의 불순물 이온과 교환되고 결합되어 물 속의 이온을 효과적으로 제거하는 효과를 얻습니다.

3. 전기화학적 재생 공정
이온 교환 수지 계면에서 물의 분극에 의해 생성된 H+ 및 OH-는 수지를 전기화학적으로 재생하여 수지의 자체 재생을 달성하는 데 사용됩니다.

02 EDI에 영향을 미치는 요인은 무엇이며, 통제 조치는 무엇인가?

1. 유입수 전도도의 영향
동일한 작동 전류에서, 원수 전도도가 증가함에 따라 약한 전해질의 EDI 제거율이 감소하고 폐수 전도도도 증가합니다.
원수 전도도가 낮으면 이온 함량도 낮고 이온 농도가 낮기 때문에 담수 챔버의 수지 및 멤브레인 표면에 형성된 기전력 구배도 커져 물 해리 정도가 향상되고 제한 전류가 증가하며 H+ 및 OH-가 많이 발생합니다. 담수 챔버에 채워진 음이온 및 양이온 교환 수지의 재생 효과가 좋다.
그러므로 EDI 유입수 전도도가 40us/cm 미만이 되도록 유입수 전도도를 제어해야 하며, 이는 자격을 갖춘 폐수 전도성과 약한 전해질의 제거를 보장할 수 있습니다.

2. 작동 전압 및 전류의 영향
작동 전류가 증가함에 따라 생산된 물의 수질이 계속 개선되고 있습니다.
그러나, 최고점에 도달한 후 전류를 증가시키면, 물 이온화에 의해 생성되는 H+ 및 OH- 이온의 과도한 양으로 인해, 수지의 재생에 사용되는 것 외에도, 많은 수의 잉여 이온이 전도를 위한 운반 이온으로 작용한다. 동시에 이동 중 많은 수의 운반 이온이 축적되고 막히기 때문에 역확산도 발생하여 생산된 물의 품질이 저하됩니다.
따라서 적절한 작동 전압과 전류를 선택해야 합니다.

3. 탁도 및 오염 지수(SDI)의 영향
EDI 구성 요소의 물 생산 채널은 이온 교환 수지로 채워져 있습니다. 과도한 탁도와 오염 지수는 채널을 막아 시스템 압력 차가 상승하고 물 생산량을 감소시킵니다.
따라서 적절한 전처리가 필요하며, RO 유출물은 일반적으로 EDI 입구 요구 사항을 충족합니다.

4. 경도의 영향
EDI에서 유입수의 잔류 경도가 너무 높습니다., 그것은 집중된 물 수로의 막 표면에 스케일링을 일으키고, 집중된 물 흐름율을 감소시키고, 생성한 물의 저항을 감소시킬 것입니다, 생성된 물의 수질에 영향을 미치고 심한 경우 구성 요소의 농축수 및 극지 물 흐름 채널을 차단하여 내부 가열로 인해 구성 요소가 파괴됩니다.
RO 입구 물은 연화될 수 있으며 CO2 제거와 함께 알칼리를 첨가할 수 있습니다. 유입수의 염분 함량이 높으면 담수화와 함께 1단계 RO 또는 나노 여과를 추가하여 경도의 영향을 조정할 수 있습니다.

5. TOC(Total Organic Carbon, 총유기탄소)의 영향
유입수의 유기물 함량이 너무 높으면 수지와 선택적 투과성 멤브레인의 유기 오염을 일으켜 시스템 작동 전압이 증가하고 생산된 물의 품질이 저하됩니다. 동시에 농축수 채널에 유기 콜로이드를 형성하고 채널을 막는 것도 쉽습니다.
따라서 처리할 때 다른 지수 요구 사항을 결합하여 요구 사항을 충족하도록 R0 수준을 높일 수 있습니다.

6. Fe와 Mn와 같은 금속 이온의 충격
Fe 및 Mn과 같은 금속 이온은 수지의 "중독"을 일으키고 수지의 금속 "중독"은 EDI 유출 품질의 급속한 악화, 특히 실리콘 제거율의 급속한 감소를 유발할 것입니다.
또한, 이온 교환 수지에 대한 가변 원자가 금속의 산화 촉매 효과는 수지에 영구적인 손상을 일으킬 것입니다. 일반적으로 EDI 유입수의 Fe는 작동 중에 0.01mg/L 미만으로 제어됩니다.

7. 유입 시 CO2의 영향
유입수에서 CO2에 의해 생성된 HCO3-는 약한 전해질로 이온 교환 수지 층을 쉽게 관통하여 생성된 물의 품질을 저하시킬 수 있습니다. 탈기 타워를 사용하여 유입되기 전에 제거할 수 있습니다.

8. 총 음이온 함량(TEA)의 영향
높은 TEA는 EDI 생성 물의 저항을 감소시키거나 EDI 작동 전류의 증가를 필요로 합니다. 과도한 작동 전류는 시스템 전류를 증가시키고 전극 물의 잔류 염소 농도를 증가시켜 전극 멤브레인의 수명에 좋지 않습니다.

위의 8가지 영향 요인 외에도 인레트 수온, PH 값, SiO2 및 산화물에는 또한 가동에 대한 충격이 있습니다 EDI 시스템.

03 EDI의 특징
EDI 기술은 전기, 화학 산업 및 의약과 같이 수질 요구 사항이 높은 산업에서 널리 사용되었습니다.
수처리 분야의 장기적인 응용 연구에 따르면 EDI 처리 기술에는 다음과 같은 6가지 특성이 있습니다.
1. 높은 수질과 안정적인 물 출력
EDI 기술은 전기 투석에 의한 연속 담수화와 이온 교환에 의한 깊은 담수화의 장점을 결합합니다. 지속적인 과학적 연구 실습은 담수화를 위한 EDI 기술의 사용이 물에서 이온을 효과적으로 제거하고 고순도 물 출력을 생성할 수 있음을 보여줍니다.

2. 낮은 장비 설치 조건 및 작은 설치 공간
이온 교환 베드와 비교할 때 EDI 장치는 크기가 작고 무게가 가벼우며 산 또는 알칼리 저장 탱크가 필요하지 않아 공간을 효과적으로 절약할 수 있습니다.
뿐만 아니라 EDI 장치는 건설 기간이 짧고 현장 설치 작업량이 적은 조립식 구조입니다.

3. 심플한 디자인, 쉬운 작동 및 유지 보수
EDI 처리 장치는 모듈화된 형태로 생산할 수 있고, 자동 및 연속 재생이 가능하며, 크고 복잡한 재생 장비가 필요하지 않으며, 작동 후 작동 및 유지 보수가 용이합니다.

4. 정수 공정의 간단한 자동 제어
EDI 장치는 여러 모듈을 시스템에 병렬로 연결할 수 있습니다. 모듈은 신뢰할 수 있는 품질로 안전하고 안정적이므로 시스템의 운영 및 관리를 쉽게 구현할 수 있으며 프로그램 제어 및 편리한 작동을 쉽게 구현할 수 있습니다.

5. 폐산 및 폐 알칼리 액체 배출이 없어 환경 보호에 유리합니다.
EDI 장치는 산 및 알칼리 화학 재생이 필요하지 않으며 기본적으로 화학 폐기물 배출이 없습니다.
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6. 높은 물 회수율. EDI 처리 기술의 물 이용률은 일반적으로 90% 이상으로 높습니다


요약하면, EDI 기술은 수질, 작동 안정성, 작동 및 유지 보수 용이성, 안전 및 환경 보호 측면에서 큰 이점이 있습니다.
그러나 몇 가지 단점도 있습니다. EDI 장치는 유입수 수질에 대한 요구 사항이 더 높으며 일회성 투자(인프라 및 장비 비용)가 상대적으로 높습니다.
그러나 유의해야 할 점은 다음과 같습니다. EDI 인프라 및 장비의 비용은 혼합층 기술의 비용보다 약간 높지만 장치 운영 비용을 종합적으로 고려한 후에도 EDI 기술은 여전히 특정 장점이 있습니다.
예를 들어, 순수 스테이션은 두 공정의 투자 및 운영 비용을 비교했습니다. 1년 동안 정상 작동 한 후, EDI 장치는 혼합층 공정으로 투자 차이를 상쇄할 수 있습니다.



04 역삼투압 + EDI VS 기존 이온 교환

1. 프로젝트의 초기 투자 비교
프로젝트의 초기 투자의 점에서, 작은 물 흐름율을 가진 물처리 시스템에서, 역삼투 + EDI 과정은 전통적인 이온 교환 과정에 의해 요구된 거대한 재생 체계, 뿐만 아니라 매우 장비 조달 비용을 삭감하는 2개의 산성 저장 탱크 및 2개의 알칼리 저장 탱크의 특히 제거를 삭제합니다, 또한 바닥 면적의 약 10%에서 20%를 절약하여 공장 건설의 토목 공학 비용과 토지 취득 비용을 줄입니다.

역삼투와 EDI 장비의 고도가 2.5m 안에 있는 그러나, 전통적인 이온 교환 장비의 고도가 일반적으로 5m 이상 있기 때문에, 그로 인하여 식물의 토목 공학 투자의 또 다른 10%에서 20%를 저장하는 그러나, 물 처리 작업장의 고도는 2m에서 3m까지 감소될 수 있습니다.

역삼투와 EDI의 회수율을 고려할 때 2차 역삼투압과 EDI의 농축수는 완전히 회수되지만 1차 역삼투의 농축수(약 25%)는 배출되어야 하며 그에 따라 전처리 시스템의 출력을 증가시켜야 합니다. 전처리 체계가 전통적인 응고, 정화 및 여과 과정을 채택할 때, 처음 투자는 이온 교환 과정의 전처리 체계와 비교된 대략 20%까지 증가할 필요가 있습니다.
모든 요인을 고려할 때, 소형 수처리 시스템에서 역삼투 + EDI 공정의 초기 투자는 기존 이온 교환 공정과 거의 동일합니다.

2. 운영 비용 비교
우리 모두 알고 있듯이 시약 소비 측면에서 역삼투압 공정(역삼투 투여, 화학적 세척, 폐수 처리 등 포함)의 운영 비용은 기존 이온 교환 공정(이온 교환 수지 재생, 폐수 처리 등 포함)보다 낮습니다.
그러나 전력 소비, 예비 부품 교체 등의 측면에서 역삼투압과 EDI 공정은 기존 이온 교환 공정보다 훨씬 높습니다.
통계에 따르면, EDI 과정 플러스 역삼투의 경영비는 전통적인 이온 교환 과정의 그것 보다는 경미하게 더 높습니다.
모든 요인을 고려할 때, EDI 공정과 역삼투의 전체 운영 및 유지보수 비용은 기존 이온 교환 공정보다 50%에서 70% 높습니다.

3. 역삼투 + EDI는 적응력이 강하고 자동화도가 높으며 환경 오염이 적습니다.
역삼투 + EDI 공정은 원수의 염분 함량에 대한 적응성이 강합니다. 역삼투 공정은 해수, 기수, 광산 배수 용수, 지하수 및 강물에 사용할 수 있지만 유입수의 용존 고형분 함량이 500mg/L보다 클 때 이온 교환 공정은 경제적이지 않습니다.
역삼투 및 EDI는 산 및 알칼리 재생이 필요하지 않고 많은 양의 산 및 알칼리를 소비하지 않으며 많은 양의 산 및 알칼리 폐수를 생성하지 않습니다. 소량의 산, 알칼리, 스케일 억제제 및 환원제만 필요합니다.
운영 및 유지 보수 측면에서 역삼투압 및 EDI는 높은 수준의 자동화와 쉬운 프로그램 제어의 장점도 있습니다.


4. 역삼투 + EDI 장비는 비싸고 수리가 어렵고 염수 처리가 어렵습니다.
역삼투압과 EDI 공정에는 많은 장점이 있지만 장비가 고장 났을 때, 특히 역삼투막과 EDI 멤브레인 스택이 손상된 경우 교체를 위해서만 종료할 수 있습니다. 대부분의 경우 전문 기술자가 교체해야 하며 종료 시간이 길어질 수 있습니다.
역삼투는 많은 양의 산 및 알칼리성 폐수를 생성하지 않지만 1단계 역삼투의 회수율은 일반적으로 75%에 불과하여 많은 양의 농축수를 생성합니다. 농축된 물의 염분 함량은 원수보다 훨씬 높을 것입니다. 현재 농축 된 물의이 부분에 대한 성숙한 처리 조치가 없으며 일단 배출되면 환경을 오염시킵니다.
현재 국내 발전소에서 역삼투 염수의 회수 및 활용은 주로 석탄 세척 및 재 가습에 사용됩니다. 일부 대학에서는 염수 증발 및 결정화 정제 공정에 대한 연구를 진행하고 있지만 비용이 많이 들고 난이도가 크며 아직 업계에서 널리 사용되지 않았습니다.
역삼투압 및 EDI 장비의 비용은 상대적으로 높지만 경우에 따라 기존 이온 교환 공정의 초기 투자보다 훨씬 저렴합니다.
대규모 수처리 시스템(시스템이 많은 양의 물을 생산하는 경우)에서 역삼투압 및 EDI 시스템의 초기 투자는 기존 이온 교환 공정의 투자보다 훨씬 높습니다.
소규모 수처리 시스템에서 역삼투압 및 EDI 공정은 초기 투자 측면에서 기존 이온 교환 공정과 거의 동일합니다.
요약하면, 수처리 시스템의 출력이 작을 때 역삼투압과 EDI 처리 공정이 우선적으로 이루어질 수 있습니다. 이 프로세스는 초기 투자가 적고 자동화 수준이 높으며 환경 오염이 적습니다.

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