GE節能減碳超純水系統.ppt

ge節能減碳超純水系統 e-cell mk-3 edi連續電去離子技術原理介紹,tim cheng 鄭力升 oct 8 2008,超純水系統去離子脫鹽技術的發展,mk3 edi,pretreatment 預處理,cation ix 陽離子交換樹脂,acid 酸,caustic 鹼,anion ix 陰離子交換樹脂,mixed bed 混床,pretreatment 預處理,r.o. 逆滲透,mixed bed 混床,caustic 鹼,acid 酸,pretreatment 預處理,r.o. 逆滲透,連續電去離子技術,to save space,chemical free,edi是什麼?,edi(electrodeionization)中文全稱“連續電去離子技術”, 其主要用於替代傳統混床技術.edi 技術是離子化物質在電場的作用下,透過導電物質從產水中遷移出去,以達到生產高純水的過程.,陰/陽離子交換膜 濃水室流道 陰/陽電極 陰/陽離子交換樹脂,e-cell edi 架構組成:,陰極板,陰離子交換膜,濃水室,陽離子交換膜,淡水室,e-cell 膜塊分解圖:,mobile counter cations,water-filled passage,fixed anion sites,polymer support structure,s o,-,o,o,s o,-,o,o,s o,-,o,o,na,+,na,+,na,+,mobile counter anions,water-filled passage,fixed cation sites,polymer support structure,陽離子交換膜,陰離子交換膜,陰/陽離子交換膜,mobile counter anions,water-filled passage,fixed cation sites,polymer support structure,陰離子交換膜,陰離子交換膜,mobile counter cations,water-filled passage,fixed anion sites,polymer support structure,s o,-,o,o,s o,-,o,o,s o,-,o,o,na,+,na,+,na,+,陽離子交換膜,陽離子交換膜,hco3-,- - - -,cathode陰極 (-),+ + + +,anode陽極 (+),sio2,co2,na+,so4=,cl-,ca+,ge ecell mk3 edi工作原理,edi去水中鹽分可分為兩個階段: 第一階段: 強電離性離子遷移時段(高鹽分區域) 第二階段: 弱電離性物質電離時段(低鹽分區域),edi工作原理,第一階段:強電離性離子遷移階段,樹脂呈飽和狀態. 強電離性離子在樹脂表面可控制的擴散. 離子透過擴散從水中擴散進樹脂中. 離子在電場作用下,沿樹脂表面運動. 離子到達並穿過離子交換膜進入濃水室.,第二階段:弱電離性物質電離階段,樹脂呈h+ 或oh-狀態 透過電離回應,去除水中弱電離性物質(弱酸,弱鹼) co2 + oh- - hco3- pka = 6.4 hco3- + oh- - co3= pka =10.3 sio2 + oh- - hsio3- pka = 9.8 h3bo3 + oh- - b(oh)4- pka = 9.2 nh3 + h+ - nh4+ pka = 9.2,離子交換過程,陽離子 樹脂,陰離子 樹脂,na+,cl-,h+,oh-,h2o,+,淡水室,陽樹脂,陰樹脂,陽離子交換膜,陰離子交換膜,oh-,oh-,cl-,na+,h+,h+,oh-,h+,淡水室 離子遷移,陽樹脂,陰樹脂,oh-,h2o,h+,na+,cl-,oh-,h+,淡水室-水分子的裂解 & 樹脂再生,o,o,h,h,h,h,h 0,2,h +,+,oh,-,+,+,-,7.7 v,水分子的裂解,高/低ph 區域,陽離子樹脂中 磺酸基(so3h) 帶負電性,oh-,oh-,oh-,oh-,oh-,h+,h+,h+,h+,h+,h+,h+,h+,h+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,h,oh +,+,-,h 0,2,遷移,遷移,oh-,oh-,oh-,oh-,陰離子樹脂中 季胺基-n(ch3)3 帶正電性,解離的sio2.,sio,hsio,co,hco,2,2,3,3,解離的co2 變成hco3- 帶上電荷,+oh,+oh,oh,oh,oh,oh,oh,-,-,-,-,-,a,a,oh,oh,oh,oh,oh,-,-,-,-,-,陰離子樹脂,進水中的 中性co2,陰離子樹脂,進水中的 中性sio2,中性或弱電離物質的電離,濃水室,陰離子交換膜,陽離子交換膜,淡水室,淡水室,cl-,oh-,na+,h+,cl-,na+,+ + +,- - -,高ph,低ph,陽離子不能透 過陰離子交換膜 陰離子不能透 過陽離子交換膜,陰極側化學回應,_,陰極,氫氣(h2)產生 7.0 ml(stp)/安培/分鐘 高ph 有結垢的可能性.,陽極側化學回應,+,陽極,產生氧氣 3.5 ml (stp)/安培/分鐘 微量氯氣產生 1-2 ppm in eout (400 us/cm nacl) 低ph,1.軟化器 + 1級ro + e-cell系統 (當原水中含有較低的電導率和硬度時採用),活性炭 過濾器,軟化器,ro,濃水排放,edi,多層石英砂過濾器,edi濃水回流,使用點,極水排放,原水,2.2級(two pass ro + e-cell系統 (營運最為穩定的設計),第一級 ro,加鹼degas(co2),第二級ro,濃水排放,使用點,edi,edi濃水回流,活性炭 過濾器,多層石英砂過濾器,二級ro濃水回流,極水排放,原水,ge e-cell mk3 edi 提供了環保型的選擇方案: 無需用化學藥劑再生 連續營運, 操作簡便 減少設備佔用空間 無有害廢水排放,為什麼ge e-cell mk3 edi 優於傳統混床?,不需要運輸和儲藏危險的化學品 操作更安全,1.ge e-cell mk3 edi 無需用化學藥劑再生,為什麼ge e-cell mk3 edi優於傳統混床?,混床再生用酸鹼的運輸,儲存,處理,為什麼ge e-cell mk3 edi 優於傳統混床?,混床,間歇營運過程,電阻率,時間,18.2 m,消除了間歇營運弊端，保證水質的連續穩定 不需要作業員的人工干預 無需複雜的操作步驟,2. ge e-cell mk3 edi 連續營運,操作簡便,e-cell,連續營運過程,e-cell可連續生產 16 - 18 mohm.cm 超純水,時間,電阻率,18.2 m,為什麼ge e-cell mk3 edi 優於傳統混床?,不需要很高的廠房 占地面積小 系統所需預留空間最小 運輸和安裝重量輕,陰/陽床+混床,ro + 混床,ro + edi,3. 減少設備佔用空間,不再需要廢酸/廢鹼中和池 濃水排放可以循環利用 更符合環保要求 支援 iso 14000 的要求,4. 無有害廢水排放,為什麼ge e-cell mk3 edi 優於傳統混床?,ge e-cell edi 的發展,mk-1 mk-2 mk-3 nominal flow rate/標準產水量 12.5gpm 15gpm 15gpm max. inlet s/cm/最大進水導電度 28 28 43 (nahco3) max. dc voltage/最大直流電壓 600vdc 400vdc 300vdc max. dc amperage/最大直流電流 4.5 amps 4.5 amps 5.2 amps typical power cons./典型能耗 3 - 5 2 4 0.5 1.5 (kwhr/1000gal) (0.8 1.3kwhr/m3) (0.5 1.05kwhr/m3) (0.13 0.4 kwhr/m3) stack bolt tightening/螺栓擰緊 yes/需要 no/不需要 no/不需要 brine injection/是否需要加鹽 yes/需要 yes/需要 no/不需要 concentrate recirc./濃水循環 ye s /需要 yes/需要 no/不需要 dilute chamber resin/淡水室樹脂 layered/分層 mixed bed/混床 mixed bed/混床 conc. chamber resin/濃水室樹脂 none/無 none/無 yes/有,進水要求,parameter(參數) mk-2e mk-3 total exchangeable 22mg/l 25mg/l anion (tea as caco3) 總可交換陰離子數 conductivity ( nahco3) 28 s/cm 43 s/cm 電導率 hardness (as caco3) 0.50mg/l 1.0mg/l 硬度 silica/矽 0.50mg/l 1.0mg/l toc/總有機碳 0.50mg/l 0.50mg/l total chlorine/總氯 0.05mg/l 0.05mg/l temperature/温度 5 38 deg c 5 40 deg c ph 5 9 4 11 fe, mn, h2s 0.01mg/l 0.01mg/l turbidity/濁度 1 ntu 1 ntu max voltage dc/最大直流電壓 400 300 max amperage/最大電流 4.5 5.2,performance improvements, with minimal change to dilute stream. 在淡水流量幾乎不變的情况下將模組的性能提高,feed water requirements,parameter mk-2e ionics edi mk-3 total exchangeable 25mg/l 25 mg/l anion (tea as caco3) conductivity ( nahco3) 28 s/cm 40 s/cm 43 s/cm hardness (as caco3) 0.50mg/l 0.25mg/l 1.0 mg/l silica 0.50mg/l 1.0mg/l 1.0 mg/l toc 0.50mg/l 0.5mg/l 0.50 mg/l total chlorine 0.05mg/l 0.1mg/l 0.05 mg/l temperature 5 38 deg c 10 40 deg c 5 38 deg c ph 5 9 4 - 10 4 11 fe, mn, h2s 0.01mg/l 0.01mg/l 0.01 mg/l turbidity 1 ntu 1 ntu max voltage dc 400 600 300 max amperage 4.5 10 5.2 typically all edi state approximately the same inlet feed water requirements.,操作簡單,無濃水回路的控制； 無需加鹽的操作和维護 一次性通過設計=系统更簡單,運行成本低,無濃水泵浦 無需加鹽 單個ge mk3 edi stack實際運行電壓50150v;電流13a. 系統運行能耗更低：0.13 to 0.4 kwhr/m3,mk-3的優點,mk-2e 流程圖,產水出,電極水排放,濃水排放,濃水補充,進水,mk-3 流程圖,產水出,極水排放,濃水排放,濃水入口,進水,feed 進水,hsio3-,co3=,oh-,h+,cl-,so4=,no3-,hco3-,-,anion membrane 陰離子交换膜,cation membrane,na+,ca+,mg+,na+,anion membrane,cation membrane 陽離子交换膜,ca+,mg+,na+,h+,concentrate,anode 陽極(+),cathode 陰極(-),concentrate 濃水,hsio3-,co3=,oh-,cl-,no3-,hco3-,hsio3-,so4=,h+,mk3 edi 工作原理,濃水,anode waste 陽極廢水,high purity water 超纯水,high purity water 超纯水,cathode waste 陰極廢水,淡水入口,濃水進口,淡水出口,淡水冲洗口,mk3 e-cell,濃水排放,電極水出口,mk-3 schematic,ge mk3 edi模組的發明並不相同,其他品牌的edi濃水室樹脂结構會導致co2, 從濃水室擴散回淡水室，有可能導致產水水質下降。,taken from iwc paper given by dr. john barber in 2007. iwc 07-42 引用國際水會議文章， john barber博士，2007年 國際水會議 07-12,濃水,淡水,淡水,ge mk-3 edi 樹脂的结構（專利申請中）,機械設計和樹脂的排列對於模