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1、GE節能減碳超純水系統E CellMK 3EDI連續電去離子技術原理介紹 TimCheng鄭力升Oct82008 超純水系統去離子脫鹽技術的發展 MK3EDI Pretreatment預處理 CationIX陽離子交換樹脂 Acid酸 Caustic鹼 AnionIX陰離子交換樹脂 MixedBed混床 Pretreatment預處理 R O 逆滲透 MixedBed混床 Caustic鹼 Acid酸 Pretreatment預處理 R O 逆滲透 連續電去離子技術 ToSaveSpace ChemicalFree EDI是什麼 EDI Electrodeionization 中文全稱 連續電
2、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 CellEDI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 MobileCounterCations Water FilledPassage FixedAnionSites PolymerSupportStructure SO O O SO O O SO O O Na Na Na MobileCounterAnions Water FilledPassage Fix
3、edCationSites PolymerSupportStructure 陽離子交換膜 陰離子交換膜 陰 陽離子交換膜 MobileCounterAnions Water FilledPassage FixedCationSites PolymerSupportStructure 陰離子交換膜 陰離子交換膜 MobileCounterCations Water FilledPassage FixedAnionSites PolymerSupportStructure SO O O SO O O SO O O Na Na Na 陽離子交換膜 陽離子交換膜 HCO3 Cathode陰極 Anod
4、e陽極 SiO2 CO2 Na SO4 Cl Ca GEEcellMK3EDI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 4HCO3 OH CO3 pKa 10 3SiO2
5、OH HSiO3 pKa 9 8H3BO3 OH B OH 4 pKa 9 2NH3 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 H0 2 H OH 7 7V 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 H0 2 遷移 遷移
6、 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 0mL STP 安培 分鐘高pH有結垢的可能性 陽極側化學回
7、應 陽極 產生氧氣3 5mL STP 安培 分鐘微量氯氣產生1 2ppminEout 400uS cmNaCl 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 TwoPassRO 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 GEE CellMK3EDI提供了環保型的選擇方案 無需用化學藥劑再生連續
8、營運 操作簡便減少設備佔用空間無有害廢水排放 為什麼GEE CellMK3EDI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 GEE CellMK3EDI無需用化學藥劑再生 為什麼GEE CellMK3EDI優於傳統混床 混床再生用酸鹼的運輸 儲存 處理 為什麼GEE CellMK3EDI優於傳統混床 混床 間歇營運過程 電阻率 時間 18 2M 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 GEE CellMK3EDI連續營運 操作簡便 E Cell 連續營運過程 E Cell可連續生產16 18Mohm cm超純水 時間 電阻率 18 2M
9、 為什麼GEE CellMK3EDI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ISO14000的要求 4 無有害廢水排放 為什麼GEE CellMK3EDI優於傳統混床 GEE CELLEDI的發展 MK 1MK 2MK 3NominalFlowRate 標準產水量12 5gpm15gpm15gpmMax Inlet S cm 最大進水導電度 28 28 43 NaHCO3 Max DCVoltage 最大直流電壓600VDC400V
10、DC300VDCMax DCAmperage 最大直流電流4 5Amps4 5Amps5 2AmpsTypicalPowerCons 典型能耗3 52 40 5 1 5 kWhr 1000gal 0 8 1 3kWhr m3 0 5 1 05kWhr m3 0 13 0 4kWhr m3 StackBoltTightening 螺栓擰緊Yes 需要No 不需要No 不需要BrineInjection 是否需要加鹽Yes 需要Yes 需要No 不需要ConcentrateRecirc 濃水循環Yes 需要Yes 需要No 不需要DiluteChamberResin 淡水室樹脂Layered 分層
11、MixedBed 混床MixedBed 混床Conc ChamberResin 濃水室樹脂None 無None 無Yes 有 進水要求 Parameter 參數 MK 2EMK 3TotalExchangeable22mg l25mg lAnion TEAasCaCO3 總可交換陰離子數Conductivity NaHCO3 28 S cm 43 S cm電導率Hardness asCaCO3 0 50mg l 1 0mg l硬度Silica 矽 0 50mg l 1 0mg lTOC 總有機碳 0 50mg l 0 50mg lTotalChlorine 總氯 0 05mg l 0 05mg
12、 lTemperature 温度5 38degC5 40degCpH5 94 11Fe Mn H2S 0 01mg l 0 01mg lTurbidity 濁度 1NTU 1NTUMaxVoltageDC 最大直流電壓400300MaxAmperage 最大電流4 55 2 Performanceimprovements withminimalchangetoDilutestream 在淡水流量幾乎不變的情况下將模組的性能提高 FeedWaterRequirements ParameterMK 2EIonicsEDIMK 3TotalExchangeable25mg l25mg lAnion
13、TEAasCaCO3 Conductivity NaHCO3 28 S cm 40 S cm 43 S cmHardness asCaCO3 0 50mg l 0 25mg l 1 0mg lSilica 0 50mg l 1 0mg l 1 0mg lTOC 0 50mg l 0 5mg l 0 50mg lTotalChlorine 0 05mg l 0 1mg l 0 05mg lTemperature5 38degC10 40degC5 38degCpH5 94 104 11Fe Mn H2S 0 01mg l 0 01mg l 0 01mg lTurbidity 1NTU 1NTUM
14、axVoltageDC400600300MaxAmperage4 5105 2TypicallyallEDIstateapproximatelythesameinletfeedwaterrequirements 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GEMK3EDIStack實際運行電壓50 150v 電流1 3A 系統運行能耗更低 0 13to0 4kWhr 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 HS
15、iO3 CO3 OH H Cl SO4 NO3 HCO3 AnionMembrane陰離子交换膜 CationMembrane Na Ca Mg Na AnionMembrane CationMembrane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 MK3EDI工作原理 濃水 AnodeWaste陽極廢水 HighPurityWater超纯水 HighPurityWater超纯水 CathodeWaste陰極廢水 淡水入口 濃水進口 淡水出
16、口 淡水冲洗口 MK3E CELL 濃水排放 電極水出口 MK 3Schematic GEMK3EDI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 TakenfromIWCpapergivenbyDr JohnBarberin2007 IWC07 42引用國際水會議文章 JohnBarber博士 2007年國際水會議07 12 濃水 淡水 淡水 GEMK 3EDI樹脂的结構 專利申請中 機械設計和樹脂的排列對於模組的性能有很大的影響 MK 3濃水室的结構能將預防CO2擴散回淡水室 TakenfromIWCpapergivenbyDr JohnBarberin2007 IWC07 42引用國際水會議文章 JohnBarber博士 2007年國際水會議07 12 濃水 淡水 淡水 結論 GE將持續研發新的EDI產品 並提高技術水平MK 3是GE最新的EDI產品相對於MK 2 MK 3的性能有所提昇能量消耗大幅降低不需要加鹽和濃水循環連續長期運行性能很好同時產水同時再生取代傳統混床塔 節能減碳 ChemicalFree 節省設置
