【微水会·第36期】姗姗来迟的加拿大膜电容技术正式出炉!

时间:2016-09-28 来源:微水会 作者:宇墨企业

水世界微水会开场SHOW

周五的快讯,看的不过瘾?

不要紧,今天一并补上

嘉宾: 冯炜、 Dr. John Motto / 整理:冯茹 / 排版:漠潇 / 统筹:潘鹏

微水会·第36期

主题:加拿大膜电容脱盐技术介绍

提纲:

1 产业背景

2 公司介绍

3 技术特点及构成

4 技术优势

5 应用案例

分享嘉宾:

冯炜博士 宇墨北美站研究员

Dr. John Motto Laboratory Manager, Senior Chemist

本期微水会首次与国际接轨,并与领先的海外技术转移机构宇墨咨询合作,带来的可是洋公司的洋技术 & 洋产品。

不了解没关系,先简单介绍下。

宇墨企业管理咨询(上海)有限公司 是中国国内首家也是唯一从事国际清洁技术转移的专业机构,旨在建立全球清洁技术精英社群,联动全球企业机构,集成技术转移渠道,联接中国市场,提供宇墨智库服务,实现企业显著,持久的经营业绩提升,打造全球一流的国际清洁技术转移咨询机构。今天宇墨咨询带来的就是旗下 CleanConnect清洁技术转移平台 的实力代表之一。

加拿大 ENPAR公司,一家世界顶尖膜电容除盐水处理技术公司在中国寻求股权投资和创建合资子公司。该公司的 膜电容脱盐技术 全球领先,水处理回收率 超过95%,最大除盐效果可使 导电率低至约0.5µS/cm。该膜电容脱盐技术 能耗低,水回收率高,在工业用水除盐,地下水修复和饮用水处理 等市场有很好的应用前景。

下面,下面一定莫眨眼,重磅来袭,小编木有放在快讯里其实是有原因滴,原因就是——小编担心人气太高,冷落了我们这一领先洋技术。So,我们放在技术内容中...

到底是神马?是不是已经被好奇宝宝附体

铺垫这么多,怎么也得千呼万唤始出来哟,要不小编前面的工作岂不成了泡影

好了好了,这次来真的,一定仔细看

嘉宾隆重登场,要想一睹嘉宾尊容,是不得先呱唧呱唧?!

我知道的,姿势已经摆好,就差手掌拍红了。作为回馈,这次来真的!

分享嘉宾登场,这可是来自大洋彼岸的照片,不多瞅两眼,怎可?

左一为:Dr. John Motto,右一为:冯炜博士

合作单位、Enpar都了解了,最重要的,嘉宾都给大家分享了!小编说话算数,木有独享哟。

现在就算你不是这个表情,为了鼓励水世界的仗义,是不是也该刷个,否则怎么能脸不红心不跳的看下面更重磅的技术内容分享呢~~~

说了这么多,容小编缓缓,NOW,正式奉上技术大餐,看完别忘了赞一个,我们将鼓励、支持及建议打包收下,在未来的日子里,为大家呈现更多精彩内容,敬请期待!

 

微水会·精彩讲堂

一、膜电容技术

电容去离子技术(Capacitive Deionization,CDI)利用静电吸附,在正负电极两侧富集水中的离子成分,从而达到除去水中的盐分的目的,其除盐原理和RO(反渗透)正好相反。在过去的20年间,CDI因为其预处理需求低,设备维护简单,能耗低,水回收率高等技术优势,与RO和ED(电渗析)技术形成较强的竞争关系。虽然在海水淡化、地下水修复,工农业用水回用和生活用水除盐等市场的前景一直被看好,但却因为和RO相比造价过高导致大规模的应用项目寥寥无几。

随着近年来电极材料的研究突破,超级电容技术的普及,CDI产品的成本和除盐效率已经大大优化。同时,新型的MCDI(Membrane CapacitiveDeionization, MCDI)技术,通过在正负电极表面各紧贴一层离子交换膜,达到既保证离子的正常迁移、吸附,又同时避免了再生过程中脱附离子被二次吸附于对侧电极,脱盐效率较CDI提高30-50%左右,减少了总体项目的投资需求。

膜电容技术具有能量利用率高、污染小、易操作的特点,对几乎所有的离子型污染物都有较好的吸附能力,包括:硫酸根、硝酸根、铁、砷、钠、镁、钙、铵根等等。此外,有机大分子蛋白质、细菌等也可以在外加电场作用下被离子化,因此该技术也可以用于工业流体处理和饮用水灭菌。

二、ESD产品

设备核心元件及ESD运行方式:

装置体积:直径20公分,高30公分。电极片厚度约为头发丝的1/4,上图所示圆柱体中大约装有200多对活性炭电极片。

http://v.qq.com/x/page/r03290pus22.html

ESD设备运行步骤

以上视频为大家演示了ESD设备运行的一个周期,主要分为吸附、电极再生和清洗三个步骤。当原水通过双电极层的毫米级通道时,通过施加在流体上的静电场,使其所含有的离子向带有相反电荷的电极处移动,并被吸附在电极表面形成的双电层中,使溶液中的离子浓度大大降低,从而达到去除离子的目的。当设计的吸附时间达到时(或电极上吸附的离子达到饱和后),反转外加电场,正极变为负极,负极变为正极,这样使被吸附的离子被瞬间排斥到溶液中,从而达到电极再生。因为电极再生速率非常快,因此只需要非常小的整体流量即可以将富集在溶液中的离子冲出系统。循环以上三步可达到持续性的污水处理效果。

通过使用电荷屏障技术,在正负电极的各增加一层离子交换膜,可避免在电极再生过程中,被另一侧电极排斥的离子在再生过程中产生二次吸附,大大提高了再生过程效率,缩短了再生过程时间,保证了非常高的水回收率。

产品特点及应用领域:

操作基于常温常压,对于进水预处理要求低,污堵发生概率低,一般一个月清洗一次即可。

电容吸附设备的运行可以根据需求调节,如果进水水质导电率有波动,可灵活调整电容吸附时间,使出水水质稳定,优化设备的运行效率。

因为电容吸附遵守吸附动力学的原则,因此ESD在独立制备10MΩ以上的高/超纯水的方向上,仍然需要EDI的协助,这也是该公司未来的研究方向之一。

产品对比:

整体而言,ESD和RO在项目投资上基本一致,运行成本更低,且电吸附核心元件具有长达10年的使用寿命。如果以产品生命周期(Life-cycleAssessment, LCA)的原则为计算标准,每立方米的产水成本低于RO,具有更好的长远经济价值。

主要市场:

该技术产品可应用于家庭和工业用水的软化、废水净化,处理水溶性的放射性废物,处理核能电厂废水;纯水和高纯水领域可以用来制备半导体加工所用高纯水,也可作农业灌溉用水等。

以工业高纯水制备为例,常用的两级RO+EDI的工艺存在的问题是水的回收率通常比较低。如果选择两级ESD+EDI组合,可以使整体系统水的利用率可达80%以上;如果对已有的一套两级RO+EDI的设备组合进行改造,可选择使用ESD处理RO浓水,如果通过ESD回收80%左右的浓水到一级RO, 就可以大大提高工艺的整体水回收率。

由于ESD设备体积小,同时具有灭菌功能,因此可被设计成家用饮用水单元,也可设计成市政饮用水处理设备。在加拿大,该技术同时被应用于水培大棚循环水处理,通过去除循环水中的盐分,提高循环水的使用周期。

三、预期成本核算和性能对比

以某纺织行业5000吨生产用水除盐项目为例,进水导电率500µS/cm,出水要求导电率低于200µS/cm,当地的工业用水和排放合并收费为4.15元/吨,企业年用水量为72万吨。该项目若使用ESD产品,成本和投资回报计算如下:

四、应用案例分享

宇墨点评:

从行业视角来看,CDI 在全球范围的市场中目前处于重要的提升期,行业领先的各大技术公司纷纷在积极地扩大产品的渗透范围和融资力度,未来几年的政府投资力度和股权投资也都被看好。这一领域的前景直接与国家对工业节水(水回用率)的硬性目标相关联。目前最为明确的目标是 “ 水十条 ” 提出的 “ 到2020年,缺水城市再生水利用率达到20%以上,京津冀地区达到30%以上” ,而2013年全国的再生水回用率是8.3%,可估算出还有比较大的提高空间,因此这一市场应该在成长期的后半段。

该技术主要面对工业客户的中水回用市场,资质门槛低。但潜在客户大多为大型国企,因此需要有经营企业(政府)关系的能力。此外,全球范围内拥有该技术的公司非常少,因此大部分竞争企业较难直接获得此项技术。在资本型企业的挤压之下,比如:环能科技、巴安水务、万邦达等技术型企业将在日后的宣传上着重突出其技术标签。因而有卖点的“绝活”式技术(可成为企业名片)将很受这些企业青睐,投资(并购)价值较高。

微水会·答疑解惑

▷问题1:请问该技术对回收率之外的大约10%的水是怎么考虑的?如何处理?

答:根据处理的情况,对于10%的清洗电容溶液的处理有不同的策略。比如说在海水处理行业,我们可以将这10%重新回用到1级RO,这样整体的系统达到0排放,或者说也可以根据情况直接作为废水排放。

▷问题2:除盐除重金属最终除到哪去了是被膜电容吸附了么?

答:被电容吸附的重金属离子,在吸附的过程中是相当于被吸附(截留)在电容表面。在电极再生和清洗的过程中,反转电极之后,它们会从该吸附电极上被排斥下来,然后被清洗用水带出系统。

▷问题3:该设备最核心的活性炭膜片寿命大约多长?

答:活性碳电极的使用寿命为7-10年,电容在使用过程中会有定期的维护和清洗。

▷问题4:这种设备不知能否用在中水回用上么?

答:工业中水回用是ESD的一个主要的潜在市场,我们有一个在韩国运行的类似案例,这个案例里的回用水有的较高浓度的磷,通过ESD多余的磷被有效的去除,达到水回用标准。

▷问题5:电容之间是并联的么?如果一个电容失效了,出水出现问题怎么办?

答:所有的电容在电路上是串联关系,在水路上是并联关系。如果一个电容失效,可以简单的把一个单元从系统中独立出来进行维护,清洗或者更换,同时维持整体系统的运行。在设备的运行过程中,每个模块都独立的处于吸附,电极再生或者清洗阶段,互不影响。

▷问题6:在有重金属存在的情况下以及在碱土金属存在的情况下,如何解决阴极的钝化?

答:为了维持电极的吸附效率,我们公司对于ESD的维护和清洗有明确的要求和指示。

▷问题7::如何防止在有机物或碱土金属存在的情况下,对离子膜的污堵?

答:当处理水的硬度非常高的时候,我们会监测系统内的压力,当压力过大时就会启动设备清洗。清洗的过程使用稀盐酸(pH=1.5), 当酸液在电容中回流一定时间后,就会排出系统外。对于高硬度的入水,我们同时会被设备进行一些微调。

有机物对ESD膜的污堵影响较小。我们目前正在进行的项目包括,利用ESD处理糖浆中的盐分,和利用ESD处理有机溶剂中的氯化钠。在两个项目都没有出现污堵现象。当原水中含有较高的藻类,病毒和BOD的时候,会相对容易发生污堵。在这种情况下需要提供很高的前处理。

▷问题8: ESD的产品是模块化设计吗?如果处理量较大的时候如何处理?

答:ESD是模块化设计,每个模块包含9个电容,根据处理量的需求,进行叠加。

▷问题9:看到图片上离子膜是贴着极板安装的,这样做有什么好处?极板区域的流道能保证吗?

答:离子交换膜的主要作用为提高电极再生的效率.电极再生过程中,正负电极的极性反转,离子膜的存在是为了防止被排斥的离子被二次吸附。在两个电极之前仍然存在足够的空间维持水流,不会因为膜的存在而阻碍。

▷问题10:在地下水修复中,中国常见的对铁和锰的超标处理要求,该技术从成本和处理效果上能有所优势表现吗?

答:ESD可以很好的处理地下水中的锰,我们的一个正在进行的案例,可以把锰的浓度降低到10PPB.对于铁离子的处理,如果铁离子的溶度较低,ESD可以承受,但如果铁离子浓度较高,则需要前处理。

▷问题11:请问清洗是采用化学药剂清洗吗?还是有其他方法?

答:设备的清洗是利用稀盐酸在系统中回流,酸的浓度会根据清洗的需求进行调节,回流后酸液会被排出系统外,然后使用清水回流来保证去除所有的酸液。

▷问题12:PPT中提到EST技术的一个优势是“可根据需求去除某种特定离子(一价/两价)”,请问技术原理上是如何实现的?

答:ESD公司拥有两套的不用设计,常规版会平均的处理污水的一价和二价离子,同时也拥有只处理一价离子的设备。

▷问题13:请问EDS内部的阴阳极都是GAS活性炭片吗?

答:是的,活性炭是电极材料的一部分。

微水会·结束语

奉献这么精彩的内容,以示感谢是必须的。首先非常感谢 宇墨咨询,感谢@冯炜 Wei Feng 冯炜 博士及团队,感谢 Dr.John Motto 给我们带来了一场精彩绝伦的技术分享盛宴。

本期微水会中,我们认识和学习了具有能耗低、水回收率高、除盐率高等优势的膜电容技术,详细了解了基于这一洋技术研发的ESD产品,其可应用于如纯水制备、地下水修复、污水净化等诸多领域。在答疑环节,水友们用问题表达了对这一技术的热情和兴趣,就中水回用、堵膜情况如何防止、电容间关系、单模块处理量、离子膜贴极板安装优点等寻求解答,并均获精准解答。

生态文明建设理念和要求的提出,整治环境污染,提升环境质量也跃为评判发展的重要标准,加之严峻的资源形势,如果能将此技术恰到好处的应用和推广,实现双赢也为时不远。

号外!Enpar公司很有兴趣将这一产品带至中国市场,同时也在积极寻求国内战略合作伙伴和融资机会。感兴趣或有意向的各位同仁可联系宇墨咨询。

最后介绍一个地方给大家...

有一群人,他们为环保兢兢业业但偶有烦恼无人解;有一个地方,致力于水行业有平台但渴求贤才;于是,奇妙的事情就这样发生咯,也许是偶然,也许是天意,他们相遇了,更奇妙的是,当环保人发现这里尽是同道中人时,开启了“话唠模式”聊聊实战、听听讲课、偶尔吐槽一下and种种,可谓是忙的不亦乐乎。喏,这群人就是——奋战于水行业各领域的“环保兵”,这个地方就是 —— 水世界社群。

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