【宇墨技术推荐】北美膜电容去离子脱盐水处理技术

冯炜 博士 | 宇墨北美站研究员 今天宇墨智库的每周技术推荐栏目向各位介绍一种叫电容去离子的水处理技术以及一家在这技术上领先全球的加拿大公司。

加拿大的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。该公司产品经多个国家的水务公司测试认可。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。

产业背景

什么是电容去离子技术？

电容去离子作用原理示意图

它的英文名叫Capacitive Deionization，简称CDI。简单点说就是利用静电吸附，在正负电极两侧富集水中的离子成分，除去水中的盐分。在过去的20年间，CDI技术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，与反渗透(Reverse Osmosis, 简称RO)和电渗析(Electrodialysis, 简称ED)技术形成较强的竞争关系。虽然大家一直看好它在海水淡化、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， 但却因为和RO相比造价过高，导致目前大规模的应用项目寥寥无几。 但近年来电极材料的研究突破以及超级电容技术的普及，提高了CDI在除盐效率和成本的竞争力。同时，新型的膜电容去离子技术（Membrane Capacitive Deionization, 简称 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50%左右，减少了总体项目的投资需求。 

整体而言，MCDI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LCA产品生命周期的原则为计算标准，每立方米的产水成本低于RO，具有更好的长远经济价值。 同时，MCDI技术在不影响水回收率的情况下，几乎对所有的离子污染物都有较好的吸附能力。因此，在特定的环境下MCDI也可以作为贵重金属的富集处理方式。

MCDI和几种常用脱盐技术关键参数对比参照图

对比项目MCDIROED/EDREDI

项目投资中中高高

运行成本低高中中

维护费用低高高高

水回收比例(%)80-9520-7570-9090-95

运行水压低高低低

预处理需求低高中高

污堵和清洁需求低高中高

药剂费可忽略高高低

灭菌效果是是否否

出水品质可调是否否否

公司背景

作为全球CDI技术商业化的领军人物，该公司有20年的技术研发和行业经验，他们有自己研发的电极材料，以及基于MCDI技术的膜电容除盐产品（ESD)。
该产品主要针对低盐水处理市场（TDS < 3000 ppm），在饮用水、地下水处理、工业纯水和高纯水的制备领域上，都证明了其理想的处理效果。该产品以经GE、威立雅、碧水源、华电等大型水务企业测试认可。

技术优势

• 水回收率可达到95%以上 ，除盐率>95%
• MCDI的电极再生和清洗效率比CDI更高
• 吸附单元小，系统控制灵活
• 出水水质可以根据需求调节
• 无高压操作环境
• 可根据需求去除某种特定离子
• 核心电极元件的设计使用寿命长达10年
• 对于进水的预处理要求低

该公司的ESD技术和RO反渗透技术特点对比：

	ESD	RO
设备持久性	电吸附核心元件可稳定运行10年	2-3年左右就必须更换滤膜
运行灵活性	除盐率可按需在0-95%区间内连续调节	除盐率很高但不可调
预处理要求	可忽略	药剂需要阻垢剂、还原剂等
能耗	0.5-2 kwh/吨	1-2 kwh/吨
水回收率	80-95%	50-75%
污堵导致通量衰减	可忽略	7-15%每年
浓水回收	相同模块	高性能膜

成本核算和对比

以纺织行业5000吨生产用水除盐设计为例，进水导电率500 µs/cm，出水要求导电率低于200 µs/cm，假设当地的工业用水和排放合并收费为4元/吨，设备年运转300天，与该案例当前使用的CDI吸附工艺运行和投资效果相比如下：

对比项目	当前工艺	加拿大公司
设计思路	共34台吸附设备，每台标准流量10吨/小时，除盐效率约60%	共400个处理单元，处理65%的流量，除盐效率96%，出水和未处理的35%的流量混合，达到低于200 µs/cm的设计效果
吸附周期	单周期为50分钟：30分钟吸附+20分钟再生和清洗，有效吸附时间为 60%	单周期为12分钟:10分钟吸附+2分钟再生和清洗，有效吸附时间为83%
系统灵活性	低	高
冗余设备投资需求	高	低
水回收	3750吨（75%）	4870吨（97.5%）
整体项目投资	530万	560万(国产) / 850万（加拿大产）
运行成本(元/吨）	1.16	1.3
年节省开支	215.3万	266.5万
ROI	2.5 a	2.1 a / 3.2 a

产品图示

根据处理量需求可设计为撬装式，也同时提供集装式设备满足移动处理的需求。

撬装式设备及其电控、电容模块

集装箱式设备

应用领域

该系统可独立使用，或者与RO、ED等工艺配合使用。应用领域包括工业生产用水除盐、饮用水处理、地下水修复、纯水和高纯水制备等。

案例介绍

案例一、加拿大某地下水处理项目项目性质：地下水修复，加拿大市政服务项目项目规模：100吨/天配备设备：36处理单元集装箱式处理效果：处理后硝酸根离子低于5 mg/L, 去除率 86-98%，水回收率 >90%

耗电量：0.33 – 0.37 kWh/吨

 案例二、中东某工业废水处理项目项目性质：锅炉用水制备，中东工业项目项目规模：100吨/天配备设备：36处理单元集装箱式

处理效果：入水电导率230-700 µS/cm,　出水电导率 4.5-12 µS/cm, 平均去除率 98%， 水回收率90%

合作方式

该公司在中国地区寻找股权投资和合资公司的合作伙伴。如果您对这项工艺技术有更多兴趣或问题，请留言或私信跟我们联系。

宇墨智库点评宇墨智库认为，CDI在全球范围的市场中目前处于重要的上升期，行业领先的几家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，因为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。

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