آب مهمترین ماده موجود در زمین است و کاربردهای متنوعی دارد. آب توسط سیستم های تصفیه از ناخالصی ها و مواد ناخواسته پاک میشود. میزان خلوص آب مورد نظر همیشه یکسان نیست و بر اساس نوع کاربرد تغییر میکند. در این نوشته، سیستم تصفیه آب الکترودیانیزاسیون یا EDI مورد بررسی قرار گرفته و با سیستم تصفیه آب اسمز معکوس یا RO مقایسه شده است.
خروجي چنين تصفيه‌‌هايي آبي با خلوص بالاي µs/cm 25 مي‌‌باشد و هنوز با استاندارد آب فوق خالص فاصله دارد.
لذا آب خروجي در يكي از سيستم‌‌هاي تبادل يوني يا EDI مورد تصفيه مجدد قرار مي‌‌گيرد تا آب با خلوص بسيار بالا را توليد نمايد.
معايب سيستم‌‌هاي رزيني مصرف زياد مواد شيميايي جهت احياء و همچنين اشغال فضاي زياد با توجه به حجم آب توليدي مي‌‌باشد.
سيستم EDI تركيبي از فرآيند تبادل يوني و فيلتراسيون غشايي مي‌‌باشد كه خروجي آن آبي بدون املاح و با هدايت الكتريكي كم‌تر از µs/cm 2/0 است.
در سيستم EDI نيز املاح از طريق فرآيند تبادل يوني از آب جدا ميشوند. با اين تفاوت كه ممبران‌‌ها به طور پيوسته با جريان برق احياء ميشوند كه اين امر نياز به استفاده از مواد شيميايي جهت احياء ممبران‌‌ها را از بين مي‌برد.
هر واحد EDI متشكل از تعدادي سلول است كه بين دو الكترود قرار گرفته‌اند.
در این شکل تصویری از یک دستگاه EDI ساده نشان داده شده است که دارای دو مدول بوده و در آن از سمت راست به ترتیب شیرهای ورودی و خروجی، دستگاه های فشارسنج، جریان سنج، شیرهای نمونه گیری و نیز یک عدد دستگاه اندازه گیری برای سنجش کیفیت آب نمایان است. این واحد EDI ، دستگاه ساده ای است که در قیاس با سیستم های بدون یون کننده (دمین) با بسترهای رزینی مختلط و اتوماتیک مشابه، فضای کمتری را اشغال می کند. با استفاده از این دستگاه، دیگر نیازی به استفاده از مواد شیمیایی قوی و مراحل خنثی سازی وجود ندارد.
فرآیند EDI
یک واحد از دستگاه EDI ، دارای تعدادی محفظه باریک است که برای انجام فرآیند تصفیه آب، متناوباً از رزین پر می شوند و آب غلیظ که دارای ناخالصی هست از میان آنها عبور می کند. غشاهای مخصوص یونی که در آنها کاتیون ها در یک طرف و آنیون ها در طرف دیگر قرار گرفته اند، این محفظه ها را از یکدیگر جدا می کنند.
یک غشاء کاتیونی مخصوص، فقط اجازه می دهد که یون های دارای بار مثبت عبور کنند و از عبور یون هایی که دارای بار الکتریکی منفی هستند جلوگیری می نماید. غشای مخصوص آنیونی به صورت معکوس عمل می کند. هیچ کدام از این غشاها به آب اجازه عبور نمی دهند.
الکترودهایی که دارای برق DC با ولتاژ بالا هستند در هر دو طرف محفظه هایی که حاوی رزین و آب غلیظ هستند، قرار دارند. بر حسب سلیقه هر شرکت سازنده، در یک سلول EDI، بین 4 تا 10 محفظه ی رزین می تواند قرار بگیرد.
همچنانکه آب شروع به گذشتن از میان سلول می کند، یونهای باردار موجود در آب در داخل محفظه رزینی، توسط رزین تبادل کننده یونی به دام می افتند. زمانی که از برق با ولتاژ 200 تا 400 VDC در درون سلول استفاده می شود، ناخالصی های آنیونی (با بار منفی) و کاتیونی (با بار مثبت) که بدام افتاده اند، در سرتاسر بستر یونی به سمت الکترود مناسب شروع به حرکت می کنند. این یونها سپس از میان غشاهای مخصوص یونی عبور کرده و به سمت محفظه ی آب غلیظ حرکت می کنند. در محفظه آب غلیظ، این یونها بوسیله غشاهایی که دارای بار الکتریکی مخالف هستند و بر روی محفظه رزینی مجاور قرار دارند، نگه داشته می شوند و در نتیجه در جریان مربوط به آب غلیظ به دام می افتند.
استانداردهای لازم برای آب خوراک دستگاه EDI
• کیفیت آب خوراک RO : 30 ppm یا بهتر
• سختی آب : 0.1 ppm
• آهن (Fe+++) : 0.05 ppm
• کلر / کلرآمین آزاد :0.01 ppm
• حداکثر فشار ورودی :80 psi
• حداکثر دمای ورودی : 90°F
کیفیت آب تولید شده توسط دستگاه EDI معمولی
دستگاه های EDI آبی با کیفیت بالا، معمولاً بین 16 تا 18 Megohms/cm³ ، تولید می کنند.
توجه: مقدار سیلیس و کربنات موجود در آب خوراک، تعیین کننده کیفیت آب تولید شده می باشد.
پس تصفیه EDI
اگر از آبی با کیفیت 18.3 megohms بخواهیم آب با کیفیت بسیار بالا تولید کنیم، باید از سیستم میکس بد با توان خالص سازی زیاد، بالغ بر 500000 گالن در هر فوت مکعب رزین، قبل از مرحله تبادل استفاده کنیم.
استفاده از مبدلهای بدون یون کننده و قابل حمل که عملیات احیای آنها در خارج از محل انجام می شود، بهمراه دستگاه EDI بسیار جالب می باشد. مهم نیست که آب با چه کیفیتی منظور نظر باشد، و درصورت لزوم همراه با RO/EDI و PEDI ، استفاده کننده مجبور نخواهد بود که با مواد شیمیایی خطرناک سر و کار داشته باشد و با مشکل دورریز پساب حاصل از عملیات احیا مواجه نمی شود. ترکیب این فن آوری ها، روشی مطمئن و مقرون بصرفه می باشد.
کاربردهای EDI
• نیروگاه / تاسیسات
• بیوتکنولوژی / داروسازی
• نیمه هادی ها / الکترونیک
• پرداخت کردن سطوح ( صنایع خودرو سازی و غیره)
• کالاهای مصرفی / وسایل تزئینی
• صنایع معمولی
سیستم های آبی الکترودیانیزاسیون یا EDI در مقابل اسمز معکوس یا RO
بدون شک آب مهمترین منبع روی زمین است. 70٪ بدن انسان را آب تشکیل می‌دهد و این واقعیت به تنهایی دلیلی بر ضروری بودن آب برای بقای گونه انسان است. جدای از کاربرد آب در مصارف روزمره، آب دارای خصوصیات گوناگونی مانند کووالانس قطبی و توانایی عمل کردن به عنوان یک حلال عمومی است، و همین ویژگی ها آن را برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی حیاتی میکند.
طراحی و تولید دستگاه الکترودیالیز EDI
با این حال، تمام آبهای مورد استفاده در صنایع از کیفیت یکسانی برخوردار نیستند، در حالیکه برخی از فرآیندهای صنعتی نیاز به آب خالص تر دارند، در مورد برخی دیگر اینطور نیست. نیاز به داشتن آب خالص، باعث ایجاد نوآوری در سیستم های تصفیه آب شده است. دو سیستم اصلی تصفیه آب مورد استفاده در صنایع، عبارت از سیستم های تصفیه آب الکترودیانیزاسیون یا EDI و اسمز معکوس یا RO هستند. بیایید ببینیم که این سیستم ها چه هستند و تفاوت های اصلی آنها در چیست.
سیستم های آبی الکترودیانیزاسیون یا EDI
سیستم های آبی الکترودیانیزاسیون یا EDI از برق، غشای تبادل یونی و رزین برای دیونیزه کردن آب و فیلتر کردن یون های حل شده از آب استفاده می‌کنند. این یک روش کاملاً متمایز است زیرا برخلاف سایر روشهای تصفیه آب، از روش های شیمیایی برای تصفیه آب استفاده نمیکند. در این سیستم ها با استفاده از غشاهای تبادل یونی، یون ها یا مولکول های خنثی بطور موثر مسدود و فقط به یون های محلول خاصی اجازه ورود داده میشود.
مزایا و موارد استفاده EDI
از سیستم های آب الکترودیانیزاسیون یا EDI در بازیافت آب باقیمانده در صنایع غذایی و آشامیدنی و آب خوراک دیگ بخار نیروگاه ها و سایر صنایع استفاده میشود. سیستم آب الکترودیالیز ، آب با خلوص بالا فراهم میکند و عملکرد آن قابل اعتماد است. به علاوه، فضای بسیار کمی اشغال میکند و کاربرد آن بسیار ساده است و از این رو به نظارت اپراتور بسیار کمی احتیاج دارد.
این عامل به تنهایی، سیستم الکترودیالیز یا EDI را به صورت یک مدعی عالی برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی که سیستم های تصفیه آب در آنها خودکار است، در می‌آورد. یکی دیگر از مهمترین عواملی که باعث میشود تا سیستم EDI در صنایع به کار گرفته شود قابل اطمینان بودن عملکرد آن است، زیرا از جریان مداوم آب سالم و بدون ایجاد هیچ گونه آلودگی به ما اطمینان می‌دهد.
محدودیت سیستم آب الکترودیانیزاسیون
تنها محدودیتی که سیستم الکترودیانیزاسیون یا EDI ایجاد میکند این است که به یک کارخانه پیش تصفیه نیاز دارد. این بدان معنی است که آب موجود در این سیستم باید از قبل تصفیه شده باشد تا به یک آب خالص با سختی پایین تبدیل شود. دلیل این امر آن است که کربنات کلسیم میتواند با مسدود کردن آن، به شدت بر عملکرد داخلی سیستم الکترودیانیزاسیون یا EDI تأثیر بگذارد.
سیستم های آبی اسمز معکوس
به بیان ساده، سیستم های آبی که به روش اسمز معکوس یا RO کار می‌کنند دارای غشایی هستند که تا حدی قابل نفوذ است و از آن برای حذف یون ها، مولکول های ناخواسته و ذرات بزرگتر از آب استفاده می‌کنند. در اسمز معکوس، آب با فشار زیاد از آب عبور میکند. عناصر ناخواسته در قسمت تحت فشار نگه داشته می‌شوند و فقط آب خالص مجاز به عبور به طرف دیگر است.
جریان برق باعث احیاء رزین ها میشود
برای اینکه این امر میسر شود، غشاء نباید به یونهای بزرگ یا سایر ناخالصی ها اجازه عبور از منافذ یا سوراخ ها را بدهد، بلکه این فقط اجزای کوچکتر ( شامل مولکول های آب یا H2O) هستند که اجازه عبور آزادانه پیدا می‌کنند. این سیستم با صرف نیرو توام است و به لحاظ نظری میتواند بدون در نظر گرفتن پارامتر هایی مانند فشار یا غلظت محلول، به راندمان کاملی برسد.
کاربردهای روش سیستم های اسمز معکوس
تصفیه آب به روش سیستم های اسمز معکوس یا RO بیشتر در نمک زدایی شناخته شده است، اما از این روش در تصفیه آب شیرین برای مصارف پزشکی، صنعتی و خانگی و گلخانه ای، کشاورزی و دامپروری نیز استفاده میشود. در سطح جهانی، سیستم های تصفیه آب آشامیدنی خانگی، یک مرحله RO در روند تصفیه آب خود دارند. این سیستم های تصفیه آب دارای یک فیلتر رسوب برای به دام انداختن زنگ زدگی و کربنات کلسیم، یک فیلتر کربن فعال برای به دام انداختن مواد شیمیایی آلی و در نهایت یک فیلتر RO می‌باشند که یک غشاء نازک فیلم کامپوزیت است. وجود یک سیستم RO به کل سیستم تصفیه کمک میکند تا آب تصفیه شده بهتری تولید کند. سیستم های RO همچنین در پردازنده های پرتابل (قابل حمل) آب و سیستم های تصفیه آب گیاهی تجاری استفاده میشود.
مزایای سیستم های اسمز معکوس
مهمترین مزیتی که یک سیستم تصفیه آب RO نسبت به هر روش تصفیه دیگر دارد این است که نگهداری آن کم هزینه و راحت است. تعویض قطعات و تمیز کردن سیستم در صورت لزوم بسیار آسان است. به علاوه، طعم آب را بهبود می‌بخشد و آب بسیار تمیزتری بهتر از آب بطری تولید میکند.
معایب اسمز معکوس RO
تنها عیب بزرگ یک سیستم آبی RO این است که فقط 5-15٪ از آب ورودی به سیستم را بازیابی میکند. باقیمانده آب تخلیه میشود و این، مخصوصا برای مناطق خشک، یک مشکل بزرگ ایجاد میکند.
خروجي چنين تصفيه‌‌هايي آبي با خلوص بالاي µs/cm 25 مي‌‌باشد و هنوز با استاندارد آب فوق خالص فاصله دارد.
لذا آب خروجي در يكي از سيستم‌‌هاي تبادل يوني يا EDI مورد تصفيه مجدد قرار مي‌‌گيرد تا آب با خلوص بسيار بالا را توليد نمايد.
معايب سيستم‌‌هاي رزيني مصرف زياد مواد شيميايي جهت احياء و همچنين اشغال فضاي زياد با توجه به حجم آب توليدي مي‌‌باشد.
سيستم EDI تركيبي از فرآيند تبادل يوني و فيلتراسيون غشايي مي‌‌باشد كه خروجي آن آبي بدون املاح و با هدايت الكتريكي كم‌تر از µs/cm 2/0 است.
در سيستم EDI نيز املاح از طريق فرآيند تبادل يوني از آب جدا ميشوند. با اين تفاوت كه ممبران‌‌ها به طور پيوسته با جريان برق احياء ميشوند كه اين امر نياز به استفاده از مواد شيميايي جهت احياء ممبران‌‌ها را از بين مي‌برد.
هر واحد EDI متشكل از تعدادي سلول است كه بين دو الكترود قرار گرفته‌اند.
بازده الکترودیونایزر
- عامل جداسازی یونها در الکترودیونایزر، جریان الکتریسیته DC یا مستقیم است.
- هر چه فاصله سل ها کمتر باشد، مقاومت الکتریکی کمتر شده و برق کمتری مصرف میشود.
- هر چه فاصله سل ها کمتر باشد، به تعداد سل های بیشتری نیاز خواهد شد.
