Công nghệ EDI

I. Electrodeionization (EDI) là một quá trình sử dụng nhựa trao đổi ion để hấp thụ Ion từ dòng nước và sau đó vận chuyển các ion hấp thụ qua Ion trao đổi màng vào một dòng nước tập trung dưới ảnh hưởng của một điện trường ứng dụng. Trong quá trình trao đổi ion thì nhựa trao đổi ion không cần phải tái sinh với acid hoặc kiềm. Công nghệ mới này có thể thay thế ion hóa Electrode truyền thống (DI). Sản phẩm nước siêu tinh khiết có điện trở lên đến 15-18 MΩ · cm.

Lợi ích của Công nghệ EDI

Hạt trao đổi ion phải được tái sinh bằng acid hoặc kiềm, nhưng hệ thống EDI thì không cần như vậy. Đối với các nguồn nước khử khoáng (DI), không cần đến độ dẫn 18.2 MΩ · cm, có thể ưu tiên sử dụng hệ thống EDI để giảm chi phí vận hành . Bên cạnh đó, những lợi thế còn được thể hiện ở các khía cạnh dưới đây:

1. Quá trình EDI không sử dụng hóa chất tái sinh.

2. Quá trình EDI không tạo ra nước thải vào môi trường

3. Hệ thống EDI không yêu cầu tắt máy để tái tạo.

4. Các hệ thống EDI nhỏ hơn các hệ thống trao đổi ion truyền thống

5. Quá trình EDI cung cấp nước có chất lượng ổn định.

6. Chi phí hoạt động thấp hơn hệ thống trao đổi ion truyền thống

1.2 Ứng dụng của công nghệ EDI

EDI thường được sử dụng trong bất kỳ trường hợp nào có yêu cầu là nước siêu tinh khiết có điện trở  >1 MΩ·cm.  Đối với một số ngành đòi hỏi chất lượng nước cao, EDI là giải pháp xử lý nước đặt trước mix-bed (MBP) để giảm tải cho các hạt trao đổi ion và đảm bảo độ ổn định của chất lượng nước. Các ngành công nghiệp điển hình sử dụng nước siêu tinh khiết bao gồm:

1. Sản xuất vi điện tử và bán dẫn.

2. Ngành dược phẩm và y sinh học.

3. Sản xuất hoá chất.

4. Nồi áp suất cao như lò hơi trong nhà máy điện.

2.MÔ TẢ CẤU TRÚC CỦA EDI 

2.1 Cấu trúc của module  EDI 

1. Khoang pha loãng là nơi cho dòng pha loãng ( nước sản phẩm) đi qua. Nó được hình thành bởi một cái khung, một bên là miếng màng trao dổi Anion ( chứa hạt nhựa trao đổi ion) và bên còn lại là màng trao dổi Cation ( Chưa hạt trao dổi Cation). Bên trong khung được sắp xếp rất chắn chắn và cẩn thận cùng với các hạt trao đổi ion.

2. Khoang tập trung: Là khoang tập trung các ion và chứa nước thải. Nó được bởi các lớp của 2 khoang pha loãng.Nó cũng có lớp màng trao đổi Anion, Cation và các loại hạt trao dổi ion

3. Hai điện cực

4. Điện cực, tấm cốt thép, miếng đệm, bu lông và các bộ phận cần thiết khác.

5. Nguồn và kết nối.

2.2 Ưu điểm của Module Super EDI 

Module Super EDI  có những ưu điểm khác so với những module thông thường khác như:

1.  EDI không tiêu thụ muối trong quá trình hoạt động và chi phí thấp hơn nhiều

chi phí hoạt động.

2.  EDI mở rộng giới hạn nước đầu vào

3.  EDI không cần phải tái chế chất cô đặc, làm cho

hệ thống đơn giản hơn nhiều.

4.  Hệ thống EDI đòi hỏi ít năng lượng.

3. ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Chất lượng của nước đầu vào và những điều kiện hoạt động khác ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc thành công của hệ thống EDI, có thế dẫn đến thiệt hại không thể phục hồi cho Module. Bời vì trong đó chất lượng nước cấp phải được kiểm soát chặt chẽ. Mỗi yêu cầu sau phải được đáp ứng tốt:

3.1 Thông số kỹ thuật màng

Bảng 3.1: Điều kiện hoạt động chính của các seri EDI

3.2 Yêu cầu nước đầu vào

1.Tiền xử lý: Tiền xử lý phải được thực hiện một cách nghiêm túc và chặt chẽ. Hệ thống 2 RO ( Doulble RO) rất lý tưởng cho các máy EDI

2. TEA ( Total exchange Anion): Tổng lượng Anion cần trao đổi như CaCO3 phài < 35ppm

TEA là bao gồm những Anion CO2, SiO2, H3BO3 và được loại bỏ bởi khoang pha loãng của EDI dưới hình thức HCO3^2-, CO3^2-, B(OH)4^-. Chính vì điều này, lượng CO2 và SiO2 thay đổi trong quá trình EDI. Ước tính cho cho TEA, -1.7, -1.5, -1.0 được sử dụng cho CO2, SiO2, H3BO3

TEA=50[CCl-/35.5+2CSO42-/96+1.7CCO2/44+1.7CHCO3-/61+1.5CSiO2/60+...]

Khi TEA vượt quá 35 ppm, điện năng cho một mô-đun EDI sẽ không được đủ để loại bỏ tất cả các ion trong nước cấp để chất lượng nước sản phẩm sẽ giảm. Trong những trường hợp này, chất lượng nước sản phẩm có thể phục hồi được bằng làm giảm lưu lượng nguồn cấp dữ liệu.

3. pH value: 6.0-9.0

Giá trị pH phản ánh lượng CO2 trong nước cấp EDI

4. Nhiệt độ 5-35 ⁰C

5. Áp suất vào <0.4MPa (60psi)

Áp suất đầu vào tập trung và áp lực đầu vào của điện cực phải thấp hơn

Áp suất đầu vào sản phẩm ở 0,03-0,05 MPa.

6.Độ cứng ( CaCO3):≤ 1.0ppm

Giá trị pH của màng anion tập trung trong EDI thường là nhiều cao hơn giá trị pH của dòng nước đậm đặc. Vì lý do này, việc gia tăng độ cứng trên bề mặt màng anion có thể gây khó khăn cho hoạt động EDI. Khi độ cứng cao hơn 5 ppm, cần áp dụng các biện pháp đặc biệt để đảm bảo hoạt động lâu dài ..

7.Chất hữu cơ: Max 0.5ppm TOC, yêu cầu < 0.1 ppm

8. Chất oxy hoá: Tối đa 0.05 ppm (Cl2). Đề nghị không phát hiện.

Tối đa 0,02 ppm (O2). Đề nghị không phát hiện được

9. Kim loại chuyển tiếp: Tối đa 0,01 ppm Fe và Mn.

Hạt nhựa và màng có thể bị hư hỏng do nhiễm độc kim loại chuyển tiếp.

10. Silica: Tối đa 0.5 ppm.

Quy mô silic rất khó làm sạch, vì vậy chúng ta nên luôn nỗ lực đặc biệt để

Tránh hình thành nếu có thể.

11. Tổng lượng CO2: Khuyến nghị ít hơn 10 ppm.

Chất lượng nước sản phẩm phụ thuộc rất cao vào mức độ CO2. Vui lòng tham khảo yêu cẩu của TEA

 12. Độ dẫn điện: <60S / cm

Sự đóng góp của ion hóa khử yếu đến độ dẫn của nước cấp là rất hạn chế. Tuy nhiên, một hệ thống EDI nên loại bỏ các ion hóa khử yếu. CPI hướng dẫn sử dụng dòng sản phẩm EDI. - 5 để đạt được chất lượng nước cao. Những màng phân ion hóa khử yếu này được loại bỏ bằng quá trình EDI dưới dạng các hạt ion hóa. Do đó, độ dẫn đôi khi gây nhầm lẫn như là một tham số của chất lượng  nước theo nghĩa quá trình deionization ngay cả khi nguồn cấp nước đáp ứng yêu cầu này, các yêu cầu khác như TEA, pH và CO2 tổng số phải được quan tâm.

13. Chất rắn lơ lửng: không phát hiện.

14. Màu: <5 APHA.

15. Vi khuẩn: <100 cfu / ml.

3.3 Chuẩn đoán tiêu chuẩn nước đầu vào

Các chất gây ô nhiễm quan trọng bao gồm độ cứng (canxi, magiê), chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng,vi khuẩn, kim loại hoạt tính (sắt, mangan), chất oxy hóa (clo, ozon) và silica (SiO2). Những chất gây ô nhiễm này là chủ đề nghiêm trọng đối với cuộc sống của EDI nên hệ thống nên được kiểm soát cẩn thận. Quá trình tiền xử lý được thiết kế cho một hệ thống EDI nên loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nguồn nước cấp. Yêu cầu tối thiểu được đưa ra ở trên, nhưng một thiết kế hệ thống tốt hơn sẽ làm giảm mức chất gây ô nhiễm để tăng cường hiệu suất của EDI. Clo và ozon sẽ tấn công các ion trao đổi ion và màng gây ra phân hủy các vật liệu này và dẫn đến sự thất bại của các hệ thống EDI. Sắt và các kim loại hoạt động khác có thể xúc tác quá trình oxy hóa nhựa, và có thể vĩnh viễn làm giảm khả năng của nhựa và màng trong. Iron poising đến nhựa và màng trong mô-đun EDI cũng là vấn đề nghiêm trọng hơn nhiều so với ion hỗn hợp

Thiết bị trao đổi độ cứng có thể gây ra sự giãn nở trong các mô-đun EDI. Nếu điều này xảy ra, nó sẽ xảy ra trong tập trung các buồng ở bề mặt có độ pH cao của màng, và cuối cùng một phần ngăn chặn dòng chảy tập trung, dẫn đến sưởi ấm ở những nơi tập trung dòng chảy bị chặn. Khuyến cáo mạnh mẽ là ở độ cứng 0,1-0,25 ppm, EDI có thể đạt mức hồi phục từ 90-95%; Ở độ cứng 0,25-0,5 ppm, EDI Nên được chạy ở mức hồi phục từ 90-85%; Ở độ cứng trên 0.5-1.0 ppm, EDI nên được chạy với tốc độ thu hồi thấp hơn và việc làm sạch axit định kỳ là cần thiết.

Các vấn đề về hạt, keo lá, màng sinh học và chất rắn lơ lửng đều có thể gây ra và tạp chất của màng và chất nhựa trong buồng. Lấp nước cấp các kênh sẽ làm cho một hệ thống EDI thất bại một cách dễ dàng. Chất gây ô nhiễm hữu cơ (được đo bằng TOC) có thể gây ra sự bẩn của nhựa và màng làm giảm động lực chuyển ion. Nhựa và màng xốp không hiệu quả để loại bỏ ion. Kết quả bùn đất hữu cơ làm tăng sức đề kháng , giảm chất lượng và số lượng nước.

3.4 Dòng điện trực tiếp

Việc cung cấp điện phải là một nguồn DC quy định cung cấp đủ điều kiện để bao gồm các điều kiện hoạt động điển hình, và các điều kiện tái tạo được liệt kê trong Bảng 1. Dòng điện cần được điều chỉnh và thiết lập để đạt chất lượng sản phẩm tốt nhất. Dòng điện gợn (một thành phàn của dòng điện xoay chiều) nên không quá 5%. Khi gợn quá cao, đỉnh dòng điện có thể cao hơn nhiều so với các giá trị đo được. Đỉnh dòng điện có thể gây ra sự phân hủy của màng, đối với hoạt động bình thường, có một dòng điện tối ưu (I0) để đạt được mức cao nhất chất lượng nước. Trong điều kiện hoạt động nhất định, I0 phụ thuộc vào tải ion và phụ thuộc vào nồng độ ion tổng và tốc độ dòng chảy. Ở dòng chảy thấp hơn I0, Động lực không thích hợp để di chuyển các ion từ buồng pha loãng đến khoang tập trung. Ở dòng chảy cao hơn I0, dòng quá dòng gây ra ion phân cực trên bề mặt của màng và do đó làm giảm điện trở suất sản phẩm. Về cơ bản, hiện tại tỷ lệ thuận với tổng số lượng ion loại bỏ. Chúng bao gồm tất cả ion ionizable, chẳng hạn như Na+, Ca +, Cl-, SO42-, CO2, SiO2, H +Và OH-.H+Và OH- được tạo ra bởi một quá trình được gọi là tách nước. Việc tách nước tỷ lệ phụ thuộc vào dốc điện áp địa phương và vận chuyển ion, đó là, cao hơn điện áp trên các buồng nhựa và các kênh vận chuyển ion tốt hơn sẽ dẫn đến tăng Số lượng H +Và OH-

3.5 Trạng thái vận hành ổn định

Trạng thái vận hành ổn định là trạng thái mà điện trở suất của EDI giữ ổn định trong điều kiện đã được đưa ra. Ở trạng thái ổn định, tổng số ion vào module bằng các ion tổng số thoát khỏi module.Khi điều kiện hoạt động thay đổi, một mô-đun EDI sẽ mất vài giờ để tiếp cận một trạng thái ổn định thật sự. Càng nhiều thay đổi về điều kiện hoạt động, càng có nhiều thời gian .Một môđun EDI để đạt được trạng thái ổn định mới.Nếu dòng điện được hạ xuống hoặc tải ion được nâng lên, nhựa sẽ bắt đầu hấp thụ Dư thừa ion. Trong tình huống này, ít ion hơn rời khỏi mô-đun hơn số lượng ion Đi vào mô-đun. Ngày càng trở nên mệt mỏi, và số lượng ion trong nước sản phẩm tăng lên cho đến khi đạt được trạng thái ổn định mới. Nếu dòng điện là nâng lên hoặc Tải ion được hạ xuống, nhựa sẽ mất một số ion dư thừa của chúng vào thiết bị tập trung dòng chảy, và nhiều ion sẽ được thoát khỏi mô-đun hơn ions nhập nó. Khi dòng điện được nâng lên hoặc tải ion được hạ xuống, quá trình đạt được trạng thái ổn định mới là quá trình mô-đun "tái sinh".

3.6 Nhiệt độ

Áp suất giảm phụ thuộc vào nhiệt độ chủ yếu do ảnh hưởng đến độ nhớt của nước. Áp suất mất  và độ nhớt của nước có mối quan hệ tỷ lệ. Sau bảng cho thấy độ nhớt của nước ở nhiệt độ khác nhau.

Bảng 3-2 Mối quan hệ giữa độ nhớt của nước và nhiệt độ

Nhiệt độ / ° C Độ nhớt

Khi nhiệt độ tăng lên, điện trở của ngăn xếp sẽ giảm

2% cho mỗi độ C. Điều này sẽ không ảnh hưởng đến dòng điện tối ưu, nhưng ảnh hưởng đến

Liên quan đến điện áp.Khi nhiệt độ trên 35 ° C, chất lượng sản phẩm có thể giảm do tăng  CPI hướng dẫn sử dụng dòng sản phẩm EDI. - số 8 -Ion "rò rỉ". Điều này là do sự hấp phụ của các ion vào ion trong trao đổi nhựa. Ngoài ra, các giá trị cho điện trở suất từ ​​một bù đồng hồ đo điện trở suất không chính xác ở nhiệt độ trên 35 ° C. Khi nhiệt độ dưới 15 ° C, tốc độ khuếch tán ion qua màng sẽ trở nên chậm hơn theo cấp số nhân và chất lượng nước sản phẩm sẽ giảm xuống. Ở nhiệt độ rất thấp, sẽ cần một dòng điện cao hơn để giữ chất lượng nước sản phẩm. Các bài đọc cho điện trở suất từ ​​một máy đo điện trở suất bù được ít chính xác hơn tại nhiệt độ dưới 15 ° C. Như đã đề cập ở trên, một máy đo công suất phản kháng bình thường được hiệu chỉnh đến nhiệt độ tiêu chuẩn, thường là 25 ° C. Sự điều chỉnh này xuất phát từ việc kéo các yếu tố không liên quan. Một là tính di động cao hơn của các ion tạp chất trong nước và một là cao hơn

Nồng độ H + Và OH- tại nhiệt độ cao hơn. Bởi vì hai yếu tố không phải là liên quan và có đặc điểm riêng của nó, việc sửa chữa thường là khó khăn. Nói chung, việc điều chỉnh điện trở suất với nhiệt độ cực đại cho nước là 5-7% cho mỗi độ C. Người ta cũng biết rằng điện trở suất của nước siêu nóng là khó đo lường nhất. Cũng cần biết rằng điện trở suất không bồi hoàn của nước tinh khiết lý tưởng tại nhiệt độ khác nhau. Mối quan hệ như sau.

Bảng 3.3 Mối quan hệ giữa điện trở suát và nhiệt độ

3.7 Điều khiển dòng chảy và áp suất

Tải lượng Ion phụ thuộc vào tốc độ sản xuất và tổng lượng ion cô đặc/ tập trung .Lượng ion tập trung và dòng điện là hai yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước sản phẩm. Đối với chất lượng nước mục tiêu được chỉ định cụ thể, tải ion nhiều hơn vào EDI, dòng điện sẽ là cần thiết. Tuy nhiên, khi tốc độ dòng chảy quá cao, dòng nước sẽ Không có đủ thời gian trong buồng pha loãng, dẫn đến điện trở suất thấp hơn nước sản phẩm. Khi điều này xảy ra, chất lượng nước sản phẩm sẽ không đạt dãy cao. Mặc dù dòng điện DC đang tăng lên tương ứng.Tốc độ dòng chảy cũng giới hạn đối với mô-đun EDI do áp lực giảm xuống khoang. khi tốc độ dòng chảy quá cao, áp lực giảm xuống các buồng có thể là quá cao cho hoạt động bình thường. Tốc độ dòng chảy cũng không nên quá thấp, bởi vì dòng chảy tập trung thấp hơn có thể tăng khả năng nhân rộng, và lưu lượng thấp có thể dẫn đến sự tích tụ nhiệt trong Mô đun EDI. Để đảm bảo không có sự gia tăng áp lực giảm do các mảnh vỡ; Nước đầu vào phải được lọc tốt cho tất cả ba cửa hút.Trong một mô-đun EDI, nước có thể đi qua các màng và các nguyên nhân gây ra rò rỉ. Nếu rò rỉ là từ dòng nước cô đặc hoặc chất điện phân vào sản phẩm thì điện trở suất của sản  phẩm sẽ bị ảnh hưởng. Để đảm bảo rò rỉ bên trong không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, sản phẩm ra phải có áp suất cao hơn tập trung hoặc các chất điện phân, đặc biệt ở các outlet ( đầu ra hoặc van xả). Bằng cách này, bất kỳ nội bộ rò rỉ sẽ làm loãng dòng nước đậm đặc chứ không phải thêm ion vào sản phẩmsuối. Không có áp suất ngược áp dụng cho lối thoát dòng điện phân, và nó nên được thiết kế với đường ống đủ lớn và chạy đủ ngắn để thực hiện việc này.  Cần phải lắp đặt ống cấp khí đốt ngoài trời.

3.8 Bảo vệ và kiểm soát hệ thống

Để bảo vệ mô-đun EDI và đảm bảo tuổi thọ dài, một số bảo vệ hệ thống là cần thiết.Việc xử lý trước một hệ thống EDI là vô cùng quan trọng. Tuổi thọ module, module hoạt động và bảo trì mô-đun đều phụ thuộc vào các tạp chất trong nước cấp.Tần suất làm sạch mô-đun được giảm thiểu bằng cách cung cấp tiền xử lý tốt hơn cho EDI, và điều này cũng quan trọng đối với hoạt động EDI dài hạn.Một sơ đồ P & I điển hình được đính kèm với sách hướng dẫn này. Đây là những thiết kế cơ bản Hướng dẫn tích hợp hệ thống, và những điều này phải được tuân thủ. Hầu hết các thiệt hại nghiêm trọng xảy ra là bật máy có nguồn điện cho mô-đun mà không có dòng nước. Khi điều này xảy ra, nhiệt sẽ tích lũy trong các module EDI, và nhiệt độ cao sẽ làm tan chảy chất nhựa, màng và khung, dẫn đến thiệt hại không thể đảo ngược được đối với EDIMô-đun. Để tránh vấn đề này, các phép đo và cảnh báo quan trọng là:

1. Lưu lượng điện giải trên mức tối thiểu

2. Dòng chảy tập trung trên mức tối thiểu

3. Lưu lượng sản phẩm trên mức tối thiểu

4. Chuẩn bị trước tất cả hoạt động bình thường

5. Không tích tụ khí trong mô đun

Để đảm bảo những điều này, thiết bị chuyển mạch dòng chảy phải được áp dụng cho mỗi dòng chảy, và công suất DC phải dừng lại khi bất kỳ dòng nào nằm dưới mức kiểm soát. Máy đo áp suất được sử dụng để đo áp suất hoạt động của các dòng EDI. Thử nghiệm theo PP cocks được áp dụng để lấy mẫu nước từ cả sản phẩm và tập trung dòng. Đo lưu lượng, giám sát điện trở suất cũng phải được áp dụng để hiểu hoạt động của các hệ thống EDI. Bảng điều khiển điện nên bao gồm khởi động, vận hành bằng tay, nguồn điện và các chức năng vận hành cần thiết khác như trong sơ đồ P & I.Khi hệ thống RO dừng lại và khởi động lại, độ dẫn của RO thời điểm những phút đầu thường rất cao và cần được chuyển hướng từ nguồn nước cấp một hệ thống EDI cho đến khi đạt được chất lượng dẫn ban đầu.Van giảm áp là một bảo vệ chung chống lại quá trình xử lý tiền xử lý Áp lực biến động. Các EDI tập trung có thể được chuyển hướng đến nguồn cấp dữ liệu RO hoặc nó có thể được lấy lại để sử dụng khác, hoặc gửi đến cống. Dòng điện phân EDI có thể cũng được chuyển ngược lại nguồn cấp dữ liệu RO, nhưng Clo trong chất điện phân phải được giảm bằng than hoạt tính hoặc bằng cách thêm các chất khử mỡ,chẳng hạn như NaHSO3. Khí ga phải được áp dụng cho dòng điện phân ngay sau khi thoát ra

CPI hướng dẫn sử dụng dòng sản phẩm EDI. - 11 -Giải phóng khí vào không khí ngoài trời. Khí từ điện phân của nước và muối hòa tan là Cl2, H2, và O2. Chúng phải được thông hơi an toàn. Đây là trách nhiệm của nhà tích hợp hệ thống và khách hàng để đảm bảo sự an toàn của một hệ thống EDI

3.9 Thiết kế với nhiều mô-đun

Nhiều mô-đun có thể được cài đặt trong một skid song song để đạt được một hệ thống cao hơn. Dòng chảy, đầu vào, tập trung, và chất điện phân có thể được phân chia thành đầu vào nhiều. Mô-đun với một hệ thống đường ống đơn. Tuy nhiên, thiết kế đa dạng nên là như vậy. Rằng tất cả các mô-đun thấy cùng áp lực đầu vào và do đó tỷ lệ dòng chảy thức ăn giống nhau.

Khi có thể, đa tạp phải đối xứng. Các ống dẫn đa dạng nên được hơi quá lớn để giảm thiểu áp lực giảm trong đa tạp. Lý tưởng nhất là các thiết bị chuyển mạch dòng chảy có thể được cài đặt ở mỗi mô đun để cảnh báo , nhưng thực tế một chuyển mạch duy nhất có thể được sử dụng trong mỗi ba nguồn đầu vào chính cho Module Skid

Nguồn điện có thể được áp dụng song song. Một nguồn điện DC hoặc bộ chỉnh lưu với kiểm soát dòng điện có thể hoạt động nhiều mô-đun song song. Tuy nhiên, nó được khuyến cáo nguồn cung cấp điện là trên một từ một đến một cơ sở để mỗi mô-đun có thể được chạy ở điều kiện tối ưu. Với nhiều mô đun gắn liền với một nguồn điện duy nhất dòng điện cho mỗi mô-đun có thể khác nhau và như vậy có thể không chạy ở điều kiện tối ưu.

Công ty TNHH Công nghệ môi trường An Thy là nhà tư vấn, thiết kế, cung cấp và thi công hàng đầu về hệ thống EDI. Để biết thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ đến số hotline của chúng tôi.

By Hà Lin - Anthy Environment