1. Definicja EDI i CEDI
EDI: pełna nazwa Elektrodejonizacja, angielskie tłumaczenie słowa elektrodejonizacja, znanego również jako technologia ciągłej elektrodejonizacji.
W istocie integruje technologię elektrodializy i technologię wymiany jonowej. Poprzez selektywną permeację kationów i anionów przez membrany kationowe i anionowe oraz wymianę jonów w wodzie przez żywice jonowymienne, kierunkowa migracja jonów w wodzie jest osiągana pod wpływem pól elektrycznych, osiągając w ten sposób głębokie oczyszczanie i odsalanie wody oraz ciągłą regenerację obciążonej żywicy poprzez jony wodoru i jony wodorotlenowe wytwarzane przez elektrolizę wody.
CEDI: pełna nazwa Continuous Electrodeionization, angielskie tłumaczenie technologii ciągłej elektrodejonizacji.
Zasada działania jest podobna do EDI, ale w przeciwieństwie do ogólnego EDI, CEDI wypełnia żywicami jonowymiennymi również skoncentrowaną komorę wodną (nawet skrajną komorę wodną).
Biorąc pod uwagę powyższe różnice, CEDI nie wymaga skoncentrowanej cyrkulacji wody (ani procesu ponownego wykorzystania procesu front-end refluksowego) i jest udoskonaloną wersją EDI.
2. Różnice pomiędzy systemami EDI i CEDI
Z powyższych podstawowych definicji możemy wywnioskować, że struktury EDI i CEDI są zasadniczo takie same, z wyjątkiem wypełnienia komory wody skoncentrowanej i komory wody ekstremalnej (nie wszystkie CEDI). Technologia ta opiera się zasadniczo na technologii elektrodializy i wymiany jonowej.
Podstawowa struktura EDI i CEDI jest w zasadzie taka sama jak w elektrodializie (ED), z grupami komór z wodą słodką i komorami z wodą skoncentrowaną umieszczonymi w środku oraz skrajnymi komorami z wodą po każdej stronie.
Wśród nich system EDI głównie wypełnia żywicę jonowymienną w komorze wody słodkiej w celu całkowitego odsalania i regeneracji. Struktura jest następująca:
CEDI wypełnia żywicą jonowymienną nie tylko komorę z wodą słodką, ale także komorę z wodą skoncentrowaną, a nawet komorę z wodą polarną (technologia powszechnie znana jako technologia całkowitego wypełniania żywicą).
Na podstawie powyższych różnic w strukturze EDI i CEDI, różnice między nimi można pokrótce podsumować w następujący sposób:
| Systemy EDI | Systemy CEDI | Systemy CEDI | |
| Typowa seria | Seria E-CELL-MK (Suez/Veolia) | Seria E-CELL-3X (Suez/Veolia) | seria ionpure-LXM (Yihua, dawniej Siemens) |
| Komora wodna skoncentrowana | Wypełnione rafinowaną solą (NaCl o wysokiej czystości), opór grupy membran jest zmniejszany przez cyrkulację solanki; przewodność skoncentrowanej wody wynosi od 200-400μs/cm | Wypełnione żywicą jonowymienną, opór grupy membran jest zmniejszony przez wymianę jonową, a skoncentrowana cyrkulacja wody nie jest wymagana; przewodnictwo skoncentrowanej wody wynosi od 20-100μs/cm | Wypełnione żywicą jonowymienną, wartość rezystancji grupy membran jest zmniejszona przez wymianę jonową, a skoncentrowana cyrkulacja wody nie jest wymagana; przewodnictwo skoncentrowanej wody wynosi od 20-100μs/cm |
| Komora wodna słupowa | 1-2% wody na biegunach jest odprowadzane; woda na biegunach anodowych wytwarza chlor, a woda na biegunach katodowych wytwarza wodór i tlen. | Występuje zrzut wody z biegunów; woda z biegunów anodowych wytwarza chlor, a woda z biegunów katodowych wytwarza wodór i tlen. | Nie ma zrzutu wody z bieguna |
| Rurociąg | 6 wlotów i wylotów (komora czystej wody, komora skoncentrowanej wody, komora wody biegunowej); komora skoncentrowanej wody wymaga pompy obiegowej, aby powrócić | 5 wlotów i wylotów (komora z wodą świeżą i komora z wodą biegunową współdzielą wlot); komora z wodą skoncentrowaną nie wymaga pompy obiegowej, aby powrócić | 4 wloty i wyloty; komora ze skoncentrowaną wodą nie wymaga pompy obiegowej do powrotu |
| Recykling | Skoncentrowana woda powraca do zbiornika wody wstępnego oczyszczania; woda z biegunów musi zostać zebrana i przetworzona lub odprowadzona przez otwarty rurociąg | Skoncentrowana woda powraca do zbiornika wody wstępnego oczyszczania lub zbiornika wody pośredniej; woda z biegunów musi zostać zebrana i przetworzona lub odprowadzona przez otwarty rurociąg | Koncentrat powraca do zbiornika wstępnego oczyszczania lub zbiornika pośredniego (dwustopniowy system odwróconej osmozy, możliwy jest również powrót do zbiornika odwróconej osmozy pierwszego stopnia) |
| Inni | Współdzielony moduł zasilania, awaria pojedynczego modułu może łatwo spowodować wyłączenie systemu, wymagane jest sterowanie programem PLC. | Niezależny moduł zasilania, awaria modułu azotowego nie wpływa na działanie pozostałych modułów, sterowanie programem jest proste. | Niezależny moduł zasilania, awaria modułu azotowego nie wpływa na działanie pozostałych modułów, sterowanie programem jest proste. |
W rzeczywistości pełna nazwa angielska wskazuje, że granica między EDI i CEDI jest bardzo niejasna.
Sama koncepcja CEDI ma znaczenie komercyjne (ionpure jest twórcą zastosowania technologii EDI w 1987 r., ale późniejszy udział w rynku jest znacznie mniejszy niż serii E-cell firmy Suez).
Technologia serii LXM jest z pewnością lepsza od serii MK (obieg koncentratu), ale jej cena jest również stosunkowo wysoka. Aby odzwierciedlić odpowiednią lukę techniczną, powstała nazwa CEDI, a przed Electrodeionization dodano Continuous, aby odzwierciedlić wygodniejszą i ciągłą rolę.
Jednak efekt reklamowy nie jest tak dobry, jak oczekiwał Siemens (spółka macierzysta ionpure). Wszyscy są do tego przyzwyczajeni, więc niewiele osób dostrzega różnicę między nimi. Poza nieco kłopotliwą instalacją, nie ma prawie żadnej różnicy w jakości wody, a wydajność kosztowa konkurenta jest wyższa.
Z czasem nazwa CEDI została nawet zasymilowana. Na świecie istnieje tylko proces EDI, a niewiele osób podkreśla różnicę między CEDI a technologią EDI. Nikt nie mówi, że proces EDI w technologii uzdatniania wody zdecydowanie nie jest technologią CEDI, a niewiele osób osobno wskaże, że jest to technologia CEDI.
Później E-CELL wprowadził na rynek moduł EDI trzeciej generacji -3X series, który również wypełnił żywicą komorę wody skoncentrowanej, ale nie komorę wody polarnej. Ludzie nie podkreślali, że była to technologia CEDI, ale mówili tylko, że była używana głównie do przemysłowego ciągłego odsalania.
W tej chwili moje serce jest w rozsypce. Ściśle rzecz biorąc, seria -3X jest niewątpliwie ulepszeniem serii MK, ale jeśli opiera się na definicji CEDI promowanej przez ionpure, to oczywiście nadal istnieje różnica.
3. Czynniki wpływające i środki kontroli EDI/CEDI
1. Wpływ przewodności wody wlotowej
Przy takim samym prądzie roboczym, wraz ze wzrostem przewodności surowej wody, zmniejsza się szybkość usuwania EDI słabych elektrolitów, a przewodność wody odpływowej również wzrasta.
Jeżeli przewodność surowej wody jest niska, zawartość jonów również jest niska, a niskie stężenie jonów powoduje, że gradient siły elektromotorycznej powstający na powierzchni żywicy i membrany w komorze świeżej wody jest również duży, co skutkuje zwiększonym stopniem dysocjacji wody, wzrostem prądu granicznego i dużą liczbą jonów H+ i OH-, dzięki czemu efekt regeneracji żywicy anionowymiennej i kationowymiennej wypełnionej komorą świeżej wody jest dobry.
W związku z tym konieczne jest kontrolowanie przewodności wody wlotowej tak, aby przewodność wody wlotowej EDI wynosiła mniej niż 40 us/cm, co może zapewnić odpowiednią przewodność wody odpływowej i usuwanie słabych elektrolitów.
2. Wpływ napięcia i prądu roboczego
W miarę zwiększania prądu roboczego jakość produkowanej wody ulega ciągłej poprawie.
Jednakże, jeśli prąd jest zwiększany po osiągnięciu najwyższego punktu, z powodu nadmiernej ilości jonów H+ i OH- wytwarzanych przez jonizację wody, oprócz wykorzystania do regeneracji żywicy, duża liczba nadmiarowych jonów działa jako jony nośne do przewodzenia. Jednocześnie, z powodu gromadzenia się i blokowania dużej liczby jonów nośnych podczas ruchu, występuje nawet odwrotna dyfuzja, co powoduje obniżenie jakości produkowanej wody.
Dlatego konieczne jest dobranie odpowiedniego napięcia i prądu roboczego.
3. Wpływ mętności i wskaźnika zanieczyszczenia (SDI)
Kanał produkcji wody komponentu EDI jest wypełniony żywicą jonowymienną. Nadmierne zmętnienie i wskaźnik zanieczyszczenia zablokują kanał, powodując wzrost różnicy ciśnień w systemie i zmniejszenie produkcji wody.
W związku z tym konieczne jest odpowiednie wstępne oczyszczenie, a ścieki pochodzące z odwróconej osmozy (RO) zazwyczaj spełniają wymagania wlotowe EDI.
4. Wpływ twardości
Jeśli twardość resztkowa wody wlotowej do EDI jest zbyt wysoka, powoduje to tworzenie się kamienia na powierzchni membrany kanału wody skoncentrowanej, zmniejsza szybkość przepływu wody skoncentrowanej, obniża rezystywność produkowanej wody, wpływa na jakość produkowanej wody, a w poważnych przypadkach blokuje kanały przepływu wody skoncentrowanej i wody polarnej w komponencie, powodując zniszczenie komponentu z powodu wewnętrznego nagrzania.
Usuwanie CO2 można połączyć z zmiękczaniem wody wlotowej RO i dodawaniem alkaliów; gdy zawartość soli w wodzie wlotowej jest wysoka, w celu dostosowania twardości można zastosować pierwszy etap odwróconej osmozy (RO) lub nanofiltracji w połączeniu z odsalaniem.
5. Wpływ TOC (całkowitego węgla organicznego)
Jeśli zawartość substancji organicznych w wodzie wlotowej jest zbyt wysoka, spowoduje to zanieczyszczenie organiczne żywicy i selektywnej membrany przepuszczalnej, co spowoduje wzrost napięcia roboczego systemu i obniżenie jakości produkowanej wody. Jednocześnie łatwo jest również tworzyć koloidy organiczne w skoncentrowanym kanale wodnym i blokować kanał.
Dlatego też podczas leczenia można je połączyć z innymi wymaganiami wskaźnikowymi, aby dodać pierwszy etap R0 w celu spełnienia wymagań.
6. Wpływ jonów metali, takich jak Fe i Mn
Jony metali, takie jak Fe i Mn, mogą powodować „zatrucie” żywicy, a „zatrucie” żywicy metalami może powodować szybkie pogorszenie jakości ścieków EDI, zwłaszcza szybki spadek szybkości usuwania krzemu. Ponadto, utleniający efekt katalityczny metali o zmiennej wartościowości na żywice jonowymienne może powodować trwałe uszkodzenie żywicy.
Mówiąc ogólnie, zawartość Fe w wodzie wlotowej EDI jest kontrolowana tak, aby podczas pracy wynosiła mniej niż 0,01 mg/l.
7. Wpływ CO2 w wodzie dopływającej
HCO3- powstający w wyniku działania CO2 w wodzie dopływowej jest słabym elektrolitem, który może łatwo przenikać przez warstwę żywicy jonowymiennej i powodować pogorszenie jakości wody produkcyjnej.
Można go usunąć za pomocą wieży odgazowującej zanim dostanie się do środka woda.
8. Wpływ całkowitej zawartości anionów (TEA)
Wysokie TEA zmniejszy rezystywność wody produkowanej przez EDI lub będzie wymagało zwiększenia prądu roboczego EDI, a nadmierne natężenie prądu roboczego doprowadzi do zwiększenia natężenia prądu w systemie i wzrostu stężenia resztkowego chloru w wodzie elektrodowej (CEDI nie ma problemu z resztkowym chlorem, ale kompleksowy wpływ nadmiernego TEA na system jest obiektywnie obecny. W dziedzinie elektroniki proces CEDI jest często uzupełniany silnym alkalicznym procesem żywicy anionowymiennej), co nie jest korzystne dla żywotności membrany elektrody.
Oprócz 8 powyższych czynników, na działanie systemu EDI wpływają także temperatura wody wlotowej, wartość pH, SiO2 i tlenki.