Elektrodeionisation (EDI)

Was ist EDI?

In der Produktion von hochreinem Wasser wird traditionellerweise eine Kombination aus Membran-Trennmethoden und Ionenaustausch verwendet. EDI ist ein Prozess, der die Technologie von Semi-permeablen Membranen mit Ionenaustauschermedien kombiniert um einen hoch effizienten Entsalzungsprozess zu erhalten. Bei der Elektrodialyse wird ein elektrischer Strom angelegt und speziell preparierte semi-permeable Membranen verwendet, die Ionen entsprechend Ihrer Ladung zurückhalten können. Bei der Elektrodialyse werden gelöste, geladene Spezies durch eine elektrische Potentialdifferenz transportiert und getrennt. Der elektrische Strom wird dazu verwendet, das Harz kontinuierlich zu regenerieren, was die Notwendigkeit zur periodischen Regeneration eliminiert.

Mit EDI werden hochreine Prozesswasser hergestellt, wobei 95% weniger Chemikalien als beim konventionellen Ionenaustausch eingesetzt werden müssen. Beim EDI werden die für IX benötigte Säuren und Laugen quasi durch spezielle Membranen und Elektrizität ersetzt.

Wie funktioniert EDI?

Eine EDI-Kammer hat im Prinzip denselben Aufbau wie eine Deionisationskammer. Diese Kammer beinhaltet ein Ionenaustauscherharz, das zwischen einer Kationenaustauscher- und einer Anionenaustauschermembran liegt. Durch die Membran können nur die Ionen gelangen, das Wasser wird zurückgehalten.

Wenn der Wasserfluss den mit Harz gefüllten Teil betritt, werden mehrere Prozesse in Gang gesetzt. Starke Ionen werden mittels des Mischbetts aus dem Speisestrom entfernt. Unter dem Einfluss des angelegten starken elektrischen Feldes werden geladene Ionen aus dem Harz und in Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode gezogen. Auf diese Weise werden geladene Spezies kontinuierlich entfernt und in die angrenzenden Kammern gebracht. Passieren die Ionen die Membran, so können sie durch die Konzentrationskammer gelangen (siehe Abbildung), doch sie können die Elektrode nicht erreichen. Dies wird durch die angrenzende Membran verhindert, die ein Ionenaustauscherharz mit der selben Ladung beinhaltet.

Wenn die starken Ionen aus dem Prozesswasser entfernt werden, verringert sich dessen Leitfähigkeit stark. Das starke elektrische Potential spaltet das Wasser auf der Oberfläche des Harzes, was Wasserstoff- und Hydroxylionen produziert. Diese fungieren als kontinuierliche Regenerationsmittel des Ionenaustauscherharzes. Das regenerierte Harz kann nun neutrale oder nur schwach geladene gelöste Ionen, wie zum Beispiel Kohldendioxid oder Silikate, ionisieren. Somit können diese direkt durch den angelegten elektrischen Strom und die Membran entfernt werden.

Die mit den Wasserstoff- und Hydroxidionen stattfindenden Ion-isationsreaktionen zur Entfernung schwach geladener / neutraler Spezies im Harz sind die Folgenden:

CO₂ + OH^- ==> HCO₃^-
HCO₃^- + OH^- ==> CO₃^2-
SiO₂ + OH^- ==> HSiO₃^-
H₃BO₃ + OH^- ==> B(OH)₄^-
NH₃ + H⁺ ==> NH₄⁺

Anwendungen

EDI kann für alle Anwendungen verwendet werden, die einen konstante, ökonomische und chemikalienfreie Entfernung von Verunreinigungen aus dem Wasser verlangt. Einige Beispiele sind:

• Wiederverwendung von Restwasser in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie
• Chemische Produktion
• Biotechnologie
• Elektronik
• Kosmetik
• Laboratorien
• Pharmazeutische Industrie
• Boiler Speisewasser
• Reduktion von ionisierbarem SiO₂ und TOC (Gesamter organischer Kohlenstoff)

EDI-Anlagen arbeiten sehr zuverlässig und versorgen den Kunden mit hochreinem Wasser für das Boiler-Speisewasser in einem Kraftwerk oder Spülwasser für Mikrochips. Das produzierte Wasser (über-)trifft in jedem Fall die Anforderungen an das hochreine Prozesswasser. Ist eine Dampfreinigung aufgrund von Fouling erforderlich, so kann die Qualität des Produktes nach der Reinigung wieder komplett erreicht werden.

Vorteile

Als Ersatz für die konventionelle Ionenaustauscher-Technologie bringt EDI Vorteile in den Betriebskosten zur Produktion hochreinen Wassers. Da die periodische Regeneration des Austauscherharzes entfällt, entstehen außerdem umwelttechnische Vorteile aufgrund der Chemikalienersparnis. Weitere Vorteile sind:

• Einfacher und kontinuierlicher Betrieb

• Chemikalien zur Regeneration entfallen komplett

• Kosteneffektiver Betrieb und Instandhaltung

• Geringer Energieverbrauch

• Hinterläßt keine Verunreinigungen, ungefährlicher und zuverlässiger Betrieb

• Wenige automatische Ventile oder komplexe Kontrollsequenzen notwendig, die einer Überwachung bedürfen würden

• Geringer Platzbedarf

• Produktion von hochreinem Wasser bei konstantem Wasserfluss

• Komplette Entfernung gelöster anorganischer Partikel

• Kombiniert mit Umkehrosmose als Vorbehandlung können mehr als 99,9% der Ionen aus dem Wasser entfernt werden.

Nachteile

• EDI kann bei einer Wasserhärte oberhalb von 1 nicht verwendet werden, da Kalziumkarbonat eine Kruste auf der Konzentratkammer bilden würde, die den Betrieb behindert

• Es erfordert reinigende Vorbehandlungsmaßnahmen

• Kohlendioxid kann frei durch die Umkehrosmosemembranen wandern, dissoziieren und die Leitfähigkeit des Wassers erhöhen. Jede ionische Spezies, die von dem Kohlendioxidgas gebildet wird, erniedrigt den Widerstand des von der EDI produzierten Wassers. Kohlendioxid kann jedoch entweder durch Anpassung des pH-Wertes, was den Umkehrosmoseanlagen die Entfernung ermöglicht, oder durch Ausstrippung entfernt werden.

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