Electrodialysis – EDI

Was ist EDI?

Bei der Herstellung von Reinstwasser wird traditionell eine Kombination aus Membrantrenn- und Ionenaustauschverfahren verwendet. EDI ist ein Verfahren, das semi-undurchlässige Membrantechnologie mit Ionenaustauschermedien kombiniert, um einen hocheffizienten Demineralisierungsprozess bereitzustellen.
Elektrodialyse verwendet elektrischen Strom und speziell hergestellte Membranen, die für Ionen basierend auf ihrer Ladung, ihrem elektrischen Strom und ihrer Fähigkeit, die Ionen basierend auf ihrer Ladung zu reduzieren, halbdurchlässig sind. Durch Elektrodialyse transportiert und trennt ein elektrisches Potential geladene wässrige Spezies. Der elektrische Strom wird verwendet, um das Harz kontinuierlich zu regenerieren, wodurch die Notwendigkeit einer periodischen Regeneration entfällt.

Das EDI-Verfahren erzeugt industrielles Prozesswasser von sehr hoher Reinheit, wobei weniger als 95 % der chemischen Produkte verwendet werden, die in den herkömmlichen Ionenaustauschprozessen verwendet werden. Mit EDI-System ersetzen Membranen und Strom die Millionen Gallonen an Säuren und ätzenden Chemikalien, die die alten Prozesse täglich erforderten.

Wie funktioniert es?

Ein EDI-Stack hat den Grundaufbau einer Deionisationskammer. Die Kammer enthält ein Ionenaustauscherharz, das zwischen einer Kationenaustauschermembran und einer Anionenaustauschermembran gepackt ist. Nur die Ionen können die Membran passieren, das Wasser wird blockiert.
Wenn die Strömung in die mit Harz gefüllte Verdünnungskammer eintritt, werden mehrere Prozesse in Gang gesetzt. Starke Ionen werden durch die Mischbettharze aus dem Feedstrom gespült. Unter dem Einfluss des starken Gleichstromfeldes, das über den Komponentenstapel angelegt wird, werden geladene Ionen vom Harz abgezogen und zu den jeweiligen entgegengesetzt geladenen Elektroden gezogen. Auf diese Weise werden diese geladenen starken Ionen-Spezies kontinuierlich entfernt und in die angrenzenden Konzentrationskompartimente übertragen.
Auf dem Weg zur Membran können die Ionen die Konzentrationskammer passieren (siehe Abbildung), aber sie können die Elektrode nicht erreichen. Sie werden durch die angrenzende Membran blockiert, die ein Harz mit der gleichen Ladung enthält.

Wenn die starken Ionen aus dem Prozessstrom entfernt werden, wird die Leitfähigkeit des Stroms ziemlich niedrig. Das starke angelegte elektrische Potential spaltet Wasser an der Oberfläche der Harzkügelchen, wodurch Wasserstoff und Hydroxylionen entstehen. Diese wirken als kontinuierliche Regeneriermittel des Ionenaustauscherharzes. Diese regenerierten Harze ermöglichen die Ionisierung neutraler oder schwach ionisierter wässriger Spezies wie Kohlendioxid oder Siliciumdioxid. Auf die Ionisierung folgt die Entfernung durch den Gleichstrom und die Ionenaustauschermembranen.

Die im Harz in Wasserstoff- oder Hydroxidform zur Entfernung schwach ionisierter Verbindungen auftretenden Ionisationsreaktionen sind nachfolgend aufgeführt:

Anwendungen

EDI ist für jede Anwendung nützlich, die eine konstante und wirtschaftliche Entfernung von Wasserverunreinigungen ohne Verwendung gefährlicher Chemikalien erfordert. Einige Beispiele sind:

• Wiederverwendung von Restwasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie
• Chemische Produktion
• Biotechnologie
• Elektronik
• Kosmetik
• Labors
• Pharmazeutische Industrie
• Kesselspeisewasser
• Reduktion von ionisierbarem SiO₂ und TOC (total organic carbon)

Seit der Installation arbeiten EDI-Einheiten ziemlich zuverlässig und versorgen die Kunden mit hochreinem Produktionswasser entweder für die Kesselspeisung von Kraftwerken oder für Mikrochip-Spülwasser. Das produzierte Wasser hat die Spezifikationen für hochreines Wasser des Kunden erfüllt oder übertroffen. Darüber hinaus wurde die Produktqualität vollständig wiederhergestellt, wenn eine Reinigung mit verdünntem Strom aufgrund von Fouling erforderlich war.

Vorteile

Als Ersatz für den traditionelleren Ionenaustauschprozess bringt EDI Fortschritte sowohl bei den Energie- als auch bei den Betriebskosten für die Reinstwasseraufbereitungsanlage. Durch den Wegfall der periodischen Regenerationserfordernisse von Ionenaustauscherharz werden auch Umweltvorteile realisiert, indem die Handhabung und Verarbeitung von sauren und ätzenden Chemikalien vermieden wird, die an den Standort gebracht werden.

Einige der Vorteile des EDI gegenüber den herkömmlichen Systemen des Ionenaustauschs sind:

• Einfache und kontinuierliche Bedienung
• Chemikalien zur Regeneration komplett eliminiert
• Kostengünstiger Betrieb und Wartung
• Geringer Stromverbrauch
• Keine Umweltverschmutzung, Sicherheit und Zuverlässigkeit
• Es erfordert nur sehr wenige automatische Ventile oder komplexe Steuersequenzen, die von einem Bediener überwacht werden müssen
• Es braucht wenig Platz
• Es produziert hochreines Wasser in einem konstanten Fluss
• Es bietet eine vollständige Entfernung von gelösten anorganischen Partikeln
• In Kombination mit einer Umkehrosmose-Vorbehandlung entfernt es mehr als 99,9 % der Ionen aus dem Wasser

Nachteile

• EDI kann nicht für Wasser mit einer Härte von mehr als 1 verwendet werden, da das Kalziumkarbonat in der Kamera des konzentrierten Wassers einen Schorf bilden würde, was den Betrieb einschränkt
• Es erfordert eine Reinigungsvorbehandlung
• Kohlendioxid geht ungehindert durch eine RO-Membran, dissoziiert und erhöht die Leitfähigkeit von Wasser. Jegliche ionische Spezies, die aus dem Kohlendioxidgas gebildet wird, verringert den Auslasswiderstand des durch EDI produzierten Wassers. Der Umgang mit CO₂ in Wasser wird typischerweise auf eine oder zwei Arten gehandhabt: Der pH-Wert des Wassers kann so eingestellt werden, dass die RO-Membran die ionischen Spezies zurückweisen kann, oder das Kohlendioxid kann aus dem Wasser entfernt werden Wasser mit einem Strip-Gas.

Mehr Infos zu  EDI Einheiten

Verwandte Technologien

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Umkehrosmose