Szukasz systemu uzdatniania wody? Sprawdź produkty dostępne w sklepie internetowym lub napisz do eksperta!


Coraz częściej w energetyce oraz wielu gałęziach przemysłu wymagana jest woda zdemineralizowana o bardzo wysokich parametrach jakościowych, zwana także wodą ultraczystą. Taką jest w stanie zapewnić stosunkowo nowa metoda w postaci elektrodejonizacji (EDI). Na czym polega? Jakie są wady i zalety elektrodejonzacji?

Czym jest elektrodejonizacja (EDI)?

Elektrodejonizacja wody (EDI) jest w pełni zautomatyzowaną, nowoczesną, przyjazną środowisku technologią uzdatniania wody. Proces uznawany jest za stabilny oraz niezawodny, a jego głównym zadaniem jest dejonizacja wody, która zachodzi przy użyciu prądu elektrycznego, a także wymiany jonowej na konwencjonalnych żywicach jonowymiennych. Obecnie EDI jest uznawana za jedną z najbardziej obiecujących metod końcowej demineralizacji wody. Metoda jest stale dopracowywana ze względu na poszukiwanie rozwiązań obniżających koszty inwestycyjne, zwiększających trwałość urządzeń, usprawnienie ekonomiki procesu doczyszczania wody. Eksperci przewidują, że elektrodejonizacja będzie coraz częściej stosowana w sektorze przemysłowym i energetyce.

Badania i testy nad elektrodejonizacją są prowadzone już od niemal 60 lat. Swoje miejsce w zakładach przemysłowych znalazły jednak dopiero pod koniec lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, natomiast w energetyce zaczęły funkcjonować dopiero po 2000 roku. Najczęściej wykorzystywane są instalacje o niewielkich wydajnościach – od kilku do kilkunastu m3/h.

Dokładnie rzecz ujmując, elektrodejonizacja jest kombinacją dwóch już wcześniej stosowanych metod uzdatniania wody:

  • Elektrodializy (ED)
  • Demineralizacji na złożach jonitowych (DI)

Układ wykorzystujący obie metody pozwolił na wyeliminowanie ich największych wad. Elektroliza wiązała się z dużym zużyciem energii elektrycznej, a także stosunkowo niską jakością produktu końcowego. Z kolei zastosowanie jonitów przyczyniało się do potrzeby wykorzystania reagentów chemicznych i produkcji agresywnych ścieków. EDI eliminuje wady obu metod, przez co można śmiało stwierdzić, że jej zastosowanie pozwala uzyskać wodę o przede wszystkim stałych i wysokich parametrach jakościowych. Do tego odbywa się to bez zastosowania chemikaliów, przy niedużym zużyciu energii elektrycznej.

Jak zbudowana jest elektrodejonizacja (EDI)?

Zestaw elektrodejonizacji posiada podstawową strukturę systemów używanych w procesie dejonizacji. Zawiera ona żywicę jonowymienną, która znajduje się między membraną kationo-wymienną oraz membraną aniono-wymienną. Przez membrany mogą przechodzić wyłącznie jony. Woda jest zatrzymywana.

System elektrodejonizacji składa się z modułów. Każdy z nich jest niewielkim, kompaktowym urządzeniem o wydajności od kilkudziesięciu litrów do kilku metrów sześciennych na godzinę. Urządzenia są ze sobą łączone w układach równoległych. W taki sposób można tworzyć instalacje przemysłowe o dowolnej wydajności. Najczęściej spotykane moduły EDI mają charakter płytowy, a membrany przypominają prostokątne arkusze.

Na dwóch przeciwległych bokach modułu umieszczono elektrody (anodę oraz katodę). Między nimi znajduje się kilkadziesiąt membran jonoselektywnych, które na przemian są anionoprzepuszczalne oraz kationoprzepuszczalne. Membrany najczęściej utrzymywane są na ramach wykonanych z aluminium bądź tworzywa sztucznego. Cały system powinien być doskonale uszczelniony – niekontrolowane wycieki wody mogłyby mieć negatywny wpływ na jakość produktu końcowego.

Membrany stosowane w systemach EDI nie przypominają swoją budową tych, które znamy z procesów membranowych, jak odwrócona osmoza (Przeczytaj: Odwrócona osmoza jako proces i Jak działa membrana osmotyczna?). Membrany EDI zostały wykonane z cienkiej warstwy polimeru. Stanowi matrycę, na której znajdują się grupy jonowymienne obsadzone jonami sodu (membrana kationoprzepuszczalna) oraz jonami chlorkowymi (membrana anionoprzepuszczalna). W taki właśnie sposób uzyskano efekt jonoselektywności. Membrany są zbliżone do żywic jonowymiennych.

Przebieg procesu uzdatniania wody z udziałem EDI

Woda zasilająca moduły elektrodejonizacji już sama w sobie powinna być dobrze oczyszczona. Z tego względu przed tym procesem niezbędne jest wykorzystanie systemu odwróconej osmozy (przeczytaj: Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach). Permeat jest produktem o dużej czystości, z którego już zostało usunięte około 98% substancji. Pozostają więc niewielkie ilości jonów Na, Ca, Mg, Cl, HCO, HSiO, żelaza, manganu, substancji organicznych, gazów, zanieczyszczeń mechanicznych. Parametry wody zasilającej są monitorowane na bieżąco w trybie online. Ciągłemu monitoringowi podlega: ciśnienie, temperatura, przewodność elektryczna właściwa, przepływ diluatu, koncentratu, elektrolitu.

Woda wpływa do urządzenia, gdzie jest rozdzielana na trzy główne strumienie: diluat (produkt), koncentrat i elektrolit. Resztki zanieczyszczeń z wody zasilającej są usuwane podczas przepływu wody przez komorę diluatu. Przyłożone napięcie jest powodem migracji jonów, które znajdują się w komorze, w kierunku odpowiednich elektrod. Wynikiem omówionego procesu jest stopniowe oczyszczanie wody w komorze diluatu. W kolejnej komorze – koncentratu – dochodzi do zatężenia zanieczyszczeń jonowych, które są następnie odprowadzane poza moduł EDI.

Zasilanie modułów EDI wodą o właściwych parametrach oraz prawidłowa eksploatacja, pozwalają na osiągnięcie produktu końcowego o stałej, bardzo wysokiej jakości. Optymalne parametry diluatu są określane jako:

  • Przewodnictwo 0,055 µS/cm, czyli oporność 18 megaohm/cm
  • Zawartość krzemionki poniżej 5 µg/l
  • Zawartość substancji organicznych (TOC) poniżej 10 µg/l

Gdzie jest potrzebna elektrodejonizacja?

EDI jest metodą, która sprawdzi się przy każdym zastosowaniu wymagającym stałego oraz wydajnego usuwania zanieczyszczeń z wody z wykluczeniem zastosowania niebezpiecznych środków chemicznych. Główne gałęzie przemysłu wykorzystujące ten proces to:

  • Przemysł farmaceutyczny
  • Przemysł kosmetyczny
  • Przemysł elektroniczny i elektrotechniczny
  • Energetyka – ze względu na wysoki stopień automatyzacji oraz spełnienie wymagań dotyczących kryteriów jakościowych wody zasilającej obiegi wodno-parowe
  • Ponowne zastosowanie wody, jako wody technologicznej do produkcji napojów i żywności
  • Biotechnologia
  • Laboratoria
  • Woda zasilająca bojlery

O ogólnym zapotrzebowaniu na wodę demineralizowaną w przemyśle przeczytacie w artykule: Demineralizacja wody w przemyśle – gdzie ma zastosowanie?

Zalety i wady elektrodejonizacji (EDI)

Jak każda metoda uzdatniania wody i elektrodejonizacja ma swoje plusy oraz minusy

Zalety elektrodejonizacji

W porównaniu do uzdatniania wody klasyczną metodą demineralizacji na złożach jonitowych, elektrodejonizacja jest znacznie łatwiejsza w instalacji, prostsza w obsłudze oraz wydajniejsza w eksploatacji. Nie ma konieczności regeneracji i wymiany złóż jonowymienneych – przy zastosowaniu EDI zachowują ciągłość w działaniu. Podczas działania systemu nie powstają agresywne ścieki. Nie ma konieczności utylizacji odpadów groźnych dla człowieka oraz środowiska.

Produkt końcowy uzyskany w procesie elektrodejonizacji to ultraczyta woda, która nie zawiera w sobie: mikroorganizmów, jonów, niepożądanych cząsteczek. Zawsze jest tak samo wysokiej jakości, co okazuje się trudno osiągalne w przypadku wody uzyskanej w procesie elektrodializy (produkt po tym procesie uznaje się za daleki od ideałów oraz kompletnie niezdatny do wykorzystania w branży kosmetycznej i farmaceutycznej).

System elektrodejonizacji ma niewielkie wymiary. Nie ma potrzeby tworzenia wielu instalacji towarzyszących. Istnieje możliwość rozbudowy i pełne dostosowanie do potrzeb, a nawet odłączenie dowolnej części układu z eksploatacji. Obsługa jest w pełni zautomatyzowana. System nie wymaga znacznego nadzoru, a koszty utrzymania nie są zbyt wygórowane.

Wady elektrodejonizacji

Wadę stanowi wysoki koszt inwestycyjny. Koszty wiążą się nie tylko z instalacją samego systemu elektrodejonizacji, ale również systemu odwróconej osmozy. Na szczęście zwracają się dość szybko.

System EDI wymaga okresowej konserwacji. To oznacza, że konieczne będzie okresowe ręczne czyszczenie z zastosowaniem środków chemicznych modułów. Ten proces również ma wpływ na jakość produktu końcowego uzyskiwanego podczas elektrodejonizacji. Ponadto za wadę można uznać wysoką podatność na zanieczyszczenia. Wymagania dotyczące wody zasilającej również są dość wygórowane, co uniemożliwia jej zabudowę w istniejących stacjach demineralizacji jonitowej.

Jakość wody do procesu elektrodejonizacji

Aby elektrodejonizacja mogła być w pełni skuteczna, woda zasilająca powinna spełniać wymagane parametry. Te jest w stanie zapewnić jedynie już wcześniej wspomniana odwrócona osmoza. Różni producenci systemów EDI mogą mieć różne wymagania co do parametrów wody wejściowej, jednak porównując dane, okazuje się, że są dość zbliżone. Jeśli parametry nie zostaną spełnione, może dojść do znacznego obniżenia jakości produktu końcowego, skróceniu może ulec okres między zabiegami konserwatorskimi, a także sama żywotność układu. Zła jakość wody może mieć spory wpływ na ekonomiczność zastosowania takiego procesu w zakładzie.

Właściwie każdy parametr ma wpływ na ostateczną jakość diluatu. Na przykład niewłaściwy odczyn pH prowadzi do zaburzenia równowagi jonowej. Z kolei temperatura wody zasilającej moduły ma wpływ na jej lepkość, opory przepływu przez złoże jonitowe oraz membrany, szybkość migracji jonów, przewodność prądu elektrycznego. Twardość wody oraz substancje organiczne mogą mieć niekorzystny wpływ na żywice jonitowe oraz membrany.