Hệ Thống EDI

1. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT HỆ THỐNG EDI LỌC NƯỚC SIÊU TINH KHIẾT:

Nước khử ion còn được gọi là nước khử khoáng là nước mà các ion khoáng trong nước đã bị loại bỏ, các ion khoáng trong nước như cation natri, canxi, sắt, đồng … và các anion như clorua, sunfat, nitrat .. là các ion phổ biến trong nước. Khử ion là quá trình vật lý trong đó sử dụng hạt nhựa trao đổi ion để thay thế các ion muối khoáng trong nước bằng các ion được cấy lên bề mặt hạt trao đổi ion. Kết quả là đa số các ion muối khoáng bị loại bỏ trong nước, quá trình khử ion tạo ra nước có độ tinh khiết cao, gần như là nước cất.

Nước từ tất cả các nguồn đều chứa các tạp chất bao gồm các muối hòa tan, được tạo thành từ các ion mang điện tích âm (anion) và các ion mang điện tích dương (cation).

Các ion điển hình bao gồm natri, canxi, magiê, clorua, sunfat, nitrat, cacbonat, bicacbonat, … Hơn 98% các ion này có thể được loại bỏ bằng phương pháp xử lý thẩm thấu ngược (RO) thích hợp. Nguồn nước cũng chứa các chất hữu cơ, khí hòa tan (ví dụ, O2, CO2), kim loại vết và các hợp chất vô cơ ion hóa yếu (ví dụ, bo và silica), những chất này phải được loại bỏ để sử dụng trong hầu hết các quy trình công nghiệp. Hệ thống RO (và tiền xử lý của nó) cũng loại bỏ nhiều tạp chất này.

Độ thấm qua RO (nước cấp EDI) “lý tưởng” nên nằm trong khoảng 1-6 μS / cm (độ dẫn điện), hoặc FCE = 1-9 μS / cm. Nước siêu tinh khiết (khử ion) dao động từ 2,0-18,2 MΩ.cm tùy thuộc vào ứng dụng. Thông thường, ít ion hơn trong nguồn cấp EDI dẫn đến nước sản phẩm EDI chất lượng cao nhất.

Quá trình điện cực hóa sử dụng sự kết hợp của màng lọc trao đổi ion và nhựa trao đổi ion được kẹp giữa hai điện cực (cực dương (+) và cực âm (-)) dưới hiệu điện thế một chiều để loại bỏ các ion khỏi nước đã qua xử lý trước RO.

Màng lọc trao đổi ion hoạt động bằng cách sử dụng nguyên tắc và vật liệu tương tự như nhựa ionexchange, và chúng được sử dụng để vận chuyển các ion cụ thể ra khỏi các phản ứng của chúng. Màng lọc anion có thể thấm các anion nhưng không thấm các cation; màng chọn lọc cation có thể thấm các cation nhưng không thấm các anion. Các màng không thấm nước.

EDI ( Electrodeionization)  – khử ion bằng điện là quá trình loại bỏ ion trong nước bằng điện. Nó khác với công nghệ khử ion bằng hạt nhựa trao đổi ion ở chỗ không cần phải sử dụng các hóa chất như axit và xút để tái sinh. EDI thường được sử dụng như một quá trình loại bỏ ion sau màng thẩm thấu ngược RO để tạo ra nước có độ tinh khiết cao.

Thiết bị EDI thường có màng trao đổi ion bán thấm, nhựa trao đổi ion. Quá trình EDI là quá trình liên tục, nó là sự kết hợp của hai quá trình là khử ion bằng trao đổi ion và lọc điện.

EDI liên tục là công nghệ được sử dụng ngày càng nhiều cho sản xuất nước cất hay còn gọi là nước siêu tinh khiết trong các ngành công nghiệp như: điện tử, sản xuất điện và dược phẩm

2. Tổng quan về thiết bị EDI

Bằng cách đặt xen kẽ các lớp màng chọn lọc anion và cation trong mô-đun khung và bề mặt, một “ngăn xếp” các ngăn lọc và cô đặc song song được tạo ra. Các màng chọn lọc ion được cố định vào một khung polyme trơ, được chứa đầy nhựa trao đổi ion hỗn hợp để tạo thành các khoang lọc. Các tấm chắn giữa các khoang lọc tạo thành các khoang cô đặc.

Phần tử lặp lại cơ bản này của EDI, được gọi là “cặp tế bào”, được minh họa trong Hình 1. “Ngăn xếp” các cặp tế bào được định vị giữa hai điện cực, cung cấp điện thế DC cho mô-đun. Dưới ảnh hưởng của hiệu điện thế một chiều được đặt vào, các ion được vận chuyển qua màng từ các khoang lọc sang các khoang cô đặc. Do đó, khi nước di chuyển qua các khoang lọc, nó sẽ không còn các ion. Dòng suối này là dòng sản phẩm nước tinh khiết.

Mỗi module EDI bao gồm năm thành phần chính là nhựa trao đổi ion, hai màng trao đổi ion và hai điện cực. Có hai loại khoang trong thiết bị EDI là khoang pha loãng và khoang tập trung. Khoang pha loãng là phần có chứa nhựa trao đổi ion hỗn hợp có nước tinh khiết hoặc có sự pha loãng các ion. Khoang tập trung là khu vực tập trung của các ion và trở thành nước thải. Khoang pha loãng và khoang tập trung được ngăn cách bởi màng trao đổi ion là màng trao đổi anion và màng trao đổi cation.

Thiết bị EDI điển hình có chứa xen kẽ màng trao đổi anion và cation bán thấm. Khoảng trống giữa các màng được  ngăn cách bởi miếng đệm có chứa ngăn dòng chảy. Một nguồn điện từ bên ngoài được sử dụng tại giới hạn của màng và ngăn.

Các khoang phải chịu một điện trường. Các khoang bị ràng buộc bởi một màng anion phải đối mặt với cực dương và màng cation phải đối mặt với cực âm và được ngăn bởi khoang pha loãng. Để tạo điều kiện chuyển ion,các khoang pha loãng được làm đầy với nhựa trao đổi ion.

Cation trong nước cấp vào ngăn pha loãng được hấp phụ trên các loại nhựa trao đổi cation và được vận chuyển dưới điện trường áp dụng đối với cực âm. Khi một cation đi qua màng cation vào khoang tập trung liền kề, tiến trình của nó bị chặn bởi các màng anion trên phía bên kia của khoang, tương tự đối với các anion. Kết quả là các ngăn pha loãng bị cạn kiệt các ion và các khoang tập trung chứa nồng độ cao các ion.

2.1. The RO feed to the Electropure™ EDI module is split into three separate streams: / Nguồn cấp RO tới mô-đun Electropure ™ EDI được chia thành ba luồng riêng biệt:

• 1. Product stream (up to 99% water recovery) / Dòng sản phẩm (thu hồi nước lên đến 99%)
• 2. Concentrate stream (typically 10%, may be recovered as RO feed*) / Dòng cô đặc (thường là 10%, có thể được phục hồi dưới dạng nguồn cấp RO *)
• 3. Electrolyte stream (10 l/h, 0.05 gpm, always to drain) / Dòng điện giải (10 l / h, 0,05 gpm, luôn để xả)

* Lưu ý: để phục hồi dòng cô đặc, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng bể ngắt và máy bơm, và chúng tôi khuyên bạn không nên kết nối trực tiếp.

Dòng chất điện phân tuần tự chảy qua cực dương và cực âm. Dòng anốt đầu tiên chảy qua cực dương (+) qua một ngăn, được tạo thành bởi một màn chắn monofilament có đệm, nằm giữa cực dương và một màng chọn lọc anion liền kề. Trong ngăn này, độ pH trở nên có tính axit, và O2 (khí) và một lượng nhỏ Cl2 (hòa tan) được tạo ra. Dòng axit này sau đó chảy vào ngăn catốt, được hình thành giữa cathode (-) và màng cationelective liền kề của nó. Trong ngăn này, độ pH trở nên trung tính và H2 (khí) được tạo ra. Do đó, dòng thải loại bỏ khí clo, oxy và hydro không mong muốn từ các điện cực. Hệ thống điện cực Electropure ™ độc đáo được thiết kế để không đóng cặn vì không dòng nào có độ pH cao.

Cực dương Electropure ™ được thiết kế thêm để giảm thiểu lượng clo (chất oxy hóa mạnh) được hình thành. Thông tin chi tiết về Quy trình Electropure ™ EDI Nước từ tất cả các nguồn đều chứa các tạp chất bao gồm muối hòa tan, bao gồm các ion tích điện âm (anion) và ion tích điện dương (cation)

2.2. Đặc điểm thiết bị lọc nước EDI

Công nghệ EDI không cần đến hoá chất để khôi phục chức năng hạt nhựa trao đổi ion trong công nghệ xử lý nước truyền thống. Đặc điểm chủ yếu của nó như sau:

• Liên tục hoạt động, chất lượng nước sạch ổn định ít biết đổi về chất lượng nước.
• Không cần dùng hoá chất trong quy trình lọc nước.
• Không vì tuần hoàn khôi phục mà ngưng máy.
• Tiết kiệm nước dùng khôi phục và thiết bị xử lý nước bẩn
• Hiệu suất sản xuất nước cao (đạt 95%) · Không cần thiết bị cất giữ, pha loãng axit
• * Chiếm ít diện tích
• *Sử dụng an toàn, tránh công nhân tiếp xúc axit và các chất độc hại khác.
• Giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng khi sử dụng công nghệ EDI trong công nghiệp.
• Thiết bị đơn chiếc, có thể linh hoạt kết hợp lắp đặt với lượng nước sạch khác nhau.
• Lắp đặt đơn giản, nhanh, dễ bảo trì hệ thống,chi phí thấp.
• Đầu tư thiết bị ban đầu lớn so với các thiết bị khác.

2.3. Quá trình khử ion trong thiết bị EDI

+ Khử ion: Loại bỏ các  ion bởi các cation tích điện dương và anion tích điện âm. Nhựa cation trong hình thức hydro sẽ loại bỏ các cation như canxi, magie, kali, lưu huỳnh, amoni ..  Nhựa anion trong hình thức hydroxit thay thế các anion như clorua, bicacbonat, sulfat, nitrat, silica .. bằng ion hydroxit. Kết quả của việc trao đổi các ion trong nước là các ion H⁺ và ion OH^– thay thế cho các ion cation và anion trong nước kết hợp với nhau tạo thành nước tinh khiết.

+ Di chuyển ion: Khác với trao đổi ion, khi nhựa cation và anion đã thay thế hết các ion H⁺ và OH^– cần phải tái sinh bằng axit và xút. Với thiết bị EDI, nguồn điện cung cấp một dòng điện giữa 2 cực, dòng điện là di chuyển giữa các điện cực từ cực dương đến cực âm. Khi các ion bị loại bỏ khỏi nước cấp, các cation bị hút đến cực âm, các anion bị hút đến cực dương. Khi nước cấp được đưa vào thiết bị EDI, các ion tích điện dương di chuyển qua nhựa cation và di chuyển qua màng trao đổi cation vào khoang tập trung do bị hút đến cực âm. Tương tự các ion tích điện âm di chuyển qua nhựa anion và di chuyển qua màng trao đổi anion vào khoang tập trung do bị hút đến cực dương.

Khi các ion di chuyển qua các màng vào khoang tập trung sẽ không thể di chuyển đến điện cực do việc bố trí vị trí của màng, màng cation nằm về phía cực dương và màng anion nằm về phía cực âm. Nước tại khoang tập trung là nước thải có chứa các cation và anion cần loại bỏ

+ Tái sinh:

Khác với hình thức trao đổi ion thông thường là phải sử dụng axit và xút đế tái sinh nhựa, thiết bị EDI không cần phải tái sinh bằng axit và nhựa, mà thay vào đó nó tận dụng dòng điện được sử dụng trên toàn module EDI. Điện gây ra một tỷ lệ nhỏ các phân tử nước phân ly thành các ion hydro và hydroxit, nên nó liên tục tái sinh nhựa cation và nhựa anion mà không phải dừng thiết bị để tái sinh. Chính vì vậy hoạt động của thiết bị EDI là liên tục, các ion liên tục được loại bỏ và nhựa được tái sinh liên tục nhờ quá trình tách ion của điện.

Chất lượng nước sau khi lọc qua hệ thống khử khoáng có sử dụng thiết bị EDI đạt điện trở suất rất cao lên tới 18 MΩ-cm, đáp ứng tốt yêu cầu về nguồn nước siêu tinh khiết phục vụ cho các ngành sản xuất

3. So sánh thiết bị EDI và thiết bị trao đổi ion hỗn hợp khác

Thiết bị EDI và thiết bị trao đổi ion hỗn hợp đều là thiết bị xử lý nước tinh trong hệ thống xử lý nước, chúng ta hãy so sánh chất lượng nước, vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận hành của chúng để thấy tính ưu việt của ứng dụng thiết bị EDI trong xử lý nước thải và lọc các loại nước khác.

3.1. Chất lượng nước khi sử dụng công nghệ lọc nước EDI;

Thiết bị EDI có tính liên tục nên chất lượng nước sạch ổn định, điện trở suất lên đến18.25ＭΩ·cm, đạt tiêu chuẩn nước siêu sạch. Thiết bị trao đổi ion hỗn hợp có tính gián đoạn, sau khi khôi phục thì chất lượng nước sạch tốt nhưng trước khi khôi phục thì chất lượng nước kém.

3.2. Vốn đầu tư ban đầu cho hệ thống lọc nước EDI;

So với thiết bị trao đổi ion hỗn hợp thì thiết bị EDI cần vốn đầu tư lớn hơn khoảng 20%, nhưng thiết bị trao đổi ion hỗn hợp cần thiết bị cất giữ axit, thêm axit và thiết bị xử lý nước thải. Nhân công bảo dưỡng, thay hạt nhựa trao đổi (khoảng 2 người) cũng ước khoảng 10%. Cùng với việc nâng cao kỹ thuật và sản xuất theo lô thì vốn đầu tư ban đầu của thiết bị EDI cũng ít dần và thiết bị này chiếm ít diện tích nhà xưởng.

3.3. Chi phí vận hành

Chi phí vận hành bao gồm: chi phí điện: EDI mất 0.5kwh/t nước, thiết bị trao đổi ion hỗn hợp mất 0.35kwh/t nước, dung dịch thuốc ( chỉ có thiết bị trao đổi ion hỗn hợp mất), chi phí khấu hao (ngang nhau). Ngoài ra chi phí vận hành của thiết bị trao đổi ion hỗn hợp cao hơn thiết bị EDI (mất chi phí mua thiết bị lưu giữ, pha axit, mua dung dịch…). Nói tóm lại trong quá trình vận hành giá thành sản xuất nước của thiết bị EDI là khoảng 48,600 đồng/m³ nước, giá vận hành thiết bị trao đổi ion hỗn hợp là 86,400 đồng/m³. Như vậy thiết bị EDI trong 1-2 năm có thể thu hồi lại vốn đầu tư.

4. Applications / Ứng dụng kỹ thuật Hệ thống EDI lọc nước siêu tinh khiết

EDI hữu ích cho bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu loại bỏ tạp chất trong nước liên tục và kinh tế mà không sử dụng hóa chất nguy hiểm. Một số ví dụ:

• Reuse of residual water in food and beverages industry / Tái sử dụng nước dư trong ngành thực phẩm và đồ uống
• Chemical production / Sản xuất hóa chất
• Biotechnology / Công nghệ sinh học
• Electronics / Điện tử
• Cosmetic / hóa mỹ phẩm
• Laboratories / phòng thí nghiệm
• Pharmaceutical industry / công nghiệp sản xuất Dược Phẩm
• Boiler Feed Water / nước cấp lò hơi
• Reduction of ionizable SiO2 and TOC (total organic carbon) / Giảm SiO2 có thể ion hóa và TOC (tổng cacbon hữu cơ)
• Các sản phẩm tinh xảo kỹ thuật cao khác.

Do việc lắp đặt các đơn vị EDI hoạt động khá đáng tin cậy, cung cấp cho khách hàng nước sản xuất có độ tinh khiết cao cho nguồn cấp cho lò hơi của nhà máy điện hoặc nước rửa vi mạch. Nước được sản xuất đã đáp ứng hoặc vượt quá các thông số kỹ thuật về nước có độ tinh khiết cao của khách hàng. Ngoài ra, khi cần làm sạch dòng pha loãng do bám bẩn, chất lượng sản phẩm được phục hồi hoàn toàn.

5. Unique ElectroPure^™ EDI Technology Differences / Ưu Điểm hệ thống EDI SnowPure so với công nghệ khác:

https://www.snowpure.com/technologies/electrodeionization/

Ưu điểm của thiết bị EDI Snowpure có những lợi thế và khác biệt cơ bản so với các sản phẩm EDI khác. Thiết bị có nhiều điểm tương đồng với EDI khác, nhưng thiết bị khử khoáng EDI Snowpure có 4 điểm khác biệt chính về kỹ thuật. Các lợi thế kỹ thuật quan trọng trong Electropure ™EDI. Những điều này cho phép các module Electropure ™ có hiệu suất và tuổi thọ cao hơn, ít bảo trì hơn và ít vấn đề hơn.

• Thin-Cell Technology / Công nghệ lớp trao đổi ion mỏng: Electropure ™ EDI có ưu điểm về các lớp trao đổi ion mỏng hơn so với các dòng khác. Trong EDI, các ion luôn có xu hướng đẩy nhau theo chiều ngang để ra khỏi các lớp trao đổi ion trước khi chúng rời khỏi bề mặt của lớp trao đổi ion. Các lớp trao đổi Electropure ™ XL có chiều rộng 4mm, so với Ionpure® và E-Cell® có các lớp rộng khoảng 10 mm. Với công nghệ này cho chất lượng cao hơn và hiệu quả cao hơn.

• Thin-Concentrate Technology / Công nghệ màng ngăn siêu mỏng:  Electropure ™ EDI sử dụng tấm màng rất mỏng, màng có độ dày khoảng 700 micron. Nó được dệt bằng các sợi rất mỏng. Thiết kế này tạo ra sự bất ổn định ở bề mặt màng, giữ cho bề mặt màng sạch và gần với độ pH = 7 ngăn ngừa sự bám bẩn và đóng cặn.

• Non-Filled Concentrate Technology / Công nghệ cô đặc không đầy: Electropure ™ tránh quá trình tập trung quá nhiều ion tại một chỗ và không gây tắc nghẽn. Thiết kế này đã được cấp bằng sáng chế bởi O’Hare vào năm 1981.

• Non-fouling Electrode Technology / Công nghệ sử dụng điện cực không đóng cặn: Electropure ™ EDI sử dụng một thiết kế độc quyền giúp giữ cho các điện cực luôn ở phía có tính axit, ngăn ngừa sự co giãn trong của các điện cực. Nó cũng sử dụng công nghệ cực dương đặc biệt để hạn chế việc phát sinh Clo, giúp kéo dài tuổi thọ của module EDI.

6. Advantages / Lợi ích khi sử dụng Thiết bị EDI Snowpure: 

Để thay thế cho quá trình trao đổi ion truyền thống hơn, EDI mang lại những tiến bộ về cả năng lượng và chi phí vận hành cho hệ thống xử lý nước có độ tinh khiết cao. Bằng cách loại bỏ yêu cầu tái sinh định kỳ của nhựa trao đổi ion, lợi ích về môi trường cũng được thực hiện bằng cách tránh xử lý và xử lý các hóa chất axit và xút được đưa đến địa điểm.

Một số ưu điểm của EDI so với các hệ thống trao đổi ion thông thường là:

1. Enables a simpler system (no concentrate recirculation) / Cho phép một hệ thống đơn giản hơn (không có tuần hoàn tập trung).
2. Produces ultrapure water (up to 18.2 megohm.cm) / Sản xuất nước siêu tinh khiết (lên đến 18,2 ＭΩ·cm)
3. Eliminates regeneration chemicals and hazardous waste / Loại bỏ hóa chất tái sinh và chất thải nguy hại.
4. High recovery, up to 99% / Khả năng phục hồi cao, lên tới 99%
5. Single unit capacities ranging from 1/4 gpm to 44 gpm (60 l/hr to 10 m³/hr)/ Công suất đơn chiếc dao động từ 1/4 gpm đến 44 gpm (60 l/ giờ đến 10 m3/ giờ)
6. Multiple unit arrays up to 6000 gpm (1400 m³/hr) / Nhiều mảng đơn vị lên tới 6000 gpm (1400 m3 / giờ)
7. Compact, durable, long-lifetime patented design / Thiết kế nhỏ gọn, bền, lâu dài.

7. Dòng sản phẩm: ELECTROPURE EDI do Tập Đoàn Snowpure – USA cung cấp:

• Model cho Công nghiệp và nhà máy Điện: XL-100-R, XL-200-R, XL-300-R, XL-400-R, XL-500-R, EXL-550, EXL-650, EXL-750, EXL-850
• Model cho Làm sạch và Dược phẩm: XL-100-SR, XL-200-SR, XL-300-SR, XL-400-SR, XL-500-SR, EXL-550, EXL-650, EXL-750, EXL-850
• Model cho Y Tế: XL-DER
• Model có thể làm sạch bằng nước nóng 85 độ C: XL-100-HTS, XL-200-HTS, XL-300-HTS, XL-400-HTS, XL-500-HTS, EXL-510-HTS, EXL-610-HTX, EXL-710-HTS
• Model cho phòng thí nghiệm: Zap-10-M, Zap-20-M, Zap-060-M, Zap-100-M