فناوری الکترودیونیزاسیون (EDI) فرآیندی است که در پاسخ به افزایش تقاضا برای آب با خلوص بالا در صنایع مختلف و همچنین تمرکز فزاینده بر بهره وری منابع آب و کاهش ضایعات شیمیایی در فرآیندهای تصفیه و فوق خالص سازی صنعتی تکامل یافته است. الکترودیونیزاسیون (EDI) یک فناوری تصفیه آب است که رزین‌های تبادل یونی و غشاهای انتخابی یونی را ترکیب می‌کند تا به طور مداوم یون‌ها را از آب تحت تأثیر میدان الکتریکی حذف کند. این فناوری معمولاً برای تصفیه آب خروجی اسمز معکوس (RO) استفاده می‌شود و جایگزینی هوشمند برای تبادل یونی بستر مخلوط معمولی (IX) است.
در طول دهه‌های 1960 و 1970، روش‌های تصفیه آب عمدتاً شامل تقطیر و تبادل یونی بود که بیشتر برای مصارفی مثل داروسازی، مواد شیمیایی، تولید برق و تولید کاغذ مورد استفاده قرار می‌گرفت. در این زمان آب تصفیه شده برای این صنایع معمولا دارای درجه کیفیت و خلوص پایینی بوداند.
تبادل یونی شامل تبادل برگشت‌پذیر یون‌ها بین فاز رزین جامد و فاز مایع است. این فناوری در ابتدا برای سختی‌گیری آب و حذف انتخابی یون مورد استفاده قرار گرفت. هر یک از روش‌ها، چالش‌های خاص خود را داشتند. برای مثال روش تقطیر انرژی بر بود. در حالی که تبادل یونی نیاز به بازسازی شیمیایی داشت که هم دست و پاگیر و هم غیراقتصادی بود. علاوه بر این، رزین‌های تبادل یونی قوی در حذف مولکول‌های آلی بی‌اثر بودند که این امر منجر به وجود سطوح بالای کربن آلی کل (TOC) در آب خروجی از سیسیتم تصفیه آب می‌شده است
توسعه صنعت نیمه هادی در دهه 1980 تقاضا برای رعایت استانداردهای بالاتر کیفیت آب را افزایش داد و باعث پیشرفت در فناوری‌های تصفیه آب شد. محققان و مهندسان شروع به کار بر روی سیستم‌هایی کردند که می‌توانستند منبع آب با خلوص بالا را بدون نیاز به احیا دوره‌ای، همانطور که در فرآیندهای سنتی تبادل یونی لازم است، فراهم کنند. در نتیجه روش‌های پیشرفته تصفیه آب از جمله میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، الکترودیالیز و اسمز معکوس (RO) مورد استقبال گسترده قرار گرفت.
در این شرایط سیستم بستر مخلوط RO جایگزین سیستم‌های سنتی تبادل یونی شد و این سیستم نگرانی‌های وجود سطوح بالای کربن آلی کل را برطرف کرد. رزین مورد استفاده در سیستم اسمز معکوس الزامات سخت‌گیرانه کیفیت آب در صنایعی مانند الکترونیک و صنایع نیمه هادی را برآورده کرد. با این حال، RO محدودیت‌هایی در فرآیند نمک‌زدایی داشت و نیاز به کاهش عوامل احیاکننده شیمیایی به دلایل زیست‌محیطی منجر به افزایش علاقه به فناوری EDI مبتنی بر الکتروشیمی شد.
عملکرد الکترودیونیزاسیون (EDI)
EDI اغلب همراه با RO برای تشکیل سیستم‌های آب خالص RO-EDI استفاده می‌شود. واحدهای استاندارد EDI به صورت ماژولار هستند و شامل چندین ماژول می‌شوند که در یک واحد ترکیب شده‌اند. هر ماژول EDI از چندین محفظه دوتایی تشکیل شده است که بین دو الکترود تحت ولتاژ DC قرار گرفته‌اند و ساختار صفحه‌ای و لایه‌ای را تشکیل می‌دهند. این محفظه‌های دوتایی از یک محفظه آب تصفیه شده و یک محفظه پساب تشکیل شده است. جداکننده این محفظه‌ها جفت غشاهای انتخابی یونی شامل غشاهای تبادل آنیونی یا کاتیونی هستند و در داخل این غشاها، مخلوطی از رزین‌های تبادل آنیونی و کاتیونی وجود دارد که محفظه آب تصفیه شده را تشکیل می‌دهند.
آب به سیستم وارد می‌شود و سپس از غشاها و رزین تبادل یونی عبور کرده تا ذرات ناخالصی جدا شوند. عملکرد یون‌ها در طول سیستم تصفیه آب را می‌توان از طریق چهار فرآیند توضیح داد:
- یون‌ها را تحت تاثیر میدان الکتریکی به سمت محفظه پساب منتقل می‌کند
- یون‌ها به رزین‌ها متصل می‌شوند.
- آب تحت فرآیند یونیزاسیون و میدان الکتریکی قرار می‌گیرد و با ترکیب یون‌های H+ و OH- مولکول‌های آب را در محفظه پساب تشکیل می‌دهد.
- به دلیل میدان الکتریکی، یون‌ها به طور مداوم از رزین‌ها جدا می‌شوند و آن‌ها را احیا می‌کنند.
این فرآیند یک گرادیان غلظت را در جهت جریان آب ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد تا جریان (ولتاژ) بر اساس نیازهای ورودی و خروجی برای تولید آب خالص و بدون یون تنظیم شود. غشاهای انتخابی یونی مانع از ورود یون‌های ناخالصی موجود در محفظه پساب به محفظه آب تصفیه شده مجاور می‌شوند.
به طور معمول در یک سیستم استاندارد تصفیه آب، سیستم EDI تا 95 درصد از آب ورودی به سیستم را بصورت محصول خروجی ارائه می دهد. این درحالی است که 5٪ تا 10٪ آن از محفظه پساب عبور می‌کند. ب
مزایای اقتصادی و فنی الکترودیونیزاسیون (EDI)
مزیت اصلی الکترودیونیزاسیون، جایگزینی میدان‌های الکتریکی و ممبران‌های انتخابی یون (ion-selective membranes) با فرآیند احیای شیمیایی رزین تبادل یونی است. این موضوع منجر به مزایای قابل توجهی نسبت به سیستم‌های بستر مخلوط RO از نظر ساختار تجهیزات، سهولت و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. چنین روشی همچنین بر مشکل احیای شیمیایی رزین و تخلیه پساب آن غلبه کرده است. مهمترین مزایای این فناوری عبارتند از:
– سازگاری الکترودیونیزاسیون با سیستم RO
–عدم نیاز به احیای رزین EDI
– سازگاری زیست محیطی بیشتر EDI بدلیل تولید حداقل پساب
