Elettrodeionizzazione (EDI)

Che cos'è l'EDI?

La produzione tradizionale di acqua di alta purezza usa un processo combinato di separazione con membrana e scambio ionico. L'EDI è un processo che combina la tecnologia della membrana semipermeabile con un medium a scambio ionico per fornire un processo di demineralizzazione ad alta efficienza.
La elettro-dialisi utilizza la corrente elettrica e membrane elettriche speciali, semipermeabili agli ioni a seconda della loro carica, corrente elettrica e capacità di ridurre gli ioni a seconda della loro carica. Attraverso la elettro-dialisi un potenziale elettrico trasporta e segrega specie acquose cariche. La corrente elettrica è utilizzata per rigenerare la resina in continuo, eliminando la necessità di rigenerazioni periodiche.

Ilprocesso EDI produce acqua di processo industriale di elevata purezza, usando meno del 95% dei prodotti chimici utilizzati nel processo di scambio ionico convenzionale. Con il sistema EDI le membrane e la corrente sostituiscono i milioni di galloni di sostanze chimiche acide e caustiche che il processo tradizionale richiede giornalmente.

Come funziona?

Un sistema EDI ha basicamente la struttura di una camera di deionizzazione. La camera contiene una resina a scambio ionico, posta tra una membrana a scambio cationico ed una membrana a scambio anionico. Solamente gli ioni possono passare attraverso la membrana, l'acqua è bloccata. Quando il flusso entra nel compartimento di diluizione riempito di resina, diversi processi si mettono in moto. Gli ioni forti sono sequestrati dalla resina a letto misot. Sotto l'influenza del campo di corrente forte applicato attraverso le componenti, gli ioni carichi sono espulsi dalla resina e sospinti verso gli elettrodi carichi in maniera rispettivamente opposta. In questo modo queste specie ioniche forti cariche sono rimosse in maniera continua e trasferite al compartimento di concentrazione adiacente. Visto che gli ioni attraversano la membrana, essi possono passare attraverso la camera di concentrazione (vedi figura) ma non possono raggiungerte l'elettrodo. Essi infatti sono bloccati dalla membrana contigua, che contiene una resina con la stessa carica.

Dato che gli ioni forti sono rimossi dal flusso di processo, la conduttività del flusso decresce notevolmente. Il potenziale elettrico applicato scinde l'acqua sulla superficie dei granuli di resina, producendo hidrogeno e ioni idrossido. Questi agiscono come agenti rigeneranti della resina a scambio ionico. Queste resine rigenerate permettono la ionizzazione di specie acquose neutre o leggermente ionizzate come biossido di cloro o silicati. La ionizzaizone è seguita dalla rimozione da parte della corrente diretta e delle membrane a scambio ionico.

Di seguito le reazioni che avvengono nella resina in forma di idrogeno o idrossido per la rimozione di composti leggermente ionizzati:

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

Applicazioni

L'EDI è utile per tutte le applicazioni che richiedono una rimozione continua e non dispendiosa delle impurità dell'acqua senza l'utilizzo di prodotti chimici pericolosi. Alcuni esempi:

• Riutilizzo di acque reflue nell'industria alimentare o delle bevande
• Produzione chimica
• Biotecnologia
• Elettronica
• Cosmetica
• Laboratori
• Industria farmaceutica
• Acqua di alimentazione per boiler
• Riduzione di SiO₂ ionizzabile e TOC (carbonio organico total )

L'istallazione di unità EDI risulta facilmente realizzabile, fornendo acqua di elevata purezza sia per boiler in centrali termiche che ad esempio per l'acqua di risciacquo di microchip. In questi casi la qualità dell'acqua prodotta ha raggiunto o superato le specifiche richieste dai clienti. Inoltre quando richiesta la pulizia di un flusso diluito, la qualità del prodotto è stata raggiunta in maniera completa.

Vantaggi

Quale sostituto del processo tradizionale di scambio ionico, ilsistema EDI comporta vantaggi sia per quanto riguarda il dispendio energetico che le spese di operatività. Eliminando la rigenerazione periodica della resina a scambio ionico, si ottengono anche benefici dal punto di vista ambientale, evitando la manipolazione e l'utilizzo di chimici acido e caustici in sito.

Alcuni dei vantaggi dell'EDI in contrapposizione ai sistemi tradizionali di scambio ioinico:

• Operatività semplice e continua
• Prodotti chimici utilizzati per la rigenerazione eliminati completamente
• Operatività e manutenzione costo efficiente
• Basso consumo di energia
• Non contaminante, sicuro e realizzabile
• Richiede poche valvole automatiche o sequenze di controllo complesse che necessitano della supervisione di un operatore
• Richiede poco spazio
• Produce acqua di elevata purezza in maniera costante
• Rimuove completamente particelle inorganiche dissolte
• In combinazione con RO (osmosi inversa) utilizzata come pretrattamento, rimuove più del 99.9% degli ioni presenti nell'acqua

Svantaggi

• L'EDI non può essere utilizzata per acqua con una durezza maggiore di 1, dato che il carbonato di calcio creerebbe una incrostazione nella camera del concentrato, limitando la operatività
• Richiede un pretrattamento di purificazione
• Il CO2 passa liberamente attraverso la membrana dissociandosi e accrescendo la conduttività dell'acqua. Ogni specie ionica formatasi a partire dal CO2 diminuisce la resistività dell'acqua prodotta dall'EDI. La gestione del CO2 nell'acqua è solitamente portata avanti in 2 modi: si può modificare il pH dell'acqua di modo che la membrana espella le specie ioniche o si può rimuovere il CO2 dall'acqua utilizzando una camera di strippaggio del gas

Maggiori informazioni sulle unità EDI

Tecnologie relazionate

Scambio ionico

Osmosi inversa