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Elektrodeionisation
Was ist die Elektrodeionisation?
Die Elektrodeionisation (abgekürzt „EDI“) bzw. die Elektrodialyse ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Entsalzung von Permeat, welches aus einer Umkehrosmoseanlage stammt.
Ein EDI-Modul besteht aus mehreren Kammern, die durch ionenselektive Membranen voneinander getrennt sind. Die Kammern sind mit Ionenaustauscherharz gefüllt und zwischen zwei Gleichspannungselektroden angeordnet.
Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau einer EDI
Wie ist ein Elektrodeionisations-Modul aufgebaut?
Ein EDI-Modul besteht aus einem Elektrodialysestack, der mehrere Zellen beinhaltet. Jede dieser Zelle bildet eine Kammer, welche durch eine Kationen- und einer Anionenaustauschermembran von der nächstliegenden Zelle getrennt ist. Dieser Stapel an Zellen ist in einem Spannrahmen eingesetzt, an dessen Enden eine Anode bzw. Kathode sitzt.
Zum Abtrennen der Zellen werden Abstandshalter, sogenannte „Spacer“ verwendet, welche eine konstante Zelldicke gewährleisten, eine Berührung der Membran ausschließen und den elektrischen Widerstand in der Zelle gering halten.
Wie werden die Ionen bei der Elektrodeionisation selektiert?
Wird nun Permeat von einer UO-Anlage in ein EDI-Modul eingeleitet, so durchfließen die Ionen und Wassermoleküle die einzelnen Zellen mit ihren Kammern. Durch eine induzierte Gleichstromspannung an den beiden Elektroden wandern die Anionen in Richtung der Anode, passieren die Anionenaustauschermembran und gelangen so in die benachbarte Zelle. Umgekehrt passieren die Kationen die Kationenaustauschermembran und gelangen so in die benachbarte Zelle.
Ein weiteres Wandern der Ionen ist ausgeschlossenen, da diese in der benachbarten Zelle aufgrund ihrer Ladung nicht durch die nächstliegende Membran durch können. Die Anreicherung der Ionen bzw. des Retentants geschieht dadurch in den Zellen mit ungerader Nummer, das Diluat wird wiederum in Zellen mit gerader Nummer gebildet. Die folgende Grafik verdeutlich das Geschehen schematisch.
Welche Vorteile verspricht der Einsatz von EDI-Modulen?
Die besonderen Vorteile dieses Verfahrens sind vor allem der unterbrechungsfreie Betrieb ohne Einsatz von Chemikalien. Die Anlagen sind sehr platzsparend. Das EDI-Konzentrat, bei dem es sich um konzentriertes UO-Permeat handelt, muss nicht neutralisiert werden, sondern kann anlagenintern rezirkuliert oder für andere Zwecke eingesetzt werden.
Welche Besonderheiten besitzt das Verfahren?
Das mit dem EDI-Modul produzierte Diluat hat eine sehr geringe Leitfähigkeit von < 0,2 µS/cm oder deutlich darunter (Reinstwasser). Die physikalische Grenze der EDI-Technologie liegt bei ca. 0,056 µS/cm. In dem Reinstwasserbereich ist eine Messung der Leitfähigkeit aufgrund der geringen Werte nicht mehr so aussagekräftig. Aus diesem Grund wird anstelle der Leitfähigkeit der reziproke Wert, also der Widerstand verwendet.
Somit entspricht:
0,2 µS/cm = 5 MOhm*cm
0,1 µS/cm = 10 MOhm*cm
0,056 µm/cm = 17,8 MOhm*cm
Was muss ein Kunde bei der Auswahl eines EDI-Moduls beachten?
Um die projektierte Wasserqualität zu erreichen, sollte ein EDI-Modul möglichst über längere Zeiträume konstant in Betrieb sein, da bei jedem Hochfahren des Moduls ca. 5 – 15 min erforderlich sind, bis sich in dem Stack ein Gleichgewicht ausbildet und die Leitfähigkeitswerte des Diluats die projektierte Qualität erreichen. Wenn das EDI-Modul innerhalb kurzer Zeiträume immer wieder an- und ausgeschaltet wird, ist die Reinstwasserqualität im Mittel schlechter als es mit der Technologie möglich wäre. Die richtige Dimensionierung und Fahrweise einer EDI ist daher sehr wichtig. Ebenso ist das Vorsehen eines Polishers nach dem Reinstwassertank eine gute Möglichkeit, um Schwankungen der Leitfähigkeit auszugleichen. Hier kann unsere Herco DESTILLO Mischbettvollentsalzung zum Einsatz kommen, die eine stabile Leitwertmessung unter < 0,1 µS/cm garantiert.
Die Elektrodeionisation findet Verwendung in unseren Reinstwasseranlagen: