01
ما هو EDI؟
الاسم الإنجليزي الكامل لـ EDI هو التحليل الكهربائي، والذي يترجم إلى تحلية المياه الكهربائية، والمعروف أيضًا باسم تقنية إزالة الأيونات الكهربائية أو التحليل الكهربائي للسرير المعبأ.
تجمع تقنية إزالة الأيونات بالكهرباء بين تقنيات التبادل الأيوني والتحليل الكهربائي. وهي تقنية تحلية مياه البحر التي تم تطويرها على أساس التحليل الكهربائي، وهي تقنية معالجة مياه فعالة تستخدم على نطاق واسع بشكل متزايد بعد راتنجات التبادل الأيوني.
فهو لا يستفيد فقط من مزايا تحلية المياه المستمرة من خلال تقنية التحليل الكهربائي، بل يحقق أيضًا تحلية المياه العميقة من خلال تقنية التبادل الأيوني؛
وهذا لا يحسن فقط عيب انخفاض كفاءة التيار في عملية التحليل الكهربائي لمعالجة المحاليل منخفضة التركيز، ويعزز نقل الأيونات، بل يتيح أيضًا تجديد المبادلات الأيونية، وتجنب استخدام المولدات وتقليل التلوث الثانوي الناتج أثناء استخدام المولدات الحمضية والقاعدية، وتحقيق التشغيل المستمر لإزالة الأيونات.
صورة
مخطط تخطيطي لـ EDI
تتضمن المبادئ الأساسية لإزالة الأيونات من خلال تبادل البيانات الإلكترونية العمليات الثلاث التالية:
1. عملية التحليل الكهربائي
تحت تأثير مجال كهربائي خارجي، تنتقل الإلكتروليتات الموجودة في الماء بشكل انتقائي عبر راتنجات التبادل الأيوني ويتم تفريغها مع الماء المركز، وبالتالي إزالة الأيونات من الماء.
2. عملية التبادل الأيوني
من خلال استخدام راتنج التبادل الأيوني لتبادل أيونات الشوائب في الماء، جنبًا إلى جنب مع أيونات الشوائب في الماء، يمكن تحقيق تأثير إزالة الأيونات من الماء بشكل فعال.
3. عملية التجديد الكهروكيميائي
استخدام H+ وOH - المتولدة عن طريق استقطاب الماء عند واجهة راتنج التبادل الأيوني للتجديد الكهروكيميائي للراتنج، وتحقيق التجديد الذاتي للراتنج.
02
ما هي العوامل المؤثرة وتدابير التحكم في EDI؟
1. تأثير موصلية المدخل
تحت نفس تيار التشغيل، ومع زيادة توصيل المياه الخام، ينخفض معدل إزالة الإلكتروليتات الضعيفة بواسطة EDI، كما تزداد أيضًا توصيلية النفايات.
إذا كانت موصلية المياه الخام منخفضة، فإن محتوى الأيونات منخفض أيضًا، والتركيز المنخفض للأيونات يسبب تكوين تدرج كبير في القوة الدافعة الكهربائية على سطح الراتنج والغشاء في حجرة المياه العذبة، مما يؤدي إلى زيادة درجة تفكك الماء، وزيادة التيار الأقصى، وكمية أكبر من H + و OH - المنتجة، مما يؤدي إلى تأثير تجديد جيد لراتنج تبادل الأنيون والكاتيون المملوء في حجرة المياه العذبة.
لذلك، من الضروري التحكم في موصلية المياه الواردة لضمان أن تكون موصلية المياه الواردة EDI أقل من 40us/cm، مما يضمن موصلية المياه المؤهلة وإزالة الإلكتروليتات الضعيفة.
2. تأثير جهد التشغيل والتيار
يزداد التيار العامل، وتستمر جودة المياه المنتجة في التحسن.
ولكن إذا زاد التيار بعد الوصول إلى أعلى نقطة، بسبب الكمية الزائدة من أيونات H+ وOH- الناتجة عن تأين الماء، فإن عددًا كبيرًا من الأيونات الزائدة تعمل كأيونات حاملة للتيار للتوصيل، بالإضافة إلى استخدامها لتجديد الراتنجات. في الوقت نفسه، بسبب تراكم وانسداد عدد كبير من الأيونات الحاملة للتيار أثناء حركتها، يحدث حتى انتشار مضاد، مما يؤدي إلى انخفاض جودة المياه المنتجة.
لذلك، فمن الضروري اختيار جهد العمل والتيار المناسبين.
3. تأثير مؤشر العكارة والتلوث (SDI)
يتم ملء قناة إنتاج المياه في مكون EDI براتينج التبادل الأيوني. يمكن أن يؤدي التعكر المفرط ومؤشر التلوث إلى انسداد القناة، مما يؤدي إلى زيادة فرق الضغط في النظام وانخفاض إنتاج المياه.
لذلك، هناك حاجة إلى معالجة مسبقة مناسبة، وتلبي مياه التناضح العكسي بشكل عام متطلبات مدخل تبادل البيانات الإلكترونية.
4. تأثير الصلابة
إذا كانت صلابة المياه المتبقية في EDI عالية جدًا، فسوف تتسبب في حدوث ترسبات على سطح غشاء قناة المياه المركزة، وتقليل معدل تدفق المياه المركزة، وتقليل المقاومة الكهربائية للمياه المنتجة، والتأثير على جودة المياه المنتجة، وفي الحالات الشديدة، حجب قنوات المياه المركزة والمياه المتطرفة للمكونات، مما يؤدي إلى تلف المكونات بسبب التسخين الداخلي.
يمكن دمجه مع إزالة ثاني أكسيد الكربون لتليين وإضافة القلويات إلى تدفقات التناضح العكسي؛ عندما يكون محتوى الملح في التدفقات مرتفعًا، يمكن تعديل تأثير الصلابة عن طريق إضافة مرحلة أولى من التناضح العكسي أو الترشيح النانوي بالتزامن مع تحلية المياه.
5. تأثير إجمالي الكربون العضوي (TOC)
إذا كان المحتوى العضوي في المياه الداخلة مرتفعًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى تلوث عضوي للراتنج والغشاء النفاذ الانتقائي، مما يؤدي إلى زيادة جهد تشغيل النظام وانخفاض جودة المياه المنتجة. في الوقت نفسه، من السهل أيضًا تكوين غرويات عضوية في قناة المياه المركزة، مما قد يؤدي إلى سد القناة.
لذلك، في المعالجة، يمكن إضافة مستوى إضافي R0 بالتزامن مع متطلبات المؤشرات الأخرى لتلبية المتطلبات.
6. تأثير أيونات المعادن مثل Fe وMn
يمكن أن تسبب الأيونات المعدنية مثل Fe وMn "تسممًا" للراتنج، ويمكن أن يؤدي "تسمم" المعدن بالراتنج إلى تدهور سريع في جودة مياه الصرف EDI، وخاصة الانخفاض السريع في معدل إزالة السيليكون.
بالإضافة إلى ذلك، فإن التأثير التحفيزي للأكسدة للمعادن ذات التكافؤ المتغير على راتنجات التبادل الأيوني يمكن أن يسبب ضررًا دائمًا للراتنج.
وبشكل عام، يتم التحكم في محتوى الحديد في مدخل EDI أثناء التشغيل ليكون أقل من 0.01 ملغ/لتر.
7. تأثير ثاني أكسيد الكربون في المياه الداخلة
إن HCO3- الناتج عن ثاني أكسيد الكربون في التدفق الداخل هو عبارة عن إلكتروليت ضعيف يمكنه اختراق طبقة راتنج التبادل الأيوني بسهولة ويسبب انخفاضًا في جودة المياه المنتجة.
قبل الدخول إلى الماء، يمكن استخدام برج إزالة الغاز للإزالة.
8. تأثير محتوى الأنيون الكلي (TEA)
سيؤدي ارتفاع TEA إلى تقليل مقاومة إنتاج مياه EDI أو يتطلب زيادة في تيار التشغيل EDI، في حين سيؤدي تيار التشغيل المرتفع بشكل مفرط إلى زيادة في تيار النظام وتركيز الكلور المتبقي في المياه القطبية، وهو ما يضر بعمر الغشاء القطبي.
بالإضافة إلى العوامل الثمانية المؤثرة المذكورة أعلاه، فإن درجة حرارة الماء الداخل، وقيمة الرقم الهيدروجيني، وSiO2، والأكاسيد لها أيضًا تأثير على تشغيل نظام EDI.
03
خصائص تبادل البيانات الإلكترونية
في السنوات الأخيرة، تم تطبيق تقنية EDI على نطاق واسع في الصناعات مثل صناعات الطاقة والمواد الكيميائية والأدوية التي تتطلب جودة عالية للمياه.
لقد أظهرت الأبحاث التطبيقية طويلة المدى في مجال معالجة المياه أن تقنية معالجة EDI تتميز بالخصائص الستة التالية:
1. جودة المياه العالية وتدفق المياه المستقر
تجمع تقنية EDI بين مزايا تحلية المياه المستمرة عن طريق التحليل الكهربائي وتحلية المياه العميقة عن طريق التبادل الأيوني. وقد أظهرت الأبحاث والممارسة العلمية المستمرة أن استخدام تقنية EDI لمزيد من تحلية المياه يمكن أن يزيل الأيونات من المياه بشكل فعال ويحقق نقاءً عاليًا للمياه العادمة.
2. ظروف تركيب المعدات المنخفضة والمساحة الصغيرة
بالمقارنة مع أسرّة التبادل الأيوني، فإن أجهزة EDI أصغر حجمًا وأخف وزنًا ولا تتطلب خزانات تخزين حمضية أو قلوية، مما قد يوفر المساحة بشكل فعال.
علاوة على ذلك، فإن جهاز EDI عبارة عن هيكل مجمع بالكامل مع فترة بناء قصيرة وحجم عمل تركيب ضئيل في الموقع.
3. تصميم بسيط، سهل التشغيل والصيانة
يمكن تقسيم جهاز معالجة EDI إلى وحدات للإنتاج ويمكنه التجديد تلقائيًا بشكل مستمر دون الحاجة إلى معدات تجديد كبيرة ومعقدة. بعد وضعه في التشغيل، يكون من السهل تشغيله وصيانته.
4. التحكم التلقائي في عملية تنقية المياه بسيط ومريح
يمكن لأجهزة EDI توصيل وحدات متعددة بالتوازي مع النظام، مما يضمن تشغيل الوحدة بشكل آمن ومستقر، وجودة موثوقة، والتحكم السهل في البرنامج لتشغيل النظام وإدارته.
5. لا يتم تصريف المحاليل الحمضية والقلوية المهدرة، مما يساعد على حماية البيئة
لا تتطلب أجهزة EDI تجديدًا كيميائيًا حمضيًا أو قلويًا، ولا يحدث أساسًا أي تصريف للنفايات الكيميائية.
6. معدل استرداد المياه مرتفع، ومعدل استخدام المياه لتكنولوجيا معالجة EDI يتجاوز 90% بشكل عام
باختصار، تتمتع تقنية EDI بمزايا كبيرة من حيث جودة المياه والاستقرار التشغيلي وسهولة التشغيل والصيانة والسلامة وحماية البيئة.
ولكنها تعاني أيضًا من بعض العيوب. إذ تتطلب أجهزة تبادل البيانات الإلكترونية متطلبات عالية فيما يتعلق بجودة المياه الواردة، كما أن الاستثمار الذي تتطلبه هذه الأجهزة لمرة واحدة (تكاليف البنية الأساسية والمعدات) مرتفع نسبيًا.
تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن تكاليف البنية التحتية والمعدات الخاصة بـ EDI أعلى قليلاً من تكاليف عمليات الأسرة المختلطة، إلا أنه بالنظر إلى تكاليف التشغيل الإجمالية للمعدات، فإن تقنية EDI لا تزال تتمتع بمزايا معينة.
على سبيل المثال، قامت محطة المياه النقية بمقارنة تكاليف الاستثمار والتشغيل لعمليتين، ويمكن لجهاز EDI تعويض فرق الاستثمار مع عملية الطبقة المختلطة بعد عام واحد من التشغيل العادي.
04
التناضح العكسي + EDI مقابل التبادل الأيوني التقليدي
1. مقارنة الاستثمار الأولي للمشروع
من حيث الاستثمار الأولي للمشروع، في أنظمة معالجة المياه ذات معدلات تدفق إنتاج المياه المنخفضة، تعمل عملية التناضح العكسي + EDI على التخلص من نظام التجديد الكبير المطلوب لعمليات التبادل الأيوني التقليدية، وخاصة من خلال التخلص من خزانين لتخزين الأحماض والقلويات لكل منهما. وهذا لا يقلل بشكل كبير من تكاليف شراء المعدات فحسب، بل يوفر أيضًا حوالي 10% إلى 20% من مساحة الأرض، وبالتالي تقليل تكاليف الهندسة المدنية وشراء الأراضي لبناء المصانع.
نظرًا لحقيقة أن ارتفاع معدات التبادل الأيوني التقليدية يكون عمومًا أكثر من 5 أمتار، بينما يبلغ ارتفاع معدات التناضح العكسي والتبادل الإلكتروني للبيانات 2.5 متر، يمكن تقليل ارتفاع ورشة معالجة المياه بمقدار 2-3 أمتار، وبالتالي توفير 10% إلى 20% من الاستثمار في البناء في الورشة.
بالنظر إلى معدلات الاسترداد للتناضح العكسي وEDI، يتم استرداد كل المياه المركزة من التناضح العكسي الثانوي وEDI، ولكن يجب تصريف المياه المركزة من التناضح العكسي الأولي (حوالي 25٪)، ويجب زيادة ناتج نظام المعالجة المسبقة وفقًا لذلك. عند استخدام عمليات التوضيح والترشيح بالتخثر التقليدية في نظام المعالجة المسبقة، يجب زيادة الاستثمار الأولي بنحو 20٪ مقارنة بنظام المعالجة المسبقة باستخدام عمليات التبادل الأيوني.
مع الأخذ في الاعتبار كافة العوامل، فإن عملية التناضح العكسي+EDI تعادل تقريبًا من حيث الاستثمار الأولي عمليات التبادل الأيوني التقليدية في أنظمة معالجة المياه على نطاق صغير.
2. مقارنة تكاليف التشغيل
كما هو معروف، من حيث استهلاك الأدوية، فإن تكلفة تشغيل تقنية التناضح العكسي (بما في ذلك جرعات التناضح العكسي، والتنظيف الكيميائي، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وما إلى ذلك) أقل من تكلفة تقنية التبادل الأيوني التقليدية (بما في ذلك تجديد راتنج التبادل الأيوني، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وما إلى ذلك).
ومع ذلك، من حيث استهلاك الطاقة واستبدال قطع الغيار، فإن عملية التناضح العكسي وEDI أعلى بكثير من عملية التبادل الأيوني التقليدية.
وفقًا للإحصائيات، فإن تكلفة تشغيل عملية التناضح العكسي المقترنة بعملية EDI أعلى قليلاً من تكلفة عملية التبادل الأيوني التقليدية.
مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل، فإن التكلفة الإجمالية لتشغيل وصيانة عملية التناضح العكسي جنبًا إلى جنب مع عملية EDI أعلى بنسبة 50% إلى 70% من تكلفة عملية التبادل الأيوني التقليدية.
3. تتميز تقنية التناضح العكسي + EDI بقدرة قوية على التكيف ودرجة عالية من الأتمتة والتلوث البيئي الأدنى
تتميز عملية التناضح العكسي + EDI بقدرة كبيرة على التكيف مع محتوى الملح في المياه الخام، ويمكن استخدامها لمياه البحر والمياه المالحة ومياه تجفيف المناجم والمياه الجوفية ومياه الأنهار. ومع ذلك، فإن عملية تبادل الأيونات ليست اقتصادية عندما يكون محتوى المواد الصلبة المذابة في المياه الداخلة أكبر من 500 مجم/لتر.
لا تتطلب عملية التناضح العكسي وتبادل البيانات الإلكترونية تجديد الحمض والقاعدة، ولا تستهلك كمية كبيرة من الحمض والقاعدة، ولا تنتج كمية كبيرة من مياه الصرف الحمضية والقاعدية. كل ما يلزم هو إضافة كمية صغيرة من الحمض والقلويات ومثبط الترسبات وعامل الاختزال.
من حيث التشغيل والصيانة، تتمتع تقنية التناضح العكسي وEDI أيضًا بمزايا الأتمتة العالية والتحكم السهل في البرنامج.
4. إن معدات التناضح العكسي + EDI باهظة الثمن ويصعب إصلاحها، كما أن معالجة المياه المالحة المركزة تشكل تحديًا
على الرغم من أن عملية التناضح العكسي بالإضافة إلى EDI لها العديد من المزايا، إلا أنه في حالة فشل المعدات، وخاصة عندما تتلف غشاء التناضح العكسي ومكدس غشاء EDI، لا يمكن إيقاف تشغيلها إلا للاستبدال. في معظم الحالات، هناك حاجة إلى فنيين محترفين للاستبدال، وقد يكون وقت إيقاف التشغيل أطول.
على الرغم من أن التناضح العكسي لا ينتج كمية كبيرة من مياه الصرف الصحي الحمضية والقلوية، فإن معدل الاسترداد للتناضح العكسي الأولي لا يتجاوز عمومًا 75%، مما ينتج كمية كبيرة من المياه المركزة. إن محتوى الملح في المياه المركزة أعلى بكثير من محتوى المياه الخام. لا يوجد حاليًا أي إجراء معالجة ناضج لهذه المياه المركزة، وبمجرد تصريفها، فإنها ستلوث البيئة.
في الوقت الحاضر، في محطات الطاقة المنزلية، يتم استخدام استعادة واستخدام المياه المالحة المركزة من التناضح العكسي في الغالب لغسل الفحم وترطيب الرماد؛ تجري بعض الجامعات أبحاثًا حول عملية تنقية المياه المالحة المركزة عن طريق التبخر والتبلور، ولكن التكلفة عالية والصعوبة عالية، لذلك لم يتم تطبيقها على نطاق واسع في الصناعة حتى الآن.
تعتبر تكلفة معدات التناضح العكسي والتبادل الإلكتروني للبيانات مرتفعة نسبيًا، ولكن في بعض الحالات يكون الاستثمار الأولي أقل حتى من الاستثمار في عمليات التبادل الأيوني التقليدية.
في أنظمة معالجة المياه واسعة النطاق (عندما ينتج النظام كمية كبيرة من المياه)، يكون الاستثمار الأولي في أنظمة التناضح العكسي وتبادل البيانات الإلكترونية أعلى بكثير من الاستثمار في عمليات التبادل الأيوني التقليدية.
في أنظمة معالجة المياه على نطاق صغير، تتطلب عملية التناضح العكسي بالإضافة إلى تبادل البيانات الإلكترونية استثمارًا أوليًا مشابهًا مقارنة بعمليات التبادل الأيوني التقليدية.
باختصار، عندما يكون إنتاج نظام معالجة المياه منخفضًا، يمكن إعطاء الأولوية لعملية معالجة التناضح العكسي وتبادل البيانات الإلكترونية. تتميز هذه العملية باستثمار أولي منخفض ودرجة عالية من الأتمتة وتلوث بيئي ضئيل.
