همه چیز درمورد دستگاه EDR

الکترودیالیز معکوس یک فرآیند غشایی است که اغلب برای از بین بردن شوری آب و یون زدایی از آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فراین توسط دستگاه EDR قابل انجام است

دستگاه EDR چیست؟

دستگاه EDR یکی از روش‌های تصفیه آب به شمار می‌رود. حروف اختصاری EDR حاکی از عبارت ” Electro dialysis Reverse” دارند و تحت عنوان الکترودیالیز معکوس نیز شناخته می‌شود.  الکترودیالیز معکوس(EDR)  از جمله فرآیندهای غشایی است که برای جداسازی یون‌ها و ذرات معلق جامد از آب‌های شور سطحی و دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عملکرد این دستگاه به این شکل است که به وسیله‌ی جریان الکتریکی که به الکترودها داده می‌شود حرکت یون‌ها شکل می‌گیرد. این میدان الکتریکی باعث می‌شود که یون‌های مثبت به سمت کاتد و یون های منفی به سمت آند حرکت کنند. با این وجود آنیون‌ها اجازه ی عبور از غشاء تبادل آنیونی و کاتیون ها اجازه ی عبور از غشاء تبادل آنیونی را ندارند.

در دستگاه EDR هر یک ساعت حدود 2 تا 4 بار روند تعویض جای آب رقیق یا شیرین و آب غلیظ یا آب نمک را انجام می‌دهد. این عامل باعث عدم رسوب گذاری درون این غشاها می‌شود.

یک سیستم EDR از محفظه هایی مستطیلی شکل بنام استک تشکیل شده است که دربردارنده غشاهای تبادل آنیونی و کاتیونی، الکترود منفی و مثبت، فضا دهنده‌های بین غشاء و تعداد زیادی فضای بین غشایی که اصطلاحا سلول نامیده می شود، است.

درون سلول‌ها محلول یا جریان غلیظ و رقیق در جریان است. بهتر است الکترودهایی که درون غشاءها وجود دارند، فاقد خاصیت خورندگی باشند و از تیتانیومی که توسط پلاتین یا اکسیدهای فلزی مثل روبیدیم و ایریدیم آبکاری شده اند، انتخاب گردند.

از جمله قطعاتی که به استک‌ها متصل می‌شوند می‌توان به پمپ‌ها، لوله کشی‌ها و سیم برق اشاره کرد. این موارد شامل منبع تغذیه DC با قابلیت تنظیم ، یکسو کننده ها برای تبدیل جریان AC به DC، تنظیم داخلی سیستم با کنترلرها و سیستم آلارم می باشند.

به طور کلی در رابطه با پیش تصفیه‌ی مورد نیاز در فرآیند EDR ، می توان روش های مدیافیلتراسیون، رسوب گذاری و لخته شدن را نام برد.

نمونه ای از یک پایلوت آزمایشگاهی EDR که در ادامه به آن اشاره خواهد شد به این شرح است؛ این پایلوت شامل یک ماژول غشایی و دو درایو است.  در این سیستم برای ساخت ماژول غشایی از پلی فنول فرمالدهید تقویت شده به همراه 7 پیچ و مهره از جنس استنلس استیل استفاده شده است.

همچنین از درایو 600 دور در دقیقه ای که لوله ی سیلیکونی تقویت شده با پلاتین سایز 18 (cole parmer,usa) برای پمپاژ محلول‌های رقیق و نمکی و یک درایو تک سر 100 دور در دقیقه ای که محلول را برای شستشوی الکترودها به گردش در می آورد، سه مخزن 5  لیتری batch   (MCmaster-usa) به عنوان مخازنی برای نگهداری محلول ها در این پایلوت استفاده شده است.

انشعابات موجود درون استک‌ها برای ورود و خروج جریانات غلیظ و رقیق (مواد معدنی و بدون نمک) و به گردش درآمدن آن‌ها در نظر گرفته می‌شود.

طی  واکنش‌هایی که درون الکترود منفی( آند) رخ می‌دهد گاز هیدروژن و یون هیدروکسید تولید می شود که این عامل سبب ایجاد رسوب کلسیم کربنات و تولید اسید، اکسیژن و مقداری کلر در کاتد می‌شود. جالب است بدانید که این اسید باعث حل شدن کربنات کلسیم موجود در این محلول می شود.

از جمله شرکت‌هایی که در زمینه‌ی تولید دستگاه  EDR و استک‌های آن مشغول فعالیت هستند می توان به شرکت MEGA در جمهوری چک، Lenntech  هلند، SUEZ کانادا ،TRILITY استرالیا، SALTWORK  آمریکا و LIJIA چین نام برد.

اجزاء تشکیل دهنده دستگاه EDR

در دستگاه EDR 5 قسمت اصلی اعم  از جریان الکتریسیته، الکترودها، غشاهای تبادل یونی، محلول‌ها و الکترولیت‌ها وجود دارد. فضای بین غشاء ها در دستگاه الکترودیالیز سلول نامیده می شود که تعداد آن‌ها  بستگی به خوراک ورودی به سیستم برای تصفیه دارد.

غشاءهای الکترودیالیز به دو صورت همگن و ناهمگن ساخته می شوند، اولین غشاء تبادل کاتیونی است که تنها اجازه‌ی عبور یون‌های مثبت را از خود می‌دهد. دومین غشاء تبادل آنیونی نام دارد که فقط امکان عبور یون‌های منفی را از خود می‌دهد.

بهتر است الکترودهای کاربردی در دستگاه EDR در برابر خوردگی مقاوم باشد و از رسانای خوبی برای جریان الکتریکی برخوردار باشد. زیرا آند ماهیت خورندگی دارد. جنس این الکترودها معمولا از تیتانیومی که توسط پلاتین یا اکسیدهای فلزی نظیر روبیدیم و ایریدیوم آبکاری می‌شوند، انتخاب می گردد.

مزیت‌های استفاده از دستگاه EDR

مهم ترین مزیت بهره گیری از دستگاه  EDR به ریکاوری بالای سیستم اختصاص دارد. به گونه‌ای که با استفاده از این روش امکان تصفیه آب ورودی تا 94 درصد افزایش پیدا می‌کند و تنها 6 درصد از آب در قالب پساب دفع می‌گردد.

علاوه بر این، اکثر فرآیندهای نمک زدایی با فناوری‌های غشایی مرتبط است. برای مثال RO  یک راه حل جهانی برای برطرف کردن مشکلات شیرین سازی آب است. اما دستگاه EDR می تواند یک راه حل مقرون به صرفه برای بسیاری از کاربردهای صنعتی در اندازه‌های مختلف می باشد.

RO برای انجام این فرآیند به پیش تصفیه گسترده تر، قدرت پمپاژ بالاتر و مواد شیمیایی بیشتری نیاز دارد.

بهتر است بدانید که عمر مفید قطعات دستگاه  EDR  بالغ بر 10 سال تخمین زده شده  است و به موجب فشار کاری بسیار کم سیستم، هزینه نگهداری آن بسیار کم  خواهد بود.

معایب بهره گیری از دستگاه EDR

دستگاه EDR تنها می‌تواند به حذف عناصری بپردازد که از منظر الکتریکی خنثی نیستند. لذا استفاده از این روش با محدودیت مواجه است و نمی‌توان از آن در خصوص حذف میکروارگانیزم‌های موجود در آب نظیر قارچ‌ها، ویروس‌ها، جلبک‌ها و باکتری‌ها بهره برد.

ویژگی آب ورودی به دستگاه EDR

فاکتورهای آبی که به عنوان خوراک ورودی به دستگاه EDR بررسی شده بدین شکل است که فاکتورهای سیلیس، کلسیم کربنات، سولفات کلسیم، سولفات باریم و سولفات استرانسیم دائما باید کنترل شود؛ اما در مورد دیگری عناصر آلومینیوم، منگنز، آهن و H2S را جزء موارد کنترلی برای آب ورودی به دستگاه بیان شده است.

بر اساس موارد گفته شده میزان TDS، TOC، PH،  Free chlorine و Silica نیز در برخی استک ها باید مورد بررسی قرار گیرد. استفاده از دستگاه EDR به عنوان یک روش برای پیشگیری از رسوب گذاری یا از بین بردن رسوب در الکترودها به شمار می‌رود. در این فرآیند ولتاژ در الکترودها به طور زمان بندی شده معکوس می گردد که این عمل باعث تغییر جهت یون و جداشدن مواد با بار الکتریکی از سطح غشاء می شود. در طی این روند بدون نیاز به هرگونه مواد شیمیایی امکان تصفیه ی آب با غلظت بالایی از نمک اشباع ، فراهم می شود.

وجه تمایز دستگاه EDR و ED

فرآیندی که در دستگاه  EDRاتفاق می‌افتد بسیارمشابه فرآیند الکترودیالیز(ED)  است. با این تفاوت که در روش ED اغلب مشکل رسوب گذاری در غشاها وجود دارد ولی در دستگاه EDR به علت معکوس شدن جریان رقیق و غلیظ درون استک‌ها و غشاها رسوب گذاری شکل نمی‌گیرد.

مشکل عمده ای که در فرآیند الکترودیالیزED وجود دارد گرفتگی غشاها و کاهش بازدهی فرآیند است که برای برطرف کردن این مشکل از روش الکترودیالیز معکوس استفاده می شود.

توجه داشته باشید که برای انجام یک فرآیند مطلوب نیاز به یک تصفیه ی مقدماتی جهت جلوگیری از تشکیل رسوب و مسدود شدن غشاها است و مواردی که برای تصفیه مورد نیاز است کاملا به خوراک ورودی بستگی دارد. پیش تصفیه ی مورد نیاز برای این فرآیند می توان به فیلتراسیون (از نوع مدیا فیلتراسیون)، لخته شدن و رسوب گذاری اشاره کرد.

علاوه بر این، روش EDR دارای عملکردی معکوس با ED است و درصد خلوص آب یا پساب بدست آمده بالاتر است. در فرآیند الکترودیالیز یا ED، جریان به وسیله یک مدار الکتریکی وارد دستگاه می‌شود و با این جریان الکترودها دارای بار مثبت و منفی می‌گردند. این میدان الکتریکی باعث می‌شود تا یون‌های مثبت به سمت کاتد و یون‌های منفی به سمت آند انتقال یابند. در طول روند این مهاجرت یونی، آنیون‌ها از طریق غشاء تبادل یونی عبور می کنند اما اجازه ی اینکه از غشاء تبادل کاتیونی عبور کنند را ندارند. اثری مشابه با این حالت نیز برای کاتیون ها رخ می دهد؛ یعنی کاتیون ها از غشاء تبادل کاتیونی عبور کرده ولی اجازه ی عبور از غشاء تبادل آنیونی را ندارند.

شرح ساختار و عملکرد استک‌های دستگاه EDR 

دستگاه EDR  از غشاهای مستطیلی شکل بنام استک ( STACK) تشکیل شده است که بخش انتهایی آن توسط یک الکترود خاتمه می‌یابد. غشاهای درون استک به طور تناوبی از کاتیون و آنیون مرتب می شوند و از فناوری های الکترودیالیز مونتاژ اسپیسرها (spacers) و الکترودهای غشایی می باشد.

استک‌ها متشکل از پمپ‌ها، لوله کشی و سیم برق هستند و دارای امکاناتی نظیر منبع تغذیه DC با قابلیت تنظیم، یکسو کننده‌ها برای تبدیل جریان متناوب AC به جریان DC ، قابلیت تنظیم داخلی سیستم با کنترل‌ها، زمان معکوس و آلارم‌ها می باشند.

سازه اصلی استک ها شامل:

1. غشاء تبادل آنیونی
2. فاصله دهنده ی متمرکز(SPACERS CONCENTRANING )
3. غشاء تبادل کاتیونی
4. جداکننده ی یون زدایی (DEMINERAZILING SPACERS)
5. چند صد جفت سلول که به صورت افقی یا عمودی بین 2 الکترود قرار گرفته اند، می باشند

در این سیستم از پمپ های پریستالتیک (Cole Parmer, USA) برای به گردش در آمدن محلول‌های نمک، رقیق سازی و شستشوی الکترودها درون ماژول غشایی استفاده شده است. علاوه بر این، از درایو 600 دور در دقیقه مجهز به لوله ی سیلیکونی تقویت شده با پلاتین سایز 18 (Cole Parmer, USA) برای پمپاژ محلول‌های رقیق و نمکی استفاده گردیده است.

یک درایور تک سر 100 دور در دقیقه ای محلول را برای شستشوی الکترودها به گردش در می آورد. سه مخزن 5 لیتری(McMaster-carr-USA) به عنوان مخازن محلول‌ها استفاده شده است و حداکثر میزان جریان مجاز برای ماژول غشالی 70 لیتر در ساعت تعیین شده است.

جنس محفظه‌های استک از پلی فنول فرمالدهید تقویت شده که قالب زده شده، با 7 پیچ و مهره از جنس استنلس استیل، الکترود های مشبک با روکش لایه‌ای از ایریدیم و پلاسما می باشد.

شرح فرآیندی دستگاه EDR

برای نخستین بار دستگاه EDR یا الکترودیالیز معکوس در دهه ی 1960 توسعه یافت. این سیستم که عملکرد تقریبا متفاوتی با الکترودیالیز ED دارد، دارای عملکرد وارونه سازی قطبیت الکتریکی برای کنترل پوسته پوسته شدن غشاء و رسوب گذاری در آن‌ها است. هدف از طراحی سیستم EDR تولید آب معدنی (آب دمین) بدون نیاز به هرگونه مواد شیمیایی می‌باشد.

قطبیت الکترودها در دستگاه EDR به طور متوسط هر ساعت 2 تا 4 بار معکوس می‌شود. در طی این روند، واکنش‌های شیمیایی صورت گرفته در الکترودها نیز معکوس می‌گردند. طی واکنش های انجام شده در الکترود منفی، گاز هیدروژن و یون‌های هیدروکسید تولید می‌شود. هیدروکسید با افزایش PH در آب باعث ایجاد رسوب کلسیم کربنات (CACO3) می‌شود. همچنین در الکترود مثبت نیز طی انجام این واکنش‌ها اسید، اکسیژن و مقداری کلر تولید خواهد شد که این اسید تمایل به حل کردن کربنات کلسیم موجود در مواد معدنی دارد.

دریچه‌هایی که در جریان الکترود وجود دارند به طور خودکار جریان را در 2 نوع محفظه تغییر می دهند. در واقع، جریان‌هایی که در محفظه‌ی دمین سازی(رقیق) وجود دارند به جریان‌های غلیظ مبدل می‌شوند و جریان‌های غلیظ به جریان های رقیق تبدیل می‌گردند.

بدین ترتیب به صورت دوره‌ای قطبیت جریان مستقیم در این دستگاه معکوس می‌شود و محلول های رقیق و غلیظ بین سلول‌ها تعویض و جابجا می شوند تا جایی که میزان مواد معدنی موجود در آب به کمترین میزان خود برسد.

از جمله کاربردهای فرایند الکترودیالیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. شیرین کردن آب‌های زیرزمینی، شور یا دریایی برای تولید آب آشامیدنی
2. تولید کنسانتره نمکی از دریا، زباله یا آب و محلول صنعتی
3. تصفیه پسماند و آب صنعتی ( بازیافت و تولید مجدد)
4. جداسازی مواد آلی و معدنی (بازیافت و تولید مجدد)

در نهایت می‌توان گفت روش الکترودیالیز معکوس در مقایسه با سایر روش‌های یون زدایی مثل RO،ED و… مقرون به صرفه‌تر، دارای طول عمر بیشتر، عملکرد بهتر و تکنولوژی بالاتر در جهت بازیابی آب تا 90 درصد است.

جهت دریافت اطلاعات در مورد قیمت تجهیزات تصفیه فاضلاب، با شماره های موجود در وبسایت بیسوکو تماس بگیرید.