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Elektrodeionisation (EDI) ist ein elektrisch-chemisches Verfahren zur Feinreinigung von entsalztem Wasser. Es kann grob als Kombination eines auf Ionenaustausch basierenden Mischbettfilters und der Elektrodialyse beschrieben werden. Eine EDI-Anlage läuft kontinuierlich, und benötigt dazu entsalztes Speisewasser sowie Elektrizität, jedoch keine Regenerationschemikalien.
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Bild: Elektrodeionisation, mit Enthärtung, Natronlauge-Dosierung und Umkehrosmose zur Voraufbereitung. (1) Rohwassereintritt, (2) Konzentrataustritt, (3) Diluatentnahme |
Ein EDI-Modul besteht aus einzelnen Zellen, die durch Membranen getrennt werden, welche jeweils nur für Ionen mit einer bestimmten elektrischen Ladung durchlässig sind, entweder für Kationen oder für Anionen. Kationen-permeable und Anionen-permeable Membranen sind jeweils wechselnd angeordnet, so dass jede Zelle von jeweils einer Membran beider Typen abgeschlossen wird. Es wird zwischen zwei verschiedenen Arten von Zellen unterschieden, Produkt- oder Diluatzellen und Konzentrat- oder Retenatzellen. An beiden Enden des EDI- Moduls ist eine Elektrode angeordnet. Die Zellen sind sowohl mit saurem als auch mit basischem Ionenaustauschharz gefüllt. Das Modul hat zwei Eingänge und zwei Ausgänge; jeweils einen für Produkt oder Diluat und einen für Konzentrat oder Retenat. Einige Modularten haben zusätzliche Anschlüsse zum Einspeisen einer Salzlösung oder Elektrolytfluss.
Indem eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, wird das EDI-Modul einem elektrischen Feld ausgesetzt. Das Ionenaustauschharz in den einzelnen Zellen reduziert den elektrischen Widerstand über dem Modul, und erleichtert den Transport von Ionen. Durch das elektrische Feld bewegen sich Kationen in Richtung Kathode, und Anionen in Richtung Anode. In den Produkt- oder Diluatzellen befindet sich kathodenseitig eine kationenpermeable Membran, und anodenseitig eine anionenpermeable Membran. Entsprechend können Ionen die Diluatzelle verlassen, und treten in eine anliegende Retenatzelle ein. In Retenatzellen befindet sich kathodenseitig eine anionenpermeable Membran, und anodenseitig eine kationenpermeable Membran. Entsprechend können Ionen die Retenatzelle nicht verlassen. Das derart aufbereitete Diluat ist von Mischbettqualität oder besser, abhängig von der Rohwasserqualität sowie der Voraufbereitung. Das Retenat ist oft von höherer Qualität als das Rohwasser, und kann in das Osmose-Speisewasser rückgeführt werden.
Die Wirksamkeit der Elektrodeionisation hängt direkt von der Qualität des Speisewassers ab. Auch sind die Membranen extrem empfindlich, stärker noch als Umkehrosmose-Membranen. Entsprechend wird nur entsalztes Wasser als Speisewasser verwendet, üblicherweise Permeat. Auch darf das Speisewasser keinerlei Härte, Eisen, Mangan oder Chlor enthalten. Zusätzlich sollte Kohlensäure aus dem Speisewasser entfernt werden, um die Belastung der EDI zu verringern, und die Entfernung anderer Ionen zu ermöglichen. Dies wird entweder durch Dosierung von Natronlauge (NaOH) in das Osmose-Speisewasser oder durch Membranentgasung des Permeats erreicht. Übliche Anlagenschaltungen sind: Antiscalant-Dosierung - Umkehrosmose - Enthärtung - Membranentgasung - EDI oder Enthärtung - NaOH-Dosierung - Umkehrosmose - EDI. Je nach Rohwasserqualität und Anforderungen an das Reinwasser kann der Anlage noch ein Mischbettfilter nachgeschaltet werden.
Das EDI-Verfahren selber ist sehr wirtschaftlich, bedingt durch kontinuierlichem Betrieb, konstanter Diluatqualität, Betrieb ohne Chemikalienbedarf, einer sehr hohen Ausbeute, und der Möglichtkeit, das Konzentrat wieder in das Osmose-Speisewasser rückzuführen. Allerdings wird die Wirtschaftlichkeit durch die erforderliche Voraufbereitung stark eingeschränkt. In der Praxis wird EDI vor allem bei geringen bis mittleren Durchsatzmengen eingesetzt.
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| Bild: EDI mit vorgeschalteter Umkehrosmose, Produktvolumenstrom 4 m³/h. Aufgestellt 2010 in Oslo, Norwegen. |
(variabel je nach Ausführung und Betriebsbedingungen)
| Durchsatzleistung: | 0,1 ... 5,0 m³/h je Modul |
| Ausbeute: | 90 ... 95%, Retenat kann meist zurückgeführt werden. |
| Betrieb: | kontinuierlich |
| Speisewassertemperatur: |
5 ... 40 °C |
| Speisewasservordruck: |
max. 5 ... 7 bar |
| Druckverlust: |
1,0 ... 2,5 bar |
| Speisewasserqualität: |
Permeat Kohlensäure (CO2) < 5 mg/l Leitfähigkeit < 40 μS/cm Summe Erdalkalien < 0,01 mmol/l Eisen (Fe) < 0,01 mg/l Mangan (Mn) < 0,01 mg/l Silikat (SiO2) < 1,0 mg/l Chlor (Cl2) < 0,02 mg/l |
| Diluatqualität: |
Leitfähigkeit < 0,1 μS/cm Silikat (SiO2) < 0,1 mg/l |
| Elektrischer Leistungsbedarf: | 0,02 ... 0,1 kW je 1 m³/h Durchsatzleistung |
Gering. Hauptsächlich verursacht durch Elektrizitätzbedarf. Allerdings zusätzliche indirekte Betriebskosten, verursacht durch die erforderliche Voraufbereitung (Enthärtung, Umkehrosmose, Entfernung von CO2).