التأين الكهربي (EDI) لتنقية المياه

التأين الكهربي (EDI) هو طريقة متقدمة لتنقية المياه تنتج مياه منزوعة الأيونات عالية النقاء باستخدام مزيج من راتنجات التبادل الأيوني والأغشية الانتقائية للأيونات ومجال كهربائي للتيار المستمر. وعادةً ما تُستخدم كخطوة تلميع بعد التناضح العكسي (RO)، حيث تزيل الملوثات الأيونية المتبقية لتحقيق مقاومة تصل إلى 15-18 ميكرومتر مكعب (جودة مياه فائقة النقاء). وعلى عكس المبادلات الأيونية التقليدية المختلطة القاعية المختلطة التي تتطلب تجديدًا كيميائيًا دوريًا بالأحماض والقواعد، يعمل EDI بشكل مستمر وبدون كواشف كيميائية، حيث يعمل المجال الكهربائي باستمرار على تجديد الراتنجات في الموقع. وهذا يجعل من تقنية EDI تقنية "خضراء"، مما يلغي المواد الكيميائية الخطرة المجددة والنفايات، ويقلل من تكاليف التشغيل ووقت التوقف عن العمل المرتبط بتجديد الراتنجات. ويشار عادةً إلى وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات باسم أنظمة التأين الكهربائي المستمر (CEDI) لتشغيلها المستمر. وقد تم تطويرها في الثمانينيات وتم تسويقها في أواخر الثمانينيات، وأصبحت تقنية التحويل الإلكتروني للبيانات تقنية أثبتت جدواها على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب مياه عالية النقاء.

كيف يعمل التبادل الإلكتروني للبيانات الإلكترونية

يدمج EDI مبادئ الغسيل الكهربائي التقليدي والتبادل الأيوني في عملية واحدة. في جهاز EDI، يتدفق الماء عبر حجرات مملوءة براتنج التبادل الأيوني المختلط في طبقة مختلطة محصورة بين أغشية التبادل الكاتيون والأنيون. ويؤدي جهد التيار المستمر المطبق عبر المكدس إلى هجرة الكاتيونات نحو الكاثود والأنيونات نحو الأنود. تقوم الأغشية الانتقائية للأيونات بتوجيه هذه الأيونات إلى قنوات التركيز المجاورة (الطاردة)، بينما يتبادل الراتنج الأيونات باستمرار ويتم تجديده كهربائيًا. ويتضمن التبادل الإلكتروني للبيانات أساساً ثلاث ظواهر متزامنة:

التبادل الأيوني: إزالة الأيونات من الماء بواسطة راتنجات التبادل الأيوني في الحجرة المخففة (المنتج).

الترحيل الكهربائي (الغسيل الكهربائي): فصل الأيونات من خلال أغشية تحت مجال كهربائي، ونقل الأيونات المزالة إلى حجرات مركزة.

التجديد الكهروكيميائي: التجديد الموضعي للراتنج عن طريق انقسام الماء - يتسبب المجال الكهربائي في تفكك الماء إلى H⁺ و OH- الذي يعيد شحن قدرة التبادل للراتنج باستمرار.

من خلال الجمع بين هذه المراحل، ينتج التبادل الإلكتروني للبيانات ماءً نقيًا منزوع الأيونات بشكل مستمر. تقدم الأقسام التالية شرحًا تفصيليًا لكل مرحلة من مراحل عملية التبادل الإلكتروني للبيانات ومعلمات التشغيل التي يجب مراقبتها والملوثات النموذجية التي تتم إزالتها والتطبيقات والاعتبارات الهامة المتعلقة بالتصميم والتشغيل والصيانة لأنظمة التبادل الإلكتروني للبيانات.

عملية ومراحل التبادل الإلكتروني للبيانات الإلكترونية

رسم تخطيطي لزوج خلايا التأين الكهربائي مع خرز راتنجات التبادل الأيوني (راتنجات الكاتيون والأنيون المختلطة) بين أغشية انتقائية للأيونات (CEM = غشاء تبادل الكاتيونات، AEM = غشاء تبادل الأنيونات). ويدفع المجال الكهربائي للتيار المستمر المطبق (الأنود الموجب على اليسار، والكاثود السالب على اليمين) الكاتيونات (+) نحو الكاثود من خلال الأغشية الانتقائية للكاتيونات والأنيونات (-) نحو الأنود من خلال الأغشية الانتقائية للأنيونات، في غرف التركيز ("الرفض"). وينتج عن هذه الإزالة المستمرة للأيونات ماء منتج منزوع الأيونات في الغرفة المركزية (المخففة).

عادةً ما يتم إنشاء وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات كمداخن من العديد من "أزواج الخلايا"، ويتكون كل زوج من حجرة تخفيف (تسمى أيضًا حجرة التخفيف أو حجرة المنتج) وحجرة تركيز (حجرة التركيز أو حجرة الرفض) مفصولة بأغشية انتقائية للأيونات. تمتلئ كل حجرة تخفيف بطبقة مختلطة من راتنج التبادل الكاتيون والأنيون. يتم وضع أنود وكاثود في أي من طرفي المكدس لإنشاء المجال الكهربائي. عندما يتم إدخال مياه التغذية (عادة ما تكون نفاذية التناضح العكسي) في غرف التخفيف ويتم تطبيق جهد تيار مستمر، تتضمن عملية التبادل الإلكتروني للبيئة المراحل التالية:

التبادل الأيوني (مرحلة نزع الأيونات)

في المرحلة الأولى، يتم التقاط الأيونات في ماء التغذية بواسطة راتنجات التبادل الأيوني في غرفة التخفيف. يكون راتنج السرير المختلط في البداية في شكله المجدد (راتنج كاتيونات شكل الهيدروجين وراتنج أنيونات شكل الهيدروكسيد، على غرار راتنج DI الطازج المختلط السرير). وبينما يتدفق الماء عبر طبقة الراتنج، يتم تبادل الملوثات الأيونية على مواقع الراتنج: الأنواع الموجبة في الماء (مثل Ca²⁺، Mg²⁺، Na⁺، K⁺، NH₄⁺) تزيح أيونات H⁺ من راتنج الكاتيونات، والأنواع الأنيونية (مثل Cl- وSO₄²- وNO₃- وHCO₃- وCO₃- وCO₃- وF- والسيليكا (SiO₂-) والبورات) تزيح أيونات OH- من راتنج الأنيونات. ويتم إعادة تجميع H⁺ و OH- المنطلقة على الفور لتكوين H₂O↩O النقي. ومن خلال آلية التبادل الأيوني هذه، تتم إزالة الأيونات من التغذية أثناء مرورها عبر طبقة الراتنج - حيث يقوم الراتنج بفعالية بإزالة الأيونات الذائبة وتنقية المياه. وتتماثل عملية نزع الأيونات بواسطة الراتنج هذه مع المبادل الأيوني التقليدي المختلط القاع، ولكنها تحدث بشكل مستمر في التبادل الإلكتروني للبيئة بدلاً من أن تحدث على دفعات. وبحلول الوقت الذي يصل فيه الماء إلى مخرج غرفة التخفيف، تكون معظم الملوثات الأيونية القوية قد أزيلت على الراتنج. وبالتالي تزداد مقاومة الماء في حجرة التخفيف مع إزالة الأيونات.

المعلمات والاعتبارات - مرحلة التبادل الأيوني: يعتمد أداء هذه المرحلة على جودة مياه التغذية وحالة الراتنج. وتشمل المعلمات المهمة التي يجب مراقبتها ما يلي:

موصلية التغذية (TDS): يجب أن تحتوي تغذية EDI (عادةً ما تكون نفاذية التناضح العكسي) على مواد صلبة ذائبة كلية منخفضة (على سبيل المثال <40 ميكرو ثانية/سم مكعب، وغالبًا ما تكون أقل بكثير) لضمان قدرة الراتنج في البداية على التقاط معظم الأيونات وأن يعمل EDI في نطاقه الأمثل. الموصلية الأعلى للتغذية تعني حمولة أيونية أعلى، مما يتطلب المزيد من التيار الكهربائي لإزالة الأيونات؛ وإذا كانت مفرطة، فقد يكافح راتنج EDI لتلميع الماء إلى درجة نقاء عالية.

صلابة التغذية: حتى الصلابة النزرة (Ca²⁺، Mg²⁺) يمكن أن تستنفد مواقع تبادل الراتنج وتسبب تحجيم المركز. وعادةً ما تقتصر صلابة التغذية على 1 مجم/لتر تقريبًا في صورة CaCO₃ (غالبًا ما تكون أقل من 0.1 مجم/لتر للتطبيقات فائقة النقاء). وعادة ما تتم إزالة الصلابة عن طريق التليين عند المنبع أو عن طريق التناضح العكسي. إذا تجاوزت الصلابة حدود التصميم، يمكن أن تترسب في صورة CaCO₃ في المركز أو حتى تلوث الراتنج، مما يقلل من كفاءة التبادل الأيوني.

تغذية ثاني أكسيد الكربون₂ (ثاني أكسيد الكربون) والأنواع الضعيفة التأين: يشكل ثاني أكسيد الكربون₂ في الماء بيكربونات/كربونات يلتقطها راتنج الأنيون، مستهلكًا بذلك OH-. غالبًا ما تتطلب تغذية EDI تفريغ غاز ثاني أكسيد الكربون بعد التناضح العكسي إذا كان ثاني أكسيد الكربون عاليًا، لأن ثاني أكسيد الكربون لا يوصل ولكنه سيحمّل الراتنج ويطلق لاحقًا على هيئة بيكربونات، مما يؤثر على المقاومة. السيليكا (H₄SiO₄SiO₄ المؤين الضعيف) هو نوع آخر - يجب أن يكون عادةً أقل من 1-2 ملغم/لتر في تغذية EDI. هذه الأحماض/القواعد الضعيفة لا تتم إزالتها بالكامل بواسطة التناضح العكسي ولكن يمكن معالجتها عن طريق التجديد المستمر ل EDI (ستتم مناقشتها لاحقًا).

معدل التدفق خلال الراتنج (وقت المكوث): هناك حاجة إلى وقت مكوث تدفق كافٍ في قاع الراتنج للتبادل الأيوني الفعال. إذا كان التدفق مرتفعًا جدًا، فقد تكون إزالة الأيونات غير مكتملة؛ ومنخفضة جدًا ويزداد خطر التحجيم في المركز. تحدد الشركات المصنعة نطاقًا - على سبيل المثال، قد تتعامل الوحدة مع 1.5-2.2 متر مكعب/ساعة من تدفق المنتج. يضمن التشغيل ضمن التدفق التصميمي إمكانية حدوث خطوة التبادل الأيوني بكفاءة.

درجة الحرارة: تتحسن حركية تبادل الراتنج والموصلية مع درجة الحرارة (ضمن حدود). تعمل وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات عادةً بين 10 درجات مئوية و38 درجة مئوية. وتحت درجة حرارة أقل من 10 درجات مئوية تقريبًا، تنخفض حركية أيونات الراتنج وتقل كفاءة نزع الأيونات؛ وفوق الحد الأقصى، يمكن أن تتحلل مواد الراتنج أو الغشاء. الحفاظ على درجة حرارة التغذية في النطاق يحافظ على فعالية مرحلة التبادل الأيوني.

أثناء التشغيل العادي، يجب أن تزيل مرحلة التبادل الأيوني الجزء الأكبر من الأيونات، وتنخفض موصلية ماء المنتج بشكل كبير عبر طبقة الراتنج. إذا أظهرت أجهزة الاستشعار موصلية غير طبيعية في وقت مبكر من العملية (على سبيل المثال قياسات منتصف الخلية إذا كانت متاحة، أو انخفاض غير متوقع في مقاومة المنتج)، فقد يشير ذلك إلى استنفاد الراتنج أو تلوثه في هذه المرحلة. ومن الناحية العملية، نظرًا لأن الراتنج يتم تجديده باستمرار في المرحلة اللاحقة، فإن قدرة التبادل الأيوني تكون مستدامة - أي انخفاض في الأداء يشير عادةً إلى مشاكل مثل التلوث العضوي للراتنج أو عدم كفاية تيار التجديد، وليس مجرد استنفاد بسيط كما هو الحال في نظام القاع المختلط الثابت.

هجرة الأيونات (مرحلة الفصل الكهروكيميائي)

وتتمثل المرحلة الثانية من التبادل الإلكتروني للبيانات في الفصل الكهروكيميائي للأيونات عن طريق هجرة الأيونات تحت المجال الكهربائي للتيار المستمر المطبق. بمجرد أن تلتقط الراتنجات الموجودة في حجرة التخفيف الأيونات، لا يتم الاحتفاظ بهذه الأيونات بشكل دائم، حيث يسحبها المجال الكهربائي من حبات الراتنج ويدفعها خارج حجرة التخفيف. تهاجر الكاتيونات الممتصة من راتنج الكاتيون نحو المهبط سالب الشحنة، وتهاجر الأنيونات من راتنج الأنيون نحو الأنود موجب الشحنة. وعلى كل جانب من حجرة التخفيف، تسمح الأغشية الانتقائية للأيونات بمرور الكاتيونات أو الأنيونات إلى حجرات التركيز المجاورة:

تحد أغشية تبادل الكاتيونات (CEM) جانب الغرفة المخففة المواجهة للكاثود. تسمح هذه الأغشية بمرور الكاتيونات إلى غرفة التركيز، ولكنها ترفض الأنيونات.

تحد أغشية تبادل الأنيونات (AEM) الجانب المواجه للأنود، مما يسمح للأنيونات بالهجرة للخارج، ولكنه يمنع الكاتيونات.

وعندما تُسحب الأيونات من خلية التخفيف عبر الغشاء المناسب، تدخل إلى غرف التركيز. والأهم من ذلك، يوجد غشاء ثانٍ على الجانب البعيد من كل غرفة تركيز يمنع الأيونات من الانتقال إلى خلية التخفيف التالية. على سبيل المثال، سيواجه الكاتيون الذي يمر عبر CEM إلى غرفة التركيز غشاء أنيون على الجانب الآخر من تلك الغرفة، والذي لا يمكنه اجتيازه، مما يحبس الكاتيون بشكل فعال في حجرة التركيز. وبالمثل، تُحصر الأنيونات الخارجة من الخلية المخففة بواسطة غشاء كاتيون على الجانب البعيد من المركز. وبهذه الطريقة، يتم تجميع الأيونات المزالة في قنوات المركز (التي تحمل تيار محلول ملحي بطيء التدفق)، مما يعزلها عن تيار الماء المنتج. والنتيجة الصافية هي إزالة الأيونات ونقلها بشكل مستمر: يتم تجريد تيار التخفيف من الأيونات ويصبح منتج منزوع الأيونات، بينما يحمل تيار المركز الأيونات التي تمت إزالتها.

هذه المرحلة هي في الأساس عملية غسيل كهربائي معززة بالراتنج. ويؤدي وجود راتنج التبادل الأيوني في حجرات التخفيف إلى زيادة التوصيلية بشكل كبير ويسهل نقل الأيونات، مما يسمح لعملية التبادل الإلكتروني للبيانات بتحقيق مستويات أيونات متبقية أقل بكثير من عملية الغسيل الكهربائي وحدها. ويوفر الراتينج مسارًا عالي الكثافة للمجموعات الوظيفية المشحونة بحيث أنه حتى عندما يصبح الماء نقيًا جدًا (وتنخفض الموصلية المباشرة)، لا يزال بإمكان التيار الكهربائي الانتقال عبر الراتينج، وسحب الأيونات. وبدون الراتنج، بمجرد أن يصبح المحتوى الأيوني للماء منخفضًا، سترتفع المقاومة وتحد من إزالة المزيد من الأيونات؛ أما مع الراتنج، فيبقى الوسط الموصل ثابتًا، مما يتيح إزالة الأيونات إلى مستويات ضئيلة.

المعلمات والاعتبارات - مرحلة الفصل: تتضمن العوامل الرئيسية في هذه المرحلة الظروف الكهربائية والهيدروليكية التي تدفع هجرة الأيونات:

التيار المستمر/الجهد الكهربي: القوة الدافعة لهجرة الأيونات هي التيار الكهربائي المطبق. وغالبًا ما يتم تشغيل أنظمة EDI في وضع تيار ثابت (أو تيار محدود) للحفاظ على الإزالة المطلوبة. يجب توفير تيار كافٍ لحمل جميع الأيونات من المخفف. إذا كان التيار منخفضًا جدًا، ستبقى بعض الأيونات على الراتنج وتتسرب إلى المنتج؛ وإذا كان التيار مرتفعًا جدًا، يمكن أن تحدث تفاعلات كهروكيميائية زائدة (انقسام الماء، تطور الغاز) (حتى حدود التصميم). ويحدد المصنعون النطاق الحالي الأمثل لكل وحدة (على سبيل المثال قد تستخدم الوحدة حوالي 4-9 أمبير). على سبيل المثال، تسمح وحدة EDI من دوبونت بما يصل إلى 9.0 أمبير و ~ 160 فولت تيار مستمر لكل وحدة. يجب تحديد حجم مصدر طاقة التيار المستمر للنظام (المقوِّم) وفقًا لذلك والحفاظ على ثباته (لا يتذبذب تيار الخرج أكثر من ±5%). عادةً ما يتم ضبط الجهد بناءً على موصلية مياه التغذية والتيار المطلوب؛ كلما أصبحت مياه التغذية أكثر نقاءً أثناء التشغيل، تزداد المقاومة وقد يرتفع الجهد المطلوب. يمكن أن تشير مراقبة جهد المكدس عند تيار معين إلى ما إذا كانت الخلايا تتلوث أو تتقشر (يشير ارتفاع الجهد بمرور الوقت عند نفس التيار إلى مقاومة أعلى، ربما بسبب تقشر الغشاء أو تلوث الراتنج).

معدلات التدفق (المخفف والمركز): يؤثر معدل التدفق المخفف (المنتج) على وقت المكوث كما هو مذكور، ولكنه يؤثر أيضًا على مدى سرعة جرف الأيونات بعد التبادل. معدل تدفق المركز مهم بنفس القدر - يجب أن يكون مرتفعًا بما يكفي لطرد الأيونات المزالة من غرف التركيز ومنع الترسيب، ولكن ليس مرتفعًا جدًا بحيث يخفف المحتوى الأيوني بشكل مفرط أو يسبب انخفاضًا غير مبرر في الضغط. تقوم العديد من أنظمة EDI بتعيين تدفق المركزات عند حوالي 5-10% من تدفق المنتج، مما يؤدي إلى رفض مركزات بنسبة 5-10% تقريبًا من مياه التغذية (على سبيل المثال 90-95% استرداد المياه). يمكن تحقيق استرداد أعلى من خلال إعادة تدوير المركزات إلى تغذية التناضح العكسي، ولكن فقط إذا تمت هندستها بعناية (يمكن أن تؤدي إعادة التدوير إلى زيادة حمل ثاني أكسيد الكربون والمخاطرة بإعادة إدخال الشوائب). من المهم مراقبة موصلية مخرج التركيز - يشير ارتفاع الموصلية المركزة إلى أنها تحمل الأيونات (طبيعي)، ولكن إذا أصبحت مشبعة للغاية (تقترب من حدود التحجيم) أو منخفضة للغاية (مما يشير إلى انخفاض الحمل الأيوني أو تسرب الغشاء من ماء المنتج)، فقد يشير ذلك إلى وجود مشكلات. عادةً ما تكون الموصلية المركزة أعلى من موصلية التغذية لأنها تجمع الأيونات.

التحكم في الضغط والتسرب: تكون تيارات التخفيف والتركيز عند ضغوط مختلفة قليلاً - عادةً ما يتم الحفاظ على مخرج التركيز عند ضغط أقل من مخرج المنتج/المخفف لمنع أي تسرب عكسي من المركز إلى المنتج. يراقب المشغلون فرق الضغط التفاضلي: يجب أن يكون ضغط مخرج التركيز أقل ببضعة رطل من البوصة المربعة (على سبيل المثال 0.5-0.7 بار أقل) من مخرج المنتج. إذا حدث فرق الضغط التفاضلي في الاتجاه الخاطئ، فقد يتلوث ماء المنتج بالمركّز. كما أن قياس انخفاض الضغط عبر حجرات التخفيف يساعد أيضًا على اكتشاف التلوث (زيادة انخفاض الضغط تعني أن قنوات التدفق في الراتنج قد تكون مسدودة بالحطام أو القشور).

صحة الأغشية: في حين أنها ليست "معلمة" مباشرة، فإن سلامة الأغشية الانتقائية للأيونات أمر حيوي. في حالة تلف الغشاء (تمزق أو تسرب)، يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تلوث متبادل للتيارات. يمكن للتحليل التوصيلية أو التحليل الأيوني للتدفقات أن يكتشف ذلك في بعض الأحيان (على سبيل المثال، أيونات عالية غير متوقعة في المنتج أو تحولات غريبة في الأس الهيدروجيني). يمكن أن يساعد الرصد المنتظم لمقاومة المنتج والفحص البصري للمركزات بحثًا عن الرواسب في اكتشاف مشاكل الغشاء.

أثناء التشغيل، تكون مرحلة الفصل ذاتية التنظيم إلى حد كبير بالنظر إلى تيار وتدفقات ثابتة. سيراقب المشغلون مقاومة الماء المنتج بشكل مستمر - وهذا مقياس إجمالي لمدى جودة إزالة الأيونات من العملية بأكملها. وتعني المقاومة العالية باستمرار (الموصلية المنخفضة) أن مرحلة الترحيل تزيل الأيونات بشكل فعال. إذا بدأت مقاومة المنتج في الانخفاض إلى ما دون الهدف (على سبيل المثال أقل من 1 ميكرومتر مكعب أو أقل من المواصفات مثل 5 ميكرومتر مكعب لتغذية الغلاية، أو 15 ميكرومتر مكعب لتغذية أشباه الموصلات)، فهذا يشير إلى أن إزالة الأيونات عن طريق الترحيل غير كافية، ربما بسبب عدم كفاية التيار، أو وجود مواد كريهة تعيق نقل الأيونات، أو الراتنج المستنفد (إذا كان التجديد غير مواكب). في مثل هذه الحالات، يمكن للمشغلين زيادة التيار (إذا سمحت السعة)، أو إجراء الصيانة/التنظيف، أو التحقق من جودة التغذية لاستعادة الأداء.

التجديد في الموقع (مرحلة التجديد الكهروكيميائي)

ويتمثل أحد الجوانب الفريدة والحاسمة للتبادل الإلكتروني للبيانات في التجديد الكهروكيميائي المستمر لطبقة الراتنج. وتحدث هذه المرحلة الثالثة في نفس الوقت الذي يزيل فيه الراتنج الأيونات وينقلها. وعندما يصبح الماء المخفف منخفضًا جدًا في المحتوى الأيوني باتجاه مخرج طبقة الراتنج، تنضب الأيونات المتاحة لحمل التيار الكهربائي. ومع ذلك، وبدلاً من توقف التيار، يتسبب المجال الكهربائي القوي في انفصال (انقسام) جزء من الماء إلى أيونات الهيدروجين (H⁺) والهيدروكسيد (OH-). هذه الظاهرة، التي هي في الأساس تحليل كهربائي موضعي للماء، غالبًا ما يطلق عليها "انقسامالماء" في EDI. ويحدث ذلك في الغالب عند واجهات الراتنجات والأغشية أو عند تقاطعات الراتنجات والراتنجات عندما تتجاوز الإمكانات المحلية عتبة (حوالي 0.8 فولت عبر واجهة حبة الراتنج والغشاء كافية لتقسيم جزيئات الماء). وترتبط أيونات H⁺ و OH- المتولدة حديثًا على الفور براتنج التبادل الأيوني، مما يؤدي إلى تجديد راتنج الكاتيون إلى شكل H⁺ وراتنج الأنيون إلى شكل OH- في الموقع. وهذا يعادل إعادة شحن الراتينج باستمرار بالحمض والقاعدة، ولكن يتم إنجازه كهربائيًا وبشكل مستمر.

إن تقسيم المياه وتجديدها هو ما يمكّن EDI من إنتاج مياه فائقة النقاء بشكل مستمر دون توقف كيميائي. وفي الواقع، يتم تجديد الراتنج الموجود في الجزء الأخير من غرفة التخفيف باستمرار بواسطة H⁺/OH- المنتج، والذي يزيح أيونات الشوائب المحتجزة. ثم تنفصل أيونات الشوائب المزاحة (على سبيل المثال Na⁺ على موقع الراتنج بواسطة H⁺) ثم تنضم إلى الهجرة وتجتاح في المركز. وفي النهاية تتحد H⁺ و OH- التي أخذت مكانها على الراتنج مرة أخرى لتكوين الماء بمجرد انتقال موقع الراتنج إلى قسم جديد، أو أنها تعادل الأحماض/القواعد الضعيفة في الماء. وتعني دورة التجديد الذاتي هذه أن طبقة الراتنج لا تستنفد أبدًا كما هو الحال في النظام التقليدي؛ حيث يتم تجديدها داخليًا باستمرار. ونتيجة لذلك، يمكن لمبادل EDI أن يحافظ على نقاء ماء المنتج بشكل مستمر مع مرور الوقت، بدلاً من منحنى الاستنفاد النموذجي للمبادل الأيوني المستقل.

تتمثل إحدى الفوائد الملحوظة لهذا التجديد عن طريق تقسيم الماء في إزالة الملوثات الضعيفة التأين مثل ثاني أكسيد الكربون (مثل H₂CO₃) والسيليكا. في المبادل الأيوني المختلط القاع، يصعب إزالة ثاني أكسيد الكربون₂ وسيليكون السيليكا بمجرد استنفاد الأيونات القوية، ولكن في المبادل الأيوني المختلط، يعمل H⁺ و OH- المجدد على تحييد هذه الأنواع بفعالية: يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون₂ إلى بيكربونات/كربونات وإزالته بواسطة راتنج الأنيون، ويمكن نزع بروتون السيليكا (حمض ضعيف) بواسطة OH- لتكوين السيليكات التي تتم إزالتها بعد ذلك. وبالتالي، يمكن أن يحقق EDI مزيدًا من الإزالة لهذه الملوثات الضعيفة بعد زوال الأيونات القوية. وهذا هو السبب في استخدام EDI في كثير من الأحيان "لتلميع" مياه التناضح العكسي، حيث أن التناضح العكسي قد لا يزيل ثاني أكسيد الكربون المذاب أو السيليكا الذائبة بالكامل ولكن يمكن للتبادل الإلكتروني للبيانات أن يصقلها بفضل نظام المقاومة العالية والتجديد المستمر.

المعلمات والاعتبارات - مرحلة التجديد: إن المحرك الأساسي للتجديد هو الحفاظ على تيار كهربائي مناسب (أو كثافة تيار) يتجاوز "التيار المحدد" للحجرات المخففة. التيار المحدد هو العتبة التي يتم عندها نقل الأيونات المتاحة في المخفف بالكامل؛ وبعد ذلك، يتسبب التيار الإضافي في انقسام الماء. ويضمن المشغلون تشغيل نظام التبادل الإلكتروني للبيانات بشكل طفيف في نظام التيار الزائد عن الحد للحفاظ على التجديد المستمر. وتشمل النقاط الرئيسية ما يلي:

نقطة الضبط الحالية للتجديد: تُصمم وحدات EDI عادةً بتيار مستهدف يزيل الحمل الأيوني ويوفر فائضًا كافيًا لتقسيم الماء. على سبيل المثال، إذا كانت التغذية تحتوي على حمولة أيونية إجمالية معينة (غالبًا ما يتم تحديدها كمياً على أنها إجمالي الأنيونات/الكاتيونات القابلة للتبادل بالمكافئات)، فإن تصميم النظام سيحدد الحد الأدنى من التيار لحمل تلك الأيونات. أي تيار أعلى من ذلك يذهب إلى تجديد الراتنج عن طريق تقسيم الماء. إذا تم تعيين التيار منخفضًا جدًا (أقل من القيمة المطلوبة)، يمكن أن يصبح الراتنج في الجزء الأخير من الخلية مشبعًا ولا يتجدد، مما يؤدي إلى تسرب الأيونات. إذا كان التيار مرتفعًا جدًا، فإن انقسام الماء يكون مفرطًا، مما قد يرفع درجة الحموضة في المنتج أو تركيز الأس الهيدروجيني بشكل مفرط ويحتمل أن يسبب تحجيمًا أو تدهورًا متسارعًا للغشاء، ويهدر الطاقة. لذا، فإن التحكم في التيار داخل النطاق الأمثل أمر بالغ الأهمية. في الممارسة العملية، تعمل العديد من أنظمة EDI بتيار ثابت وتعتمد على جودة التغذية ضمن المواصفات. إذا زاد الحمل الأيوني للتغذية (على سبيل المثال ارتفاع ثاني أكسيد الكربون أو تسرب الصلابة)، قد يحتاج المشغل إلى زيادة التيار للحفاظ على التجديد.

مراقبة الجهد: كما ذكرنا سابقًا، قد يشير الجهد المتزايد لتيار معين إلى تحجيم أو تلوث. أحد الجوانب الخاصة لتقسيم الماء هو أنه يمكن أن يزيد من الأس الهيدروجيني المحلي في المركز (حيث يتراكم OH-) ويقلل من الأس الهيدروجيني في المناطق القريبة من الأنود (حيث يتراكم H⁺). وبالتالي يمكن أن يؤدي التيار المرتفع للغاية إلى ارتفاع الأس الهيدروجيني في المركز الذي قد يعجل السيليكا أو كربونات الكالسيوم. يمكن أن تكون مراقبة الأس اله يدروجيني للمركز أو حساب مؤشر تشبع لانجيليه جزءًا من التحكم في التحجيم أثناء التجديد. تحد بعض الأنظمة من التيار أو الاسترداد للحفاظ على الأس الهيدروجيني للتركيز أقل من قيم معينة (على سبيل المثال إذا ارتفع الأس الهيدروجيني للتركيز >10 بسبب زيادة OH- فقد تتبلمر السيليكا).

حالة الراتنج: بمرور الوقت، يمكن أن تفقد الراتنجات قدرتها بسبب القاذورات أو التلف التأكسدي. عملية التجديد تبقيها نشطة، ولكن في حالة تلف الراتنج (على سبيل المثال بسبب هجوم الكلور أو القاذورات العضوية)، حتى تقسيم الماء لن يعيد مواقع التبادل بالكامل. إذا لاحظ المشغلون أنه حتى عند التيار العادي أو الأقصى فإن مقاومة المنتج تتجه نحو الانخفاض على مدى أشهر/سنوات، فقد يشير ذلك إلى تآكل الراتنج وانخفاض فعالية التجديد. وقد يستلزم ذلك استبدال الوحدة.

تأثيرات درجة الحرارة: انقسام الماء ماص للحرارة ومحدود أيضًا بالحركية؛ يمكن أن يسهل الماء الأكثر دفئًا التفكك بسهولة. قد يؤدي التشغيل عند درجة حرارة منخفضة للغاية إلى إعاقة كفاءة التجديد بشكل طفيف (بالإضافة إلى التبادل الأيوني). ومع ذلك، فإن هذا عادة ما يكون عاملاً ثانوياً مقارنةً بالتحكم الحالي.

وباختصار، طالما يتم تزويد EDI بتيار كافٍ بالنسبة للحمل الأيوني، سيحدث التجديد الكهربائي تلقائيًا ويحافظ على الراتنج في شكل H⁺/OH-. تكون هذه المرحلة "غير مرئية" إلى حد كبير للمشغل أثناء التشغيل العادي - وينعكس نجاحها في المقاومة العالية المستقرة لمياه المنتج والعمر الطويل للراتنج. وهي تلغي الحاجة إلى خطوات تجديد كيميائية خارجية. إذا تعثرت هذه المرحلة (بسبب عدم كفاية التيار أو الراتنج المسمم)، يتضح ذلك من خلال انخفاض جودة مياه المنتج. في مثل هذه الحالات، قد يقوم المرء بإجراء مساعدة يدوية للتجديد (على سبيل المثال، يقوم بعض المشغلين بتدوير حمض/قاعدة مخفف مؤقتًا أو تعزيز التيار في وضع إعادة التدوير لإعادة تجديد الراتنج). ومع ذلك، في ظل الظروف المثالية، فإن التجديد الكهربائي المستمر يكفي لعمر الوحدة.

الملوثات النموذجية التي يتم إزالتها بواسطة EDI

يعتبر EDI فعالاً في إزالة جميع الأنواع المتأينة أو القابلة للتأين من الماء تقريباً. وتشمل الملوثات والأيونات النموذجية التي تتم إزالتها ما يلي:

الملوثات الموجبة: الكالسيوم (Ca²⁺)، والمغنيسيوم (Mg²⁺)، والصوديوم (Na⁺)، والبوتاسيوم (K⁺)، والأمونيوم (NH₄⁺)، والحديد (Fe²⁺/Fe³⁺)، والمنغنيز، والكاتيونات المعدنية الأخرى يتم إزالتها بسهولة بواسطة راتنج التبادل الكاتيون في EDI. ويشمل ذلك المعادن الثقيلة النزرة (النحاس²⁺، والنيكل²⁺، والزنك²⁺، وما إلى ذلك) التي غالبًا ما توجد في التغذية أو في بعض تيارات النفايات.

الملوثات الأنيونية: كلوريد (Cl-)، كبريتات (SO₄²-)، نترات (NO₃-)، بيكربونات/كربونات (HCO₃-/CO₃²-)، فلوريد (F-), سيليكات/سيليكا (توجد عادةً في صورة H₂SiO₃ أو SiO₂-nH₂O)، والبورون (في صورة أنيون البورات)، وغيرها من الأحماض التي تتم إزالتها بواسطة راتنج الأنيون. حتى الأحماض الضعيفة التأين مثل حمض الكربونيك (H₂CO₃ من CO₂) وحمض السيليك (H₄SiO₄) يتم التخلص منها بفعالية لأن بيئة الأس الهيدروجيني العالية من راتنج OH- تساعد على تأينها لإزالتها.

المركبات العضوية القابلة للتأين: يمكن للتحلل الإلكتروني للبيئة إزالة الأنواع العضوية المشحونة مثل الأحماض العضوية (مثل حمض الأسيتيك وحمض الفورميك في شكلها المنفصل) والمواد العضوية القابلة للتأين منخفضة الوزن الجزيئي. ويتم التقاطها بواسطة الراتنجات إذا كانت تحمل شحنة. ومع ذلك، لا تتم إزالة المواد العضوية المحايدة (غير المتأينة) بواسطة آلية التبادل الأيوني إلا بشكل عرضي عن طريق الامتزاز، لذلك فإن التبادل الإلكتروني للبيانات غير مصمم لإزالة المواد العضوية غير المواد العضوية الأيونية. يجب تقليل الكربون العضوي الكلي (TOC) غير الأيوني في التغذية (على سبيل المثال عن طريق التناضح العكسي والكربون المنشط) لمنع التلوث.

السيليكا: تجدر الإشارة إلى أن السيليكا (غالبًا ما يتم الإبلاغ عنها بشكل منفصل في المياه عالية النقاء) تتم إزالتها كأيونات سيليكات. وغالبًا ما تحتوي مياه منتج EDI على سيليكا منخفضة جدًا، وتفي بالمتطلبات الصارمة (<0.1 ملغم/لتر) لصناعات مثل الطاقة وأشباه الموصلات. وتسمح تصميمات التبادل الإلكتروني للبيانات ذات الخلايا الرقيقة بتغذية سيليكا أعلى قليلاً (حتى 2 مجم/لتر تقريباً) من التصميمات القديمة، ولكن لا تزال سيليكا المنتج منخفضة إلى حد كبير.

الغازات والغازات الذائبة القابلة للتأين: يتم التعامل مع ثاني أكسيد الكربون المذاب كما ذكرنا عن طريق التحويل إلى الصورة الأيونية. يتم التقاط الأمونيا (NH₃/NH₄₄⁺) إذا كانت موجودة (من تكسير الكلورامين أو مصدر آخر) كأيون أمونيوم على راتنج الكاتيون. تكون غازات الأكسجين أو النيتروجين غير مؤينة وتمر من خلاله (على الرغم من أنها ليست مصدر قلق عادةً للنقاء، بل للتآكل الذي يتم التعامل معه في مكان آخر). ينتج التبادل الإلكتروني للبيانات غازات H₂ وO₂ عند الأقطاب الكهربائية (التي يتم تنفيسها، وليس في الماء المنتج).

ومن حيث الجوهر، يمكن إزالة أي شوائب أيونية - سواء كانت ملحًا أو معدنًا أو ملوثًا غير عضوي - بواسطة EDI. بعد المعالجة المسبقة للتناضح العكسي، قد تكون الأيونات المتبقية النموذجية في حدود بضعة ملغم/لتر أو أقل؛ وسيقوم EDI بتلميعها إلى مستويات ميكروغرام/لتر. على سبيل المثال، إذا كان متخلل التناضح العكسي يحتوي على 5-10 ميكرو ثانية/سم موصلية (حوالي 2-5 جزء في المليون من المواد الصلبة الصلبة الصفرية)، يمكن أن يقلل EDI ذلك إلى <0.1 ميكرو ثانية/سم (فائق النقاء). تشمل الأيونات المتبقية الشائعة التي يستهدفها ED I الصوديوم والكلوريد والكبريتات والسيليكا والبيكربونات (من ثاني أكسيد الكربون) - وغالبًا ما تكون هذه هي الأيونات التي يتركها التناضح العكسي بكميات منخفضة، ويستخدم EDI لإزالتها لتلبية المواصفات فائقة النقاء.

وتجدر الإشارة إلى أن التبادل الإلكتروني للبيانات لا يزيل الكائنات الحية الدقيقة أو الجسيمات (عادةً ما يتم ترشيحها/معالجتها بالأشعة فوق البنفسجية في المراحل الأولى). كما لا يمتلك التبادل الإلكتروني للبيانات آلية محددة لإزالة الملوثات غير الأيونية تمامًا (مثل المواد العضوية الذائبة مثل البنزين، أو الأحماض/القواعد الضعيفة جدًا التي تظل غير مؤينة)؛ ويجب معالجة هذه الملوثات بخطوات تنقية أخرى إذا لزم الأمر. ولكن بالنسبة للتلوث الأيوني، يوفر التبادل الإلكتروني للبيانات صقلًا فعالًا للغاية، وغالبًا ما يحقق إزالة الأيونات إلى حدود الكشف.

تطبيقات التبادل الإلكتروني للبيانات في الصناعات

تُستخدم أنظمة EDI في العديد من الصناعات التي تتطلب مياه عالية النقاء أو منزوعة الأيونات. وتشمل مجالات التطبيق الرئيسية ما يلي:

أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة: تحتاج صناعة الإلكترونيات إلى مياه فائقة النقاء (UPW) لشطف وتنظيف رقائق أشباه الموصلات والمكونات. حتى الملوثات الأيونية الضئيلة يمكن أن تتسبب في حدوث قصور كهربائي أو عيوب في الدوائر الدقيقة. يُستخدم EDI على نطاق واسع في مصانع أشباه الموصلات كجزء من تنقية المياه متعددة الخطوات (عادةً بعد التناضح العكسي والترشيح الفائق) لتحقيق مقاومة تصل إلى 18 ميكرومتر مكعب. ومن خلال إزالة الأيونات باستمرار، يضمن EDI أن مياه الشطف لا تترك أي بقايا موصلة على الرقائق، مما يمنع حدوث دوائر قصيرة في الدوائر الكهربائية المعبأة بكثافة. وغالبًا ما يتطلب هذا التطبيق أعلى جودة للمياه؛ ويساعد EDI على تحقيق مستويات منخفضة للغاية من السيليكا والبورون، وهي أمور بالغة الأهمية في مواصفات مياه أشباه الموصلات.

الأدوية والتكنولوجيا الحيوية: تستخدم معامل تصنيع المستحضرات الصيدلانية ومختبرات التكنولوجيا الحيوية المياه منزوعة الأيونات لتحضير التركيبات وتنظيف المعدات وكمياه مكونة (على سبيل المثال للمحاليل الوريدية وتحضير الوسائط). يمكن أن تحفز الشوائب الأيونية تفاعلات غير مرغوب فيها أو تسبب ترسبات في محاليل الأدوية. يشيع استخدام EDI، بالاشتراك مع التناضح العكسي والأشعة فوق البنفسجية، لإنتاج مياه منقاة من قبل USP وحتى كجزء من توليد الماء للحقن (WFI) (على الرغم من أن WFI قد يتطلب التقطير أو الترشيح الفائق كخطوة نهائية). ونظرًا لأن EDI لا يحتوي على أي مواد كيميائية معاد توليدها، فإنه يتجنب إدخال أي إضافات كيميائية ويحافظ على جودة مياه ثابتة، وهو أمر مهم للتحقق من صحة المياه في مجال الأدوية. كما أن التشغيل المستمر يعني أيضًا عدم وجود وقت تعطل للتجديد، مما يضمن إمدادات موثوقة من المياه عالية النقاء للعمليات الحرجة. وتقدر المنشآت الصيدلانية حقيقة أن وحدات EDI لا تعزز نمو الميكروبات بسهولة - فالنقاء العالي وبيئة المقاومة العالية والمجال الكهربائي الثابت تخلق حالة حيوية تمنع الكائنات الحية الدقيقة.

توليد الطاقة (مياه تغذية الغلايات): تحتاج صناعة الطاقة إلى مياه منزوعة المعادن لتوليد البخار في الغلايات ولمياه التركيب في التوربينات البخارية عالية الضغط. أي شوائب أيونية في تغذية الغلايات يمكن أن تؤدي إلى ترسبات قشرية على شفرات التوربينات أو أنابيب الغلايات وتؤدي إلى التآكل وفقدان الكفاءة. تصقل أنظمة EDI نفاذية التناضح العكسي لتوفير مياه منزوعة المعادن ذات موصلية وسيليكا منخفضة للغاية، مما يحمي الغلايات من التكلس ويمنع تراكم الرواسب الموصلة التي يمكن أن تسبب بقعًا ساخنة أو تآكلًا. في قطاع الطاقة، غالبًا ما تحل تقنية EDI محل أجهزة إزالة المعادن بالتبادل الأيوني التقليدية أو تعززها، مما يلغي معالجة الأحماض/الكاوية في الموقع. ويساعد الإنتاج المستمر الموثوق به محطات الطاقة في الحفاظ على التشغيل المستقر - حيث يتم تقليل الشوائب في دورة البخار إلى الحد الأدنى، وتعمل التوربينات والمبادلات الحرارية لفترة أطول بين عمليات التنظيف. وعادةً ما يتم تصميم وحدات EDI لمحطات الطاقة لمعدلات التدفق الكبيرة، وغالبًا ما يتم دمجها في قطارات إزالة المعادن المركبة على مزلقة بما في ذلك المرشحات المسبقة والتناضح العكسي و EDI.

الأغذية والمشروبات: تستخدم العديد من عمليات الأغذية والمشروبات المياه منزوعة الأيونات لتخفيف المنتج أو مياه المكونات أو لأغراض المرافق (مثل تغذية الغلايات للبخار الملامس مباشرة للمنتجات). على سبيل المثال، قد يستخدم إنتاج المشروبات المعبأة في زجاجات مياه مصقولة من EDI لضمان حيادية الطعم والثبات (قد تؤثر أيونات مثل الكالسيوم أو الكبريتات على النكهة أو تتفاعل مع تركيبات المنتج). وقد تستخدم مصانع الجعة ومصانع الألبان المياه المنزوعة المعادن لخلطها بالمحتوى المعدني المطلوب. يوفر EDI جودة مياه متسقة دون التعرض لخطر تلوث الراتنج المتجدد. وفي صناعة المُحليات أو المكونات، يمكن للمياه منزوعة الأيونات التي ينتجها EDI تحسين نقاء المنتج. وبالإضافة إلى ذلك، فإن عدم وجود مواد كيميائية للتجديد يعد ميزة لأنه يتجنب أي احتمال لوجود بقايا كيميائية في التطبيقات الغذائية. (ملاحظة: عادةً ما يتم عادةً إعادة تمعدن مياه منتج EDI في الأغذية/المشروبات أو مزجها إلى حد ما من أجل المذاق أو التغذية، ولكن يضمن EDI نقاءً مبدئيًا معروفًا).

مياه المختبرات والمياه التحليلية: غالبًا ما تتطلب المختبرات (المختبرات الكيميائية والبيولوجية والتحليلية) مياه من النوع الأول والنوع الثاني من المياه الكاشفة للتجارب وتغذية الأجهزة (على سبيل المثال للتحليل عالي النقاء HPLC، وغازات التحكم الكربوني، وزراعة الخلايا، وما إلى ذلك). وكثيراً ما يتم دمج وحدات EDI في أنظمة تنقية المياه المعملية (بعد التناضح العكسي) لإنتاج مياه فائقة النقاء بدرجة 18 ميكرومتر مكعب للتطبيقات التحليلية الحرجة. نظرًا لأن EDI يمكن أن يعمل بشكل مستمر، يمكن لأنظمة المختبرات إعادة تدوير المياه من خلال EDI للحفاظ على النقاء في حلقة التخزين. كما أنه يقلل من عمليات استبدال الخراطيش - يعمل EDI بشكل أساسي كملمع قاع مختلط مستمر لا يستنفد بسرعة، مما يقلل من تكلفة وصيانة أنظمة مياه المختبر. تستخدم العديد من وحدات مياه المختبرات التجارية (على سبيل المثال، تلك التي تنتجها ميليبور أو ثيرمو) وحدات EDI صغيرة الحجم مع خطوات تلميع أخرى (الأشعة فوق البنفسجية، مرشح 0.2 ميكرومتر) لتحقيق النقاء المطلوب للتحليلات الحساسة.

المعالجة البيئية ومعالجة مياه الصرف الصحي: بالإضافة إلى إنتاج المياه النقية، تم تطبيق التبادل الإلكتروني للبيئة لمعالجة بعض مياه الصرف الصحي، خاصة لإزالة واستعادة المعادن الثقيلة أو الملوثات الأيونية الأخرى. فعلى سبيل المثال، في الطلاء الكهربائي أو مياه الصرف الصحي الخاصة بتشطيب المعادن، يمكن للتبادل الإلكتروني للبيانات إزالة المعادن مثل الكروم (Cr³⁺/Cr⁶⁺⁺) والنحاس (Cu²⁺) والكوبالت والنيكل وما إلى ذلك، وتركيزها في تيار مرفوض لاستعادتها أو التخلص منها بشكل صحيح. وفي إدارة مياه الصرف الصحي النووي، تمت دراسة التبادل الإلكتروني للبيانات لإزالة النويدات المشعة مثل السيزيوم (Cs⁺). ويمكن أن يحقق التبادل الإلكتروني للبيانات في هذه التطبيقات كفاءة عالية لإزالة الأيونات؛ ومع ذلك، فإن ظروف التغذية أكثر صعوبة (ارتفاع المواد الصلبة الصلبة الصفرية ووجود أيونات منافسة). وغالبًا ما يتم استخدام إعدادات EDI المتخصصة أو EDI متعدد المراحل لمثل هذه الأغراض. وتتمثل الميزة في أن التبادل الإلكتروني للبيئة لا ينتج كمية كبيرة من المواد الكيميائية المستهلكة المجددة المستهلكة؛ وبدلاً من ذلك، فإنه ينتج محلول ملحي أصغر تركيزاً مع الملوثات، مما يمكن أن يبسط التعامل مع النفايات الخطرة في المراحل النهائية. في التطبيقات البيئية، يتم تقييم التبادل الإلكتروني للبيئة لقدرته على العمل بشكل مستمر وقدرته على الإزالة الانتقائية (عن طريق ضبط أنواع الأغشية/الراتنجات) لأيونات محددة.

الاستخدامات المذكورة أعلاه هي الاستخدامات الرئيسية، ولكن هناك تطبيقات متخصصة أخرى أيضًا (كما هو الحال في الصناعة الكيميائية حيث يتم استخدام المياه منزوعة الأيونات للتخفيف والتنظيف، أو في السيارات لإنتاج مياه البطاريات، إلخ). وباختصار، فإن أي عملية تتطلب إمدادات موثوقة من المياه عالية النقاء أو فائقة النقاء، خالية من الأملاح الذائبة، هي عملية مرشحة لتكنولوجيا EDI. إن الاعتماد الواسع النطاق في قطاعات الإلكترونيات والأدوية والطاقة مدفوع بالحاجة الماسة إلى جودة مياه متسقة والمزايا الاقتصادية/البيئية للتخلص من التجديد الكيميائي.

الاعتبارات التشغيلية للأداء وطول العمر الافتراضي

يتطلب تشغيل نظام التبادل الإلكتروني للبيانات الاهتمام ببعض معايير جودة المياه وظروف النظام لضمان الأداء الأمثل وإطالة عمر الوحدات. وفيما يلي الاعتبارات التشغيلية الرئيسية وما ينبغي مراقبته أثناء تشغيل نظام التبادل الإلكتروني للبيانات:

مراقبة جودة مياه التغذية: كما تم التأكيد عليه، يجب معالجة التغذية إلى EDI مسبقًا (عادةً عن طريق التناضح العكسي وربما إزالة الغاز/التليين) لتلبية معايير الجودة المحددة. يجب أن يراقب المشغلون بشكل مستمر أو منتظم موصلية التغذية والصلابة والسيليكا ومستويات ثاني أكسيد الكربون ووجود المواد المؤكسدة. تعطي التوصيلية مؤشرًا سريعًا للحمل الأيوني الكلي، ولكنها قد لا تكشف عن الأنواع المتأينة الضعيفة (CO₂، SiO₂)؛ ومن ثم فإن قياس إجمالي الأنيونات القابلة للتبادل (TEA) أو حساب CO₂ على أساس القلوية/الأس الهيدروجيني مفيد. يجب قياس الصلابة - حتى الاضطرابات الطفيفة في المنقي أو مجرى التناضح العكسي يمكن أن تزيد من الصلابة وتخاطر بالتقشر. إذا زادت الصلابة عن المواصفات (> 0.1-0.2 جزء في المليون في صورة CaCO₃)، فقد يحتاج المشغلون إلى تقليل استرداد EDI أو إجراء تنظيف وقائي للتكلس. يجب مراقبة السيليكا في التغذية إذا لم يكن التناضح العكسي في المنبع مزدوج المرور (تتضمن بعض المواقع أيضًا خطوة التبادل الأيوني أو خطوة الامتزاز للسيليكا إذا كان رفض التناضح العكسي غير كافٍ). يتم مراقبة ثاني أكسيد الكربون عن طريق قلوية التغذية أو مستشعر ثاني أكسيد الكربون؛ يمكن إزالة ثاني أكسيد الكربون المرتفع بواسطة غشاء إزالة الغازات أو جهاز إزالة الغازات القسري قبل التبادل الإلكتروني للبيئة لتقليل الحمل على راتنج الأنيون. يجب أن تكون العوامل المؤكسدة (الكلور والكلورامين والأوزون) غير قابلة للكشف في التغذية - عادةً <0.02 جزء في المليون من الكلور الحر - حيث إنها ستهاجم راتنجات التبادل الأيوني والأغشية، مما يؤدي إلى إتلافها بشكل لا رجعة فيه. وغالبًا ما تُستخدم أجهزة مراقبة الكلور أو أجهزة مراقبة الكلور عبر الإنترنت بعد جرعات الكربون المنشط أو ثنائي كبريتيت الصوديوم (وهي طرق شائعة لإزالة الكلور من التغذية) لضمان عدم اختراق المؤكسد. كما يؤخذ في الاعتبار أيضًا مؤشر كثافة الطمي (SDI) أو تعكر مياه التغذية؛ على الرغم من أن التناضح العكسي يجب أن يتعامل مع الجسيمات، فإن أي قاذورات غروانية تتسرب إلى EDI يمكن أن تسد طبقة الراتنج. وعادةً ما يتم الاحتفاظ بتعكر تغذية EDI <0.1 NTU.

مراقبة جودة مياه المنتج: معلمة المنتج الأساسية هي المقاومة (أو الموصلية). المقاومة العالية (بوحدة MΩ-cm) هي الهدف؛ وأي انخفاض في المقاومة يشير إلى وجود مشكلة في الأداء. يتم استخدام مقاييس المقاومة عبر الإنترنت (معادلة لدرجة الحرارة إلى 25 درجة مئوية) في منافذ التبادل الإلكتروني للبيانات - على سبيل المثال، قد تكون القراءة المستمرة >15 ميكرومتر مكعب سم مطلوبة في عملية ما، مع وجود إنذارات إذا انخفضت عن ذلك. يمكن أن يعني الانخفاض المفاجئ في المقاومة الانخفاض المفاجئ في المقاومة ارتفاعًا حادًا في ملوثات التغذية، أو استنفاد الراتنج (إذا كان التيار غير كافٍ)، أو فشل مثل غشاء ممزق يسمح بالتسرب. من خلال تتبع اتجاهات المقاومة، يمكن للمشغلين اكتشاف القاذورات التدريجية أو التغيرات التدريجية. في التطبيقات الحرجة، يتم أيضًا قياس مستويات السيليكا في المنتج (على سبيل المثال عن طريق أجهزة تحليل السيليكا عبر الإنترنت في محطات الطاقة) حيث يمكن أن يحدث اختراق السيليكا قبل ارتفاع الموصلية العامة (السيليكا موصلة ضعيفة التوصيل). بالإضافة إلى ذلك، تتم مراقبة الأس الهيدروجيني للمنتج في بعض الأحيان؛ وغالبًا ما يكون ماء منتج EDI مرتفعًا قليلاً في الأس الهيدروجيني (7-9) بسبب تسرب أثر OH- ولكن قد يشير التحول الحاد في الأس الهيدروجيني إلى خلل في إزالة الكاتيونات/الأنيونات (على سبيل المثال، إذا تم استنفاد راتنج الأنيون، فقد يمر ثاني أكسيد الكربون ويخفض الأس الهيدروجيني).

مراقبة تيار المركزات: يحمل تدفق المركز (المرفوض) الشوائب، ويمكن أن تؤثر حالته على طول عمر EDI. يتأكد المشغلون من أن معدل تدفق المركزات ضمن التصميم، وغالبًا ما يراقبون موصلية المركزات والأس الهيدروجيني. قد تعني الموصلية العالية جدًا للمركزات وجود حمل أيوني زائد أو عدم كفاية التنظيف (مما قد يؤدي إلى ترسيب الأملاح في غرف التركيز). يمكن أن ينذر ارتفاع الأس الهيدروجيني للتركيز (بسبب تراكم OH- من انقسام الماء) بتراكم الأيونات (CaCO₃ أو Mg(OH)₂ أو SiO₂ إذا كانت هذه الأيونات موجودة). تقوم بعض الأنظمة بنزف جزء صغير من المركز أو جرعة حمض للتحكم في الأس الهيدروجيني إذا لزم الأمر. أيضًا، تتم مراقبة ضغط مخرج المركز للحفاظ على ذلك الفارق السالب الطفيف بالنسبة للمخفف كما ذكرنا؛ إذا تم سد تدفق المركز أو سوء ضبط الصمام مما يسبب ارتفاع الضغط، فقد يجبر ذلك المركز على العودة إلى جانب المنتج - وهي حالة يجب تجنبها.

توازن التدفق والاسترداد: أثناء التشغيل، يتم الحفاظ على نسبة تدفق المخفف (المنتج) إلى تدفق المركزات حسب المواصفات. في حالة زيادة تدفق المنتج، قد يحتاج تدفق المركز أو إعادة التدوير إلى تعديل للحفاظ على الاسترداد في النطاق. تحتوي معظم الأنظمة على مقاييس دوران أو مستشعرات تدفق على تيارات المنتج والمركز وشطف القطب الكهربائي - يجب فحصها بانتظام. عادةً ما يتم تثبيت إنذار التدفق المنخفض على مياه المنتج لمنع تشغيل الوحدة مع عدم كفاية التدفق (مما قد يؤدي إلى تسخين موضعي وتدهور الراتنج). في الواقع، غالبًا ما تكون وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات محمية بأجهزة التعشيق: مفتاح تدفق أدنى على خط المنتج (المخفف) لإيقاف تيار التيار المستمر إذا كان التدفق منخفضًا جدًا، وأجهزة تخفيف الضغط لتجنب الضغط الزائد. يجب على المشغلين التحقق من أن ضوابط السلامة هذه تعمل. من المهم الحفاظ على توزيع التدفق الموصى به (على سبيل المثال المنتج مقابل التركيز مقابل تدفق القطب الكهربائي). أي اختلال في التوازن لفترة طويلة (مثل عدم وجود تدفق في شطف القطب الكهربائي) يمكن أن يسبب التقشر أو الجفاف في أجزاء من الوحدة.

المعلمات الكهربائية: يجب مراقبة تيار خرج التيار المستمر والجهد الكهربائي لمصدر طاقة التيار المستمر بشكل مستمر. تحتوي العديد من أنظمة EDI على شاشة عرض أمبير وغالبًا ما تعمل بتيار محدد. سيعكس السحب الحالي مقدار الحمل الأيوني الذي تتم معالجته - إذا ساءت جودة مياه التغذية، فقد تتطلب الوحدة مزيدًا من التيار (إذا تم تشغيلها في وضع الجهد الثابت) أو ستنخفض جودة المنتج (إذا كان التيار محدودًا). عادةً ما يتم تشغيل الأنظمة في وضع التيار الثابت: يتم تثبيت التيار عند قيمة أعلى من الحد الأدنى النظري لمياه التغذية TDS. ثم يطفو الجهد إلى ما هو مطلوب، حتى الحد الأقصى. يراقب المشغلون الجهد الكهربي: إذا ارتفع بالقرب من الحد الأقصى لإمدادات الطاقة، فقد يشير ذلك إلى أن الخلايا أصبحت أقل توصيلًا (تلوث محتمل). يمكن أن يشير الانخفاض المفاجئ في الجهد المطلوب إلى وجود تسرب أو تقصير (فقدان المسار المقاوم). تتضمن بعض الأنظمة كلاً من إنذارات التيار والجهد. ومن الممارسات الجيدة أيضًا تسجيل الكفاءة الحالية (نسبة الإزالة الأيونية المكافئة للتيار المار) بشكل دوري كتشخيص للأداء. وبمرور الوقت، إذا حدث التحجيم، قد ينخفض جزء التيار الذي يذهب إلى إزالة الأيونات المفيدة (يذهب المزيد إلى انقسام الماء)، وهو ما يمكن استنتاجه من التغيرات في الموصلية المركزة مقابل التيار.

منع التلوث والقشور: لضمان طول العمر الافتراضي، يسعى المشغلون جاهدين للحفاظ على نظافة EDI. الصيانة قبل المعالجة أمر أساسي - على سبيل المثال التأكد من أن أغشية التناضح العكسي تعمل ولا تمرر عسرًا أو مواد عضوية زائدة. يجب استبدال مرشحات خرطوشة المنبع في الموعد المحدد لتجنب تلوث الجسيمات بالراتنج. إذا كان هناك خطر حدوث تلوث عضوي (على سبيل المثال إذا كانت التغذية تحتوي على نسبة عالية من المحتوى العضوي أو المحتوى البيولوجي)، فإن إضافة مصباح الأشعة فوق البنفسجية قبل التحويل الإلكتروني للبيانات (لأكسدة المركبات العضوية) أو إجراء عمليات تعقيم دورية يمكن أن يساعد. تقوم بعض المرافق بإعادة تدوير محلول تعقيم بارد بشكل دوري (مثل هيدروكسيد الصوديوم المخفف أو مبيد حيوي متخصص) من خلال EDI لمنع تكون الأغشية الحيوية، على الرغم من أن الحاجة إلى ذلك تقل لأن المجال الكهربائي وظروف النقاء العالية غير مواتية للميكروبات.

التسجيل المستمر: تحتوي مزلقات EDI الحديثة على أجهزة لتسجيل الضغوط والتدفقات والمقاومة ودرجات الحرارة وما إلى ذلك. يمكن أن تكشف المراجعة المنتظمة لهذه السجلات عن اتجاهات خفية - على سبيل المثال، يمكن أن تشير مقاومة المنتج المتناقصة ببطء على مدى أسابيع إلى وجود تلوث، وهو ما يمكن للمشغل معالجته قبل أن يصل إلى مستويات الإنذار. كما يساعد التسجيل أيضًا في استكشاف الأخطاء وإصلاحها في حالة حدوث انحراف.

باختصار، يجب على المشغل أن يتعامل مع وحدة EDI مثلها مثل وحدة التناضح العكسي أو غيرها من وحدات المياه الحرجة - الحفاظ على ظروف تشغيل مستقرة، والحفاظ على التغذية ضمن المواصفات، والاستجابة لأي إنذار أو انحراف في المعلمات على الفور. من خلال القيام بذلك، سينتج EDI باستمرار مياه عالية الجودة وستدوم الوحدات العمر الافتراضي المتوقع لها. يمكن للعديد من الأنظمة أن تعمل لسنوات بأقل قدر من التدخل باستثناء المراقبة الروتينية، خاصة إذا كانت المعالجة المسبقة قوية.

اعتبارات التصميم والتركيب لأنظمة التبادل الإلكتروني للبيانات الإلكترونية

عند التخطيط لتثبيت نظام التبادل الإلكتروني للبيانات، يجب مراعاة عدة عوامل فنية لضمان نجاح التكامل والتشغيل:

متطلبات ما قبل المعالجة: EDI ليست خطوة تنقية قائمة بذاتها؛ فهي تعتمد على المعالجة الأولية لتقليل الحمل. والتناضح العكسي مطلوب دائمًا تقريبًا قبل المعالجة بالتبادل الإلكتروني للبيانات لأنه يخفض المواد الصلبة الصلبة الذائبة بنسبة 90-99%، مما يوفر تغذية مناسبة. وبالإضافة إلى ذلك، قد تكون هناك حاجة إلى تليين المنبع (التبادل الأيوني أو الجرعات المضادة للمواد المضادة للتحلل) لحماية التناضح العكسي (وبالتالي EDI) من الصلابة. وغالبًا ما يتم تضمين وحدة إزالة الغازات (وحدة إزالة الغازات الغشائية أو مزيل الكربون) لتجريد ثاني أكسيد الكربون من نفاذية التناضح العكسي لتقليل الحمل الأيوني على EDI (عن طريق منع تكوين بيكربونات). تعد مرشحات الكربون المنشط أو إزالة الكلور الكيميائي إلزامية لإزالة الكلور/المواد المؤكسدة قبل عملية التناضح العكسي بحيث لا يصل أي منها إلى EDI. بشكل أساسي، تأكد من أن التغذية تفي بجميع مواصفات الجودة الموصى بها من قبل الشركة المصنعة لمبادرة التحويل الإلكتروني (الموصلية، والـ SDI، والصلابة، والسيليكا، والـ TOC، والكلور، وما إلى ذلك) في جميع الأوقات. إذا كانت جودة مياه المصدر متغيرة، فيجب أن تكون هناك أنظمة قوية للمعالجة المسبقة وربما زائدة عن الحاجة؛ حيث إن مؤشر التجهيز الإلكتروني للبيانات حساس للرحلات خارج نطاق تصميمه.

تحديد حجم النظام وتكوين الوحدات: تحديد معدل تدفق المنتج المطلوب واختيار عدد وحجم وحدات EDI وفقًا لذلك. تأتي وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات بسعات مختلفة - على سبيل المثال، تنتج بعض الوحدات حوالي 2 متر مكعب/ساعة لكل منها، لذلك ستستخدم أنظمة التدفق الأكبر وحدات متعددة بالتوازي. يمكن أيضًا تنظيم الوحدات في سلسلة للحصول على نقاوة عالية إضافية (أقل شيوعًا، حيث تكفي وحدة واحدة عادةً بعد التناضح العكسي). وينبغي أن يخصص تصميم النظام مساحة لمزلقة EDI، بما في ذلك مصدر طاقة التيار المستمر (المقوم) ولوحة التحكم. يجب أن يكون حجم مقوم التيار المستمر مناسبًا لتزويد التيار الكلي لجميع الوحدات بالجهد اللازم. إذا تم استخدام 4 وحدات تصل قدرة كل منها إلى 9 أمبير، فيجب أن يتعامل الإمداد مع 36 أمبير تقريبًا عند الجهد المتوقع (والذي قد يتراوح بين 100-300 فولت تيار مستمر حسب تصميم الوحدة). من الحكمة أن يكون لديك بعض النفقات العامة في سعة مصدر الطاقة. التصميم الكهربائي السليم بما في ذلك التأريض أمر بالغ الأهمية - يجب تأريض جميع الأنابيب والوحدات النمطية لأن الماء والمعدات تكون في جهد عالي بالنسبة للأرض أثناء التشغيل. تعتبر أقفال السلامة (مفاتيح الأبواب على اللوحات الكهربائية، وما إلى ذلك) واتباع الرموز الكهربائية إلزامية لسلامة المشغل.

التكامل الهيدروليكي: عادةً ما تكون وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات مثبتة على مزلقة مع مشعبات للتغذية والمنتج والمركز. يجب أن توفر مضخة التغذية لم ضخة التغذية لمضخة EDI (غالبًا ما تستخدم مضخة الضغط العالي RO مع خنق، أو إضافة مضخة معززة) التدفق والضغط المطلوبين. تأكد من أن مضخة التغذية يمكن أن تحافظ على التدفق المطلوب عند حوالي 40-80 رطل لكل بوصة مربعة (ضغط التشغيل النموذجي) للدفع من خلال مقاومة تدفق وحدات EDI. يتم استخدام صمام التحكم في التدفق أو مقياس التدفق على خط المنتج لضبط تدفق المنتج. يحتوي خط التركيز عادةً على تدفق أو مقيد لضبط النسبة. التخطيط لوسيلة للتخلص من تيار المركز أو إعادة استخدامه - على سبيل المثال تصريف مع فجوة هوائية (حيث أن المركز قد يحتوي على كمية صغيرة من غاز الهيدروجين والشوائب)، أو أنابيب لإرساله إلى خزان تغذية التناضح العكسي لإعادة التدوير (مع ضوابط مناسبة). في حالة إعادة تدوير المركز، ضع في اعتبارك أنه سيعيد إدخال أي ثاني أكسيد الكربون أو السيليكا التي يحتوي عليها إلى تغذية التناضح العكسي، مما قد يتطلب تعديلات في استرداد التناضح العكسي أو جهاز إزالة الغازات في حلقة إعادة التدوير. بالإضافة إلى ذلك، قد تحتاج تيارات المركزات والأقطاب الكهربائية إلى تنفيس الغازات المنتجة في الأقطاب الكهربائية (H₂، O₂). أثناء التركيب، غالبًا ما يتم تركيب منافذ تنفيس أو فواصل الغازات على خط إرجاع المركزات للتنفيس الآمن لغاز الهيدروجين وتجنب تراكمه (وفقًا لإرشادات السلامة، يجب أن يبقى H₂ أقل من 25% من الحد الأدنى للانفجار في أي مكان مغلق).

توافق المواد: تأكد من أن جميع المواد الملامسة للماء في حلقة EDI متوافقة ولن ترشح أيونات. عادةً ما تكون الأنابيب من UPVC أو البولي بروبلين أو الفولاذ المقاوم للصدأ. تجنب النحاس أو النحاس أو أي مواد يمكن أن تضيف أيونات. تجنب أيضًا المواد التي تتخلص من المواد العضوية. يتم اختيار مواد وحدة EDI (الراتنج، والأغشية، والمبيت) من قبل الشركة المصنعة من أجل النقاء؛ فقط تأكد من أن الحشيات والمواد اللاصقة في بقية النظام نظيفة بالمثل. إذا كان التطبيق صيدلانيًا، فقد تحتاج المواد إلى أن تكون متوافقة مع إدارة الغذاء والدواء الأمريكية أو التحقق من صحة المواد المتسربة.

البيئة وموقع التركيب: يجب أن تكون وحدات EDI موجودة في الداخل، ومحمية من درجات الحرارة القصوى وأشعة الشمس. يجب أن تبقى درجة الحرارة المحيطة ضمن نطاق تشغيل الوحدة (10-38 درجة مئوية)، ومن الأفضل أن تكون في غرفة محكومة للحفاظ على استقرار درجة حرارة الماء. ستؤدي ظروف التجميد إلى تدمير الوحدة (تمدد الماء)، لذلك إذا كان هناك أي خطر، فلا بد من التتبع الحراري أو التركيب الداخلي. وبالمثل، يجب تجنب البيئات ذات الرطوبة العالية لحماية المعدات الكهربائية (رطوبة 90% كحد أقصى حسب بعض المواصفات). يجب التقليل من الاهتزاز؛ يجب أن تكون المزلقة على أرضية ثابتة لأن الاهتزاز المفرط قد يؤدي إلى فك التوصيلات أو الإضرار بتغليف الراتنج. يجب تخصيص مساحة للوصول إلى الصيانة - على سبيل المثال مساحة لفصل الوحدات واستبدالها عند الحاجة، ولتوصيلات معدات التنظيف الكيميائي.

الأجهزة والضوابط: سيشمل نظام التبادل الإلكتروني للبيانات المصمم جيدًا أجهزة لجميع المعلمات الحرجة. كحد أدنى، قم بتركيب أجهزة استشعار ل: موصلية التغذية، ومقاومة المنتج، وتدفق المنتج، وتدفق المركز، وضغط التغذية والمخرج، ودرجة الحرارة. في كثير من الأحيان، يتم تضمين أجهزة استشعار اختيارية للأس الهيدروجيني للتغذية، وسيليكا المنتج، وما إلى ذلك، إذا كانت العملية تتطلب تحكمًا محكمًا. يجب أن تربط الأقفال المتداخلة بين EDI وعملية التناضح العكسي في المنبع - عادةً ما يتم تشغيل EDI فقط عندما يكون نفاذ التناضح العكسي في المواصفات ويتدفق؛ إذا كان التناضح العكسي متوقفًا أو كانت جودة المياه سيئة (مثل الموصلية العالية)، يمكن تجاوز مزلقة EDI أو إيقاف تشغيلها لحمايتها. قم بتضمين خط جانبي لتحويل المياه حول EDI أثناء بدء التشغيل أو الصيانة، بحيث لا يزال بإمكانك توفير المياه (وإن كانت أقل نقاء) للمستخدمين إذا لزم الأمر. يمكن أن تدمج أنظمة التحكم (PLC/HMI) مراقبة EDI والإنذارات في التحكم الشامل في محطة المياه. يجب إعداد الإنذارات الخاصة بالموصلية العالية للمنتج، والتدفق المنخفض، والضغط العالي، وما إلى ذلك، لتنبيه المشغلين أو إيقاف تشغيل الوحدة قبل حدوث الضرر. في محطة توليد الطاقة أو التصنيع المستمر، قد يتم ربط هذه الإنذارات بنظام التحكم الموزع الموزع في المحطة.

التشغيل التجريبي وبدء التشغيل الأولي: عند التثبيت، يتضمن التشغيل المبدئي تشغيل أولي يتضمن غسل النظام بمتخلل التناضح العكسي، والتحقق من عدم وجود تسرب، ثم تشغيل وحدات EDI. في كثير من الأحيان، قد تستغرق وحدة EDI الجديدة بعض الوقت (عدة ساعات حتى يوم واحد) للوصول إلى ذروة إنتاج النقاء، لأن الراتنج قد يحتاج إلى تحويله بالكامل إلى شكل H⁺/OH- بواسطة التجديد الكهربائي. خلال البداية الأولى، قد يوصي المصنعون بتدوير الماء في حلقة وتطبيق تيار عالٍ لبضع ساعات(فترة التجديد الكهربائي) قبل أخذ الماء المنتج للاستخدام. على سبيل المثال، قد تكون هناك حاجة إلى تجديد أولي لمدة 8-24 ساعة لوحدة جديدة لتحقيق جودة 16+ MΩ سم. من المهم التخطيط لخطوة التشغيل هذه حتى تأخذ جداول الإنتاج في الحسبان. بعد ذلك، يمكن إرسال المياه إلى الأمام (عادةً بعد التحقق من الجودة عن طريق الاختبارات المعملية).

إن مراعاة جميع هذه العوامل في مرحلة التصميم/التركيب ستمهد الطريق لتشغيل EDI الموثوق به. من المهم اتباع إرشادات المورد بشأن حدود مياه التغذية والسباكة والتوصيل الكهربائي. سيكون لكل نموذج من نماذج وحدات EDI دليل مفصل يحدد هذه المتطلبات، والالتزام بها (مثل تصنيفات ما قبل التصفية، وتحديد حجم المضخة، وممارسات التوصيل الكهربائي) يضمن أداء النظام على النحو المنشود وأن تظل الضمانات سارية.

الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وعمر الوحدة النمطية

تتمثل إحدى مزايا التبادل الإلكتروني للبيانات في تقليل الصيانة الروتينية مقارنة بالمبادلات الأيونية المجددة كيميائياً. ومع ذلك، لا تزال أنظمة التبادل الإلكتروني للبيانات تحتاج إلى صيانة دقيقة وتدخل من حين لآخر للحفاظ على الأداء على مدى سنوات من التشغيل. فيما يلي إجراءات الصيانة ونصائح استكشاف الأخطاء وإصلاحها وتوقعات عمر الوحدة:

المراقبة الروتينية والصيانة الوقائية

كما تمت مناقشته في الاعتبارات التشغيلية، راقب باستمرار معايير الجودة والنظام. احتفظ بالسجلات وابحث عن الاتجاهات. قد تشمل الفحوصات اليومية/المناوبة تسجيل مقاومة المنتج، وموصلية التغذية، والتدفقات، والضغوط، والتيار/الجهد. التأكد من عدم وجود إنذارات أو انحرافات. التحقق بانتظام من وظيفة الأدوات (معايرة مقاييس الموصلية/المقاومات المقاومة وغيرها في الموعد المحدد). افحص أيضًا رفض المركز بصريًا - ابحث عن أي علامات ترسيب (تعكر أو ترسبات في تدفق الرفض أو عند فوهة الرفض) وتحقق من أنابيب أو فتحات المركز بحثًا عن أي انسداد. إذا تم استخدام تيار شطف قطب كهربائي منفصل، فتحقق من تدفقه وعدم انسداد مخرجه (غالبًا ما يذهب شطف القطب الكهربائي إلى الصرف أو يعود إلى خزان التغذية؛ إذا كان مسدودًا، يمكن أن يحدث تراكم للغاز). في التشغيل العادي، تكون وحدات EDI ذاتية التنظيف إلى حد ما من الشوائب الطفيفة (بسبب التنظيف الأيوني المستمر)، ولكن الصيانة الوقائية تركز على الحفاظ على التغذية في المواصفات - على سبيل المثال، استبدال المرشحات المسبقة (مرشحات 5 ميكرون أو 1 ميكرون) على أساس منتظم، وصيانة التناضح العكسي حسب الحاجة (التنظيف، واستبدال الغشاء) لحماية وحدة EDI في اتجاه مجرى التيار.

إجراءات التنظيف

وبمرور الوقت، قد تشير مشكلات الأداء مثل الانخفاض التدريجي في مقاومة المنتج أو زيادة انخفاض الضغط إلى وجود قاذورات أو تحجيم يتطلب تنظيف وحدات EDI. يمكن تنظيف أنظمة EDI عن طريق تدوير مواد كيميائية مناسبة للتنظيف من خلال غرف التنظيف المخففة والمركزة (على غرار التنظيف المكاني - التنظيف المكاني). ويعتمد اختيار محلول التنظيف على نوع القاذورات:

التقشر (ترسبات معدنية مثل كربونات الكالسيوم أو هيدروكسيدات المعادن)

عادةً ما يكون التنظيف الموصى به هو حمض مخفف. على سبيل المثال، يمكن أن يذيب حمض الهيدروكلوريك (HCl) أو حمض الستريك بنسبة 2٪ تقريبًا من قشور الكالسيوم/المغنيسيوم. سيؤدي التنظيف الحمضي إلى تحويل الراتنج مؤقتًا إلى أشكال ملحية، ولكن يتم استعادة ذلك أثناء إعادة التشغيل.

القاذورات العضوية أو البيولوجية، ترسبات السيليكا

يتم استخدام تنظيف قاعدي (درجة حموضة عالية). وغالباً ما يكون محلول الصودا الكاوية المخفف (NaOH) بنسبة 1% تقريباً فعالاً لإزالة المواد العضوية أو الأغشية الحيوية الرقيقة وللمساعدة في إذابة رواسب السيليكا. ستزيل المواد الكاوية الأحماض العضوية من الراتنج وتحلل الأغشية الحيوية الرقيقة. في بعض الأحيان يتم إجراء تنظيف مركب (كاوية متبوعة بحمض) في حالة الاشتباه في وجود مواد كريهة مختلطة، ولكن يجب الشطف جيدًا بين المواد الكيميائية لتجنب التفاعل (مثل خلط الحمض + القاعدة).

التنظيف الجسدي

وبالإضافة إلى المواد الكيميائية، يمكن أن يساعد التدفق العالي التدفق بالماء منزوع الأيونات على إزاحة الجسيمات العالقة أو جزيئات الراتنج الدقيقة (إن وجدت). تأكد من أن السرعات لا تتلف طبقة الراتنج، ولكن يمكن استخدام زيادة مؤقتة في التدفق أثناء التنظيف لإخراج الحطام.

يتم إجراء التنظيف عادةً مع إيقاف تشغيل التيار المستمر (بدون تيار)، لتجنب أي تفاعلات كهروكيميائية مع مواد التنظيف الكيميائية. ويتمثل الإجراء في إعادة تدوير محلول التنظيف من خلال الوحدات (غالبًا ما يكون كلا الجانبين المخفف والمركز في وقت واحد) لفترة محددة (على سبيل المثال 30-60 دقيقة)، ثم يتم شطفها جيدًا بالماء عالي النقاء. من الضروري شطف جميع مواد التنظيف، حيث أن الأحماض أو المواد الكاوية المتبقية قد تضر بالراتنج أو الأغشية إذا تم تشغيل الطاقة. بعد الشطف، تحتاج الوحدات عادةً إلى "تجديدها" كهربائيًا مرة أخرى - أي تشغيل EDI بتيار عادي أو مرتفع قليلاً بماء RO العذب في حلقة حتى تعود جودة المنتج إلى المواصفات. يتحقق المشغلون من أداء ما بعد التنظيف عن طريق التحقق من أن مقاومة المنتج والمعلمات الأخرى تتطابق مع قيم ما قبل التنظيف أو تتحسن. يجب توثيق جميع أحداث التنظيف في سجلات الصيانة، مع ملاحظة السبب (مثل زيادة انخفاض الضغط، وزيادة الموصلية) والنتائج، حيث يساعد ذلك على تحسين جدولة الصيانة المستقبلية.

استكشاف المشكلات الشائعة وإصلاحها

انخفاض جودة المنتج (مقاومة منخفضة)

هذه هي المشكلة الأكثر شيوعًا التي تؤدي إلى استكشاف الأعطال وإصلاحها. إذا انخفضت المقاومة، افحص أولاً مياه التغذية - هل زادت الموصلية أو ثاني أكسيد الكربون فجأة؟ إذا كان الأمر كذلك، فقم بمعالجة التغذية (مشاكل التناضح العكسي، وما إلى ذلك). تحقق من أن تيار التيار المستمر عند نقطة الضبط؛ قد يؤدي خطأ في مصدر الطاقة أو خطأ المشغل إلى انخفاض التيار بشكل كبير. افحص أيضًا تدفق التركيز - إذا توقف تدفق التركيز أو شطف القطب الكهربائي (على سبيل المثال بسبب مشكلة في المضخة أو الصمام)، فقد تكون الوحدة قد تراكمت بها أيونات. سيكون الحل هو استعادة التدفقات وربما إعادة التدوير لفترة من الوقت للتعافي. إذا كانت التغذية والتدفقات على ما يرام، فقد تكون المشكلة هي القاذورات: على سبيل المثال، القاذورات العضوية على الراتنج ستقلل من كفاءة التبادل. في هذه الحالة، خطط للتنظيف (عادة ما يكون التنظيف الكاوية للمواد العضوية). بعد التنظيف، أعد اختبار الجودة. إذا لم تتحسن الجودة بعد، فقد يشير ذلك إلى تلف لا يمكن إصلاحه (مثل أكسدة الراتنج أو التسمم). عند هذه النقطة، قد يكون من الضروري استبدال الوحدة.

زيادة انخفاض الضغط المتزايد

إذا ارتفع الضغط عبر وحدة EDI بشكل كبير، فهذا يشير إلى وجود انسداد في قنوات التدفق (الراتنج أو الفواصل). المسببات المحتملة: تلوث الجسيمات أو التحجيم. تحقق من حالة تغذية SDI/مرشح التغذية. إذا كان هناك اشتباه في وجود قشور (مثل CaCO₃)، فإن التنظيف الحمضي له ما يبرره. في حالة وجود جسيمات، في بعض الأحيان يمكن أن يؤدي التدفق البسيط عالي التدفق إلى دفع الحطام. تأكد من عدم وجود صمامات مغلقة جزئياً. يمكن للضغط التفاضلي العالي المستمر أن يضغط على قاع الراتنج ويزيد من إضعاف الأداء، لذلك يجب حلها على الفور. في الحالات القصوى، قد يلزم تفكيك الوحدة (إن أمكن) أو استبدالها إذا كانت القناة مسدودة بشكل دائم. وتعد الوقاية عن طريق الترشيح المسبق المناسب أمرًا أساسيًا، كما هو مذكور في تحذيرات الشركة المصنعة من أن فجوات راتنج EDI يمكن أن تسد وتضر بالأداء بسرعة إذا تعرضت للجسيمات.

الشذوذات الكهربائية (الجهد العالي أو التعثرات)

إذا ارتفع جهد النظام فجأة عن المعدل الطبيعي عند التيار المحدد، فهذا يشير إلى زيادة مقاومة المكدس - على الأرجح بسبب زيادة القشور على الأغشية أو جفاف الراتنج. ستعيق طبقة القشور على الغشاء تدفق الأيونات وترفع المقاومة؛ الحل هو التنظيف الكيميائي (حمض أو قاعدة مناسبة حسب القشور). يمكن أن يتسبب جفاف الراتنج (على سبيل المثال، إذا تم تشغيل EDI دون قصد دون تدفق المياه لفترة أو تم تخزينه بشكل غير صحيح) في فقدان الاتصال؛ وعادة ما يكون الإصلاح الوحيد للراتنج المجفف هو الاستبدال، حيث تتشكل الشقوق والجيوب الهوائية. إذا كان مزود الطاقة يتعثر، تحقق من وجود أي مشاكل في التأريض أو قصور في التأريض - السبب الشائع هو تسرب المياه إلى الموصلات الكهربائية أو غشاء مكسور يسبب دائرة قصر مباشرة للقطب الكهربائي. يتطلب ذلك فحصًا ماديًا وربما إصلاح الوحدة أو استبدالها.

تسرب خرز الراتنج

على الرغم من أنه نادر الحدوث في التشغيل العادي، إلا أنه في حالة تعطل مانع تسرب في الوحدة، قد ترى حبات راتنج في الأنابيب أو المرشحات في اتجاه مجرى التيار. قد يستلزم ذلك إيقاف تشغيل الوحدة وإصلاحها أو استبدالها، حيث حدث عطل في أحد المكونات الداخلية.

درجة حموضة الماء المنتج خارج المواصفات

إذا انجرف الرقم الهيدروجيني للمنتج بعيدًا عن التعادلية بطريقة غير عادية، فقد يشير ذلك إلى وجود خلل (على سبيل المثال حدوث إزالة الكاتيون فقط وعدم حدوث إزالة الأنيون أو العكس). قد يحدث هذا إذا تلف أحد أنواع الأغشية أو تلوث أحد أنواع الراتنجات. على سبيل المثال، إذا كان راتنج الأنيون ملوثًا، يمكن أن تمر السيليكا أو ثاني أكسيد الكربون من خلاله، مما يقلل من الأس الهيدروجيني. قد يستهدف الحل هذا القاذورات المحددة (التنظيف الكاوية للمواد العضوية التي غالبًا ما تفسد راتنج الأنيون).

عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها، يكون النهج المنهجي هو الأفضل: التحقق من جودة التغذية، ثم ظروف تشغيل الوحدة (التدفقات، التيار، إلخ)، ثم النظر في إجراء التنظيف، وإذا فشل ذلك، عزل المشكلة إلى وحدة معينة (في الأنظمة متعددة الوحدات) عن طريق اختبار الوحدات كل على حدة. تحتوي العديد من أنظمة التبادل الإلكتروني للبيانات على وحدات متعددة؛ من خلال مقارنة أداء كل منها (إذا كانت القياسات الفردية متاحة)، يمكن للمرء تحديد ما إذا كانت وحدة واحدة بها مشكلة وربما تبديلها كملاذ أخير.

توقعات عمر الوحدة النمطية

مع العناية المناسبة، تتمتع وحدات EDI بعمر تشغيلي طويل. هناك منشآت تقوم بتشغيل نفس الوحدات لمدة 5-10 سنوات أو أكثر دون استبدالها. غالبًا ما يتم تحديد العمر الافتراضي النموذجي المتوقع بأكثر من 5 سنوات من التشغيل المستمر، على افتراض أن مياه التغذية تكون باستمرار ضمن المواصفات ويتم إجراء الصيانة الدورية. في بعض الحالات، يمكن للوحدات أن تدوم أكثر من ذلك بكثير ("سنوات عديدة") قبل أن يستلزم تدهور الراتنج أو الغشاء الاستبدال. العوامل التي عادة ما تنهي عمر وحدة EDI هي: تلوث لا رجعة فيه (من المواد العضوية، السيليكا، إلخ)، أو أكسدة الراتنج (من حادثة كلور أو سنوات من التعرض للتتبع، مما يتسبب في فقدان القدرة)، أو التدهور المادي (تقادم الغشاء، تسرب مانع التسرب). إذا لم يعد من الممكن الحفاظ على جودة مياه المنتج حتى بعد التنظيف الشامل وإعادة التهيئة الشاملة، فهذه علامة على ضرورة استبدال الوحدة. لزيادة العمر الافتراضي للوحدة إلى أقصى حد: حافظ على المعالجة المسبقة الممتازة (عدم وجود مؤكسدات، وانخفاض نسبة الحموضة الحامضية، وما إلى ذلك)، ولا تصدم الوحدة بالتدفق المفاجئ أو تغيرات الطاقة المفاجئة، وتجنب الإيقاف غير الضروري (أبقها تعمل بحمل منخفض إن أمكن بدلاً من التوقف بشكل متكرر)، وحافظ دائمًا على الوحدة رطبة. لا تسمح أبدًا لوحدة EDI بالجفاف أثناء التخزين أو الإغلاق، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف الراتنج والأغشية بشكل دائم. إذا كان يجب إيقاف تشغيل وحدة التبادل الإلكتروني للبيانات لفترة طويلة، فيجب تخزينها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة - عادةً ما يتم الاحتفاظ بها مملوءة بالماء (أو محلول حافظة) ومختومة. يوصي البعض بإعادة التدوير الدوري أو تشغيل الوحدة لفترة وجيزة خلال فترات الخمول الطويلة للحفاظ على الراتنج في شكل متجدد. وغالباً ما تذكر الشركات المصنعة أنه يمكن تخزين الوحدات لأشهر في حالة رطبة؛ على سبيل المثال، تحدد شركة دوبونت أنه يمكن تخزين الوحدات لمدة تصل إلى ستة أشهر في العبوة الأصلية مع اتخاذ التدابير المناسبة.

في حالة وصول الوحدة إلى نهاية عمرها الافتراضي، ينطوي الاستبدال على خفض ضغط الوحدة وعزلها وفصل التوصيلات الكهربائية وتوصيلات السباكة وتركيب وحدة جديدة. ستتطلب الوحدة الجديدة إجراء بدء التشغيل العادي (فترة التنظيف والتجديد الأولي). من الممارسة الجيدة الاحتفاظ بوحدة احتياطية (أو على الأقل قطع غيار حرجة مثل مصدر طاقة احتياطي، وحشيات إضافية) في متناول اليد للأنظمة التي قد يكون فيها وقت التعطل حرجًا. ومع ذلك، مع التشغيل الجيد، يجب أن تكون عمليات الاستبدال الفعلية للوحدات نادرة.

وباختصار، تركز صيانة التبادل الإلكتروني للبيانات على منع حدوث مشكلات من خلال التشغيل المتسق والمعالجة المسبقة ومعالجة القاذورات في وقت مبكر إذا ظهرت. ومقارنةً بخزانات التبادل الأيوني التي تحتاج إلى تجديد كيميائي متكرر أو استبدال الراتنج، يوفر التبادل الإلكتروني للبيانات عملية أكثر راحة. لكنها ليست خالية من الصيانة بأي حال من الأحوال - يجب على المتخصصين في معالجة المياه مراقبتها وإجراء عمليات تنظيف وفحص دورية. عندما تتم صيانتها بشكل صحيح، تعمل وحدات EDI بشكل موثوق، ويمكن للنظام أن يعمل بشكل مستمر بأقل قدر من التدخل، مما ينتج تيارًا ثابتًا من المياه عالية النقاء.

ميزات تصميم وحدة EDI النمطية والمواصفات الفنية

قد تختلف وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات من مختلف الشركات المصنعة في تفاصيل البناء، ولكنها تشترك في عناصر تصميم مشتركة. ويساعد فهم التصميم العام والمواصفات النموذجية في تقييم ومقارنة أنظمة التبادل الإلكتروني للبيانات:

الإنشاءات والمواد

يتم تصميم معظم وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات في تكوين لوحة وإطار أو مكدس، مع وجود حجرات مخففة ومركزة بالتناوب مفصولة بأغشية التبادل الأيوني ومملوءة بالراتنج. وتشمل المواد النموذجية إطارات بولي كلوريد الفينيل أو البولي بروبلين، وأغشية التبادل الأيوني المصنوعة من بوليمرات صفائح مع مجموعات السلفونيك (الكاتيون) أو الأمونيوم الرباعية (الأنيون) المتجمدة وراتنج التبادل الأيوني المختلط (كاتيون حمض قوي وراتنجات أنيون قوية القاعدة في شكل حبة). تمسك الصفائح الطرفية المكدس معاً، وتوجد الأقطاب الكهربائية (غالباً ما تكون مصنوعة من مواد خاملة مثل التيتانيوم المطلي أو الفولاذ المقاوم للصدأ) في الأطراف. تستخدم بعض التصاميم، مثل بعض وحدات EDI الأسطوانية (على سبيل المثال من شركة DuPont)، مسار تدفق الجرح الحلزوني للتركيز داخل الأسطوانة، ولكنها لا تزال تتكون داخليًا من أغشية مكدسة ومقصورات مملوءة بالراتنج. يتم اختيار جميع المواد المبللة للحصول على درجة نقاء وتوافق عالية؛ على سبيل المثال، يتم تجديد الراتنجات وشطفها بدرجة عالية لتكون منخفضة من المواد المبللة؛ والأغشية مماثلة لتلك المستخدمة في الغسيل الكهربائي (مع عمر طويل ومقاومة للحشف الحيوي).

راتنج القاع المختلط

داخل كل غرفة مخففة، يتم ملء راتنج التبادل الأيوني المختلط بإحكام. يحتوي الراتنج عادةً على نسبة محددة من راتنج الكاتيون إلى راتنج الأنيون (غالباً 40:60 أو 50:50 من حيث الحجم) محسّنة للتوصيل وتقسيم الماء. وتوفر حبات الراتنج إجراء إزالة الأيونات الأساسي وكذلك مسارًا للتيار الكهربائي (لأن الماء وحده سيكون مقاومًا للغاية عند إزالة الأيونات. كما تساعد طبقة الراتنج أيضًا على منع انقسام الماء حتى الحاجة إلى ذلك من خلال توفير الموصلية الأيونية للعينة في الجزء الأمامي من الخلية، ثم تسهيل انقسام الماء في الجزء الأخير من خلال إنشاء مناطق مجال عالية موضعية. يمكن أن يؤثر حجم حبة الراتنج ونوعها على الأداء (يمكن أن يعطي الراتنج الأدق مزيدًا من مواقع التبادل ولكنه يسبب انخفاضًا أعلى في الضغط؛ ويستخدم معظمهم راتنجًا شبكيًا دقيقًا موحدًا لتحقيق توازن الأداء).

أغشية التبادل الأيوني

يحد كل خلية غشاء تبادل الكاتيونات (CEM ) على الجانب المواجه للكاثود وغشاء تبادل الأنيونات (AEM) على الجانب المواجه للأنود. وتكون هذه الأغشية عادةً عبارة عن صفائح رقيقة (بسماكة 0.1-0.5 مم) تسمح بمرور انتقائي للأيونات المضادة. وتمنع الأغشية تسرب الأيونات المشتركة، مما يضمن بقاء الأيونات التي تمت إزالتها من المخفف في المركز. تؤثر جودة الأغشية (الانتقائية والمقاومة) على كفاءة المكدس - هناك حاجة إلى انتقائية عالية بحيث لا تنتشر أيونات الماء المنتج بشكل أساسي إلى الخلف. الأغشية عادة ما تكون الأغشية عبارة عن بوليمرات مستقرة مثل البوليسترين ثنائي فينيل البنزين مع مجموعات وظيفية (-SO₃- لـ CEM، -NR₃⁺⁺ لـ AEM). وغالبًا ما يتم تعزيزها بنسيج للقوة. يتم الحفاظ على تباعد الأغشية عن طريق الحشيات أو الفواصل التي تحدد أيضًا قنوات التدفق.

توزيع التدفق

داخل كل غرفة، قد توجد فواصل أو شبكة لخلق اضطراب وتوزيع التدفق بشكل متساوٍ. وتستخدم بعض التصميمات الراتنج وحده لملء الفراغ (يعمل الراتنج كفاصل)، بينما تتضمن تصميمات أخرى شبكة أو مصفاة تثبت الراتنج في مكانه وتوجه التدفق. تشير التصميمات "المملوءة بالكامل" إلى كل من حجرات التخفيف والتركيز المملوءة بالراتنج. يمكن أن يؤدي ملء حجرات التركيز بالراتنج (بدلًا من تركها كتدفق مفتوح) إلى تحسين التوصيلية وتقليل التحجيم عن طريق تبادل الأيونات في المركز أيضًا. تعتمد العديد من وحدات EDI الحديثة تصميمات مملوءة بالكامل لتحسين الكفاءة.

التكوين الكهربائي

تحتوي الوحدات على قطبين: الأنود (موجب، وعادةً ما يكون في طرف مدخل التغذية أو طرف معين) والكاثود (سالب، في الطرف المقابل). يتم توصيلهما بمصدر طاقة تيار مستمر. ينتقل مسار التيار من الأنود، من خلال حجرات التركيز/التخفيف (عبر الأيونات والراتنج)، إلى الكاثود. تتعامل معظم الوحدات مع حجرات القطب الكهربائي على أنها منفصلة عن التدفق الرئيسي: قد يتم تغذية حجرات القطب الكهربائي بتيار صغير من نفس الماء (غالباً ما يسمى شطف القطب الكهربائي أو تدفق الإلكتروليت) لنقل نواتج تفاعلات القطب الكهربائي (غاز H₂ عند الكاثود، وغاز O₂ وربما غاز Cl₂ عند الأنود إذا كان هناك أي كلوريد). وعادةً ما يكون تيار شطف القطب الكهربائي هذا جزءًا من التركيز أو تغذية منفصلة؛ ويخرج كنفايات. من حيث الأسلاك، يمكن توصيل وحدات متعددة بالتوازي مع نفس مصدر الطاقة (كل منها يرى نفس الجهد)، أو في بعض الأحيان في سلسلة لتوزيع الجهد العالي - ولكن التوازي أكثر شيوعًا للحصول على أداء موحد.

مواصفات الأداء النموذجي

يتم تصنيف وحدات EDI حسب سعة التدفق وجودة المنتج والحدود التشغيلية الأخرى. على سبيل المثال، يمكن تحديد وحدة واحدة من أجل: تدفق المنتج 6-10 جرامات في الدقيقة (1.4-2.3 متر مكعب/ساعة)، وإنتاج مقاومة ≥15 متر مكعب/سم في ظروف التغذية التصميمية. قد تصل نسبة الاسترداد (المنتج/التغذية) إلى 90-95% حسب صلابة التغذية. وفيما يتعلق بالرفض، يزيل التبادل الإلكتروني للبيانات عادةً >99% من أيونات التغذية؛ ويمكن أن تكون موصلية المنتج <0.1 ميكرو ثانية/سم عندما تكون التغذية <20 ميكرو ثانية/سم. سوف يقتبس العديد من البائعين أن EDI الخاص بهم يمكن أن ينتج 16-18 ميكرومتر مكعب من المياه من نفاذية التناضح العكسي التي تحتوي على سبيل المثال 1-2 جزء في المليون من المواد الصلبة الصلبة الذائبة. غالبًا ما تكون السيليكا في المنتج <0.1 جزء في المليون عندما تكون التغذية <1 جزء في المليون. يتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل عادةً بين 5-35 درجة مئوية (مع أفضل أداء بالقرب من البيئة المحيطة ~ 20-25 درجة مئوية). قد يصل ضغط التغذية المسموح به إلى 6-7 بار تقريبًا (90-100 رطل لكل بوصة مربعة)، مع انخفاض الضغط النموذجي لكل وحدة حوالي 1-2 بار (15-30 رطل لكل بوصة مربعة). إذا زاد انخفاض الضغط عن ~ 3 بار تقريبًا، تتم الإشارة إلى التنظيف. كما تحدد الوحدات أيضًا الحد الأقصى لصلابة التغذية والسيليكا وثاني أكسيد الكربون والكلور من الناحية الكمية (على سبيل المثال الصلابة <1 جزء في المليون في صورة CaCO₂، والسيليكا <1 جزء في المليون، والكلور الحر <0.05 جزء في المليون، وTOC <0.5 جزء في المليون، إلخ). الالتزام بهذه المواصفات ضروري لتحقيق ضمانات الأداء.

استهلاك الطاقة

يعتبر التبادل الإلكتروني للبيانات موفرًا للطاقة نسبيًا بالنسبة لمستوى النقاء المحقق. قد يكون الاستخدام النموذجي للطاقة في حدود 0.1-0.3 كيلو واط ساعة لكل متر مكعب من المنتج، اعتمادًا على توصيل التغذية. على سبيل المثال، تشير الأدبيات إلى حوالي 1 كيلوواط/ساعة لكل 1000 جالون (3.8 متر مكعب) لنزع أيونات الماء من 50 ميكروسكال/سم إلى 10 ميكرومتر مكعب. وهذا يترجم إلى ما يقرب من 0.26 كيلو واط ساعة/متر مكعب، على الرغم من أن استخدام الطاقة يزداد إذا كانت المواد الصلبة الصلبة الذائبة أعلى أو إذا كانت هناك حاجة إلى نقاء فائق (18 ميكرو متر مكعب) (بسبب زيادة التيار لتقسيم المياه). يمكن أن يصل التيار لكل وحدة إلى 10 أمبير تقريبًا عند 100-150 فولت، لذلك قد تستهلك كل وحدة في حدود 1 كيلوواط. في الأنظمة متعددة الوحدات، تتناسب الطاقة مع عدد الوحدات.

بصمة الوحدة النمطية والاتصالات

يمكن أن تختلف وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات من حيث الحجم. بعضها عبارة عن وحدات أسطوانية قطرها حوالي 8-12 بوصة وطولها بضعة أقدام (وغالباً ما تحتوي على كومة حلزونية بداخلها)، ويصل وزنها إلى 50 كجم. والبعض الآخر عبارة عن صناديق مستطيلة يتم تثبيتها معًا في رف. وعادةً ما تحتوي كل وحدة على موصلات للتغذية إلى الداخل، والمنتج إلى الخارج، والمركز إلى الخارج، وأحيانًا المركز إلى الداخل (إذا كانت إعادة التدوير داخلية) وتغذية القطب الكهربائي إلى الداخل/الخارج. وغالبًا ما تتشعب تصميمات المزلقة بحيث يتعامل المشغل مع عدد قليل من الأنابيب المدمجة بدلاً من العديد من وصلات الوحدات الفردية. عادةً ما يتم توفير مشابك أو وصلات سريعة الفصل لتسهيل استبدال الوحدة. تتصل الكابلات الكهربائية من مصدر الطاقة بأقطاب كل وحدة (متسلسلة أو متوازية). يجب أن تكون هذه الكابلات معزولة وغالبًا ما تكون مبردة بالماء أو يتم توجيهها بعناية لتجنب ملامستها للأسطح الرطبة.

اختلافات التصميم

وفي حين أن المبدأ الأساسي هو نفسه، فإن بعض الشركات المصنعة لديها تصميمات خاصة بها. على سبيل المثال، يستخدم البعض تقنية "الخلية الرقيقة" حيث تكون حجرات التمدد رقيقة جدًا، مما يقلل من المسافة التي يجب أن تنتشر فيها الأيونات، مما قد يحسن الكفاءة ويسمح بزيادة شوائب التغذية قليلاً (مثل زيادة تحمل السيليكا). ولدى البعض الآخر تصميمات مجزأة حيث يتم تقسيم الوحدة داخليًا إلى أجزاء متسلسلة كهربائيًا لاستخدام الجهد بشكل أفضل. وتشمل الابتكارات الحديثة رقاقات الراتنج أو الهياكل ذات الطبقات من الراتنج والغشاء (حيث يتم ربط الراتنج في قرص أو ورقة مسامية صلبة) لتحسين التلامس وتقليل انخفاض الضغط. ومع ذلك، هذه هي الاختلافات المتقدمة وليست سائدة بعد في جميع الصناعات. سيكون للوحدات القياسية مظاريف أداء مماثلة.

المعدات المساعدة

يشتمل نظام EDI على مقوم طاقة تيار مستمر، والذي يأخذ التيار المتردد ويخرج تيار مستمر بالجهد/التيار المطلوب. الوحدات الحديثة ذات حالة صلبة ويمكن التحكم فيها بواسطة نظام PLC لضبط التيار. كما ستحتوي المزلقة أيضًا على لوحة تحكم وربما لوحة تحكم منطقية قابلة للبرمجة مع واجهة تحكم عالية الأداء للتشغيل. وبالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم تضمين وصلات التنظيف المكاني (CIP ) - وهي منافذ يمكن من خلالها إدخال محلول التنظيف للدوران عبر الوحدات. تم ذكر ميزات السلامة مثل صمامات تنفيس الضغط على خط التركيز (لحماية الأغشية من الضغط الزائد) وفتحات تنفيس الغازات في وقت سابق.

في أوراق البيانات الفنية، قد ترى مواصفات مثل: "جودة مياه المنتج: ≥16 ميكرومتر مكعب؛ تسرب السيليكا: <0.0.020 ملجم/لتر؛ إزالة ثاني أكسيد الكربون: 90٪؛ الاسترداد الاسمي: 90٪؛ متطلبات التغذية: <30 ميكرو ثانية/سم؛ <0.5 جزء في المليون صلابة، SDI <1، 5-35 درجة مئوية؛ الطاقة: 48 فولت، 5 أمبير لكل زوج من الخلايا". هذه تعطي فكرة عن أهداف وحدود التصميم. تختلف الأرقام الدقيقة باختلاف الطراز والشركة المصنعة، ولكن الاتجاهات متشابهة: نقاء المنتج العالي جدًا، وحدود التغذية الصارمة، والتصميم الذي يزيد من إزالة الأيونات إلى أقصى حد مع تقليل التحجيم.

وأخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن وحدات التبادل الإلكتروني للبيانات عادة ما يتم تشغيلها لمياه عالية النقاء في بيئات نظيفة نسبيًا؛ وبالتالي، فإن التآكل الميكانيكي يكون في حده الأدنى. الاستبدالات الأكثر احتمالاً بمرور الوقت هي راتنجات التبادل الأيوني (التي يمكن أن تتحلل) والأغشية. تسمح بعض تصاميم الوحدات بالتجديد (استبدال الراتنج أو الأغشية بالداخل)، ولكن العديد منها مغلق في المصنع ويتم تبديل الوحدة بأكملها عند استنفاد الأداء. عند اختيار نظام EDI، فإن النظر في توافر الدعم والاستبدال، وسمعة تصميم الوحدة (من حيث الموثوقية وسهولة الصيانة)، لا يقل أهمية عن مواصفات الأداء الأولية.

من خلال فهم مراحل عملية EDI والحفاظ على التحكم في معلمات التشغيل، يمكن للمهندسين ضمان أن نظام التأين الكهربائي ينتج باستمرار مياه فائقة النقاء بأقل وقت تعطل. يوفر EDI حلاً مقنعًا لتلميع المياه بأعلى الصفات المطلوبة في الصناعة الحديثة - مما يوفر تجديدًا خاليًا من المواد الكيميائية وتشغيلًا مستمرًا وموثوقية مثبتة عند تصميمه وإدارته بشكل صحيح.