Thiết bị lọc nước EDI

2.1 Nguyên lý hoạt động của EDI Một số lượng module EDI được ngăn cách bằng các vách (grids) để tạo thành buồng nước cô đặc (concentrate chamber) và buồng nước tinh khiết (pure water chamber). Điện cực âm / điện cực dương được bố trí tại hai đầu của module. Dưới tác động của dòng điện một chiều (DC), các anion và cation trong dòng nước đi qua buồng nước tinh khiết sẽ di chuyển tương ứng sang buồng nước cô đặc thông qua màng trao đổi anion và màng trao đổi cation, và được loại bỏ khỏi buồng nước tinh khiết. Dòng điện trong EDI tỷ lệ thuận với lượng ion di chuyển. Dòng điện này bao gồm hai thành phần: một phần từ chuyển động ion bị loại bỏ, và phần còn lại từ sự di chuyển của các ion H+ và OH- sinh ra do sự ion hóa của chính nước. Trong EDI tồn tại gradient điện áp cao, tại đây nước bị điện phân và tạo ra lượng lớn H+ và OH-. Các H+ và OH- sinh ra tại chỗ này liên tục tái sinh cho hạt nhựa trao đổi ion. Nhựa trao đổi ion trong EDI được chia thành hai vùng: nhựa hoạt động (working resin) và nhựa làm sạch tinh (polishing resin), ranh giới giữa hai vùng gọi là bề mặt hoạt động (working front). Nhựa hoạt động chịu trách nhiệm loại bỏ phần lớn ion, trong khi nhựa làm sạch tinh xử lý các ion khó loại bỏ hơn, như các chất điện ly yếu. 6 2.2 Thuật ngữ • Cation: Ion mang điện tích dương (ví dụ: Na+, NH4+, Ca2+). • Anion: Ion mang điện tích âm (ví dụ: Cl-, OH-). • Anode: Điện cực dương. • Anode electrolyte (chất điện ly phía cực dương): Nước tại vùng anode, bao gồm anion và các khí tập trung tại anode. • Cathode: Điện cực âm. • Cathode electrolyte (chất điện ly phía cực âm): Nước tại vùng cathode, bao gồm cation và các khí tập trung tại cathode. • Nước cô đặc (Concentrated water): (1) nước đi qua buồng cô đặc và tích tụ ion; và (2) nước đi qua điện cực và tích tụ điện giải. Hai dòng này có thể gom chung hoặc thoát ra riêng. • Conductivity (Độ dẫn điện): Độ dẫn điện của nước, phụ thuộc nồng độ ion và nhiệt độ nước. • DC voltage: Điện áp một chiều. • Electrode solution: Dòng nước đi qua vùng hai điện cực. • Feed water: Nước cấp đầu vào module EDI (gồm nước cấp buồng nước tinh khiết, nước cấp buồng cô đặc, nước cấp buồng cực). Nước cấp EDI thường là nước sau RO. • Ion exchange membrane: Màng chứa nhóm trao đổi ion, cho phép chọn lọc cation hoặc anion đi qua. • Ion exchange resin: Nhựa chứa nhóm trao đổi ion, trao đổi anion hoặc cation trong nước với OH- hoặc H+. • Megohm: (MΩ·cm) đơn vị đo điện trở suất, một trong các thông số biểu thị độ tinh khiết nước. • pH: Logarit âm của nồng độ mol ion H+. pH từ 0–7 (acid), pH = 7 (trung tính), pH 7–14 (kiềm). • Resistivity: Mức độ chống dòng điện của nước, tăng khi nồng độ ion giảm. • Salt (muối): chất hóa học tạo thành từ anion và cation. • TOC (Total amount of Organic Carbon): Tổng lượng carbon hữu cơ. Thông số đánh giá lượng chất hữu cơ trong mẫu nước. • Feed water flow: Lưu lượng nước cấp vào buồng nước tinh khiết để tạo ra nước sản phẩm; có thể bao gồm nước cấp vào buồng cô đặc và buồng điện cực. • Fresh water flow: Nước sản phẩm từ buồng nước tinh khiết. • Concentrated water flow: Nước thải từ buồng cô đặc—nơi ion tích tụ—thường chiếm 5–10% lượng nước cấp. • Electrode water flow: Nước thải từ buồng anode và cathode. 7 2.3 Các lĩnh vực ứng dụng của EDI Nước siêu tinh khiết (Ultrapure water) được sử dụng rất phổ biến trong lĩnh vực vi điện tử, công nghiệp bán dẫn, ngành phát điện, ngành dược phẩm và trong các phòng thí nghiệm. Nước tinh khiết tạo ra từ EDI cũng có thể được dùng làm nước cất trong dược phẩm, nước sản xuất thực phẩm – đồ uống, nước cho các quy trình sản xuất tại nhà máy hóa chất, và các ứng dụng nước siêu tinh khiết khác. Lưu lượng của một module EDI dao động từ 0.5 m³/h đến 5 m³/h cho mỗi module. Mỗi module đều có dải lưu lượng vận hành khuyến nghị. Việc lắp đặt nhiều module song song có thể tạo thành hệ thống gần như không giới hạn về công suất. Tùy thuộc vào chất lượng nước cấp đầu vào và điều kiện vận hành, module EDI có thể sản xuất nước tinh khiết với điện trở suất đạt 10 – 18.2 MΩ·cm. 2.4 Cấu trúc thành phần của EDI EDI chủ yếu được cấu tạo từ các phần sau: (1) Buồng nước tinh khiết (freshwater chamber): nhồi đầy nhựa trao đổi ion giữa màng trao đổi ion âm và màng trao đổi ion dương để tạo thành một “đơn vị nước tinh khiết”. (2) Buồng nước muối (brine chamber / concentrate chamber): được hình thành bằng cách nhồi nhựa ở vị trí giữa các đơn vị nước tinh khiết liền kề. (3) Buồng nước cực (polar water chamber): nhồi nhựa giữa bản cực điện và màng trao đổi ion liền kề để tạo thành buồng nước cực. Trong một module có 2 buồng nước cực: cực dương và cực âm. (4) Tấm cách điện và tấm ép cố định (insulating plates & hold-down plates) (5) Các đầu nối điện & nước (power and water connections) 8 Chương 3 Thiết kế kỹ thuật module EDI Cảnh báo: Nhiệt sẽ sinh ra khi có dòng điện chạy qua module EDI. Trong suốt quá trình vận hành EDI, toàn bộ lượng nhiệt này phải được mang ra ngoài thông qua dòng nước. Vì vậy, khi lưu lượng nước tinh khiết (fresh water) và nước đậm đặc (thick water / concentrate) của EDI kém hoặc bị dừng, bắt buộc phải ngắt nguồn điện. Nếu không, module EDI có thể bị cháy hỏng hoàn toàn. 3.1 Điều kiện nước đầu vào • Nguồn nước: nước thẩm thấu ngược (RO) cấp 2, độ dẫn điện 1–10 μS/cm, tối đa ≤25 μS/cm (theo NaCl) • pH: 6.5–9 (vùng pH 7.0–8.0 là tối ưu cho tính năng điện trở của EDI) • Nhiệt độ: 5°C–35°C (nhiệt độ vận hành tối ưu của EDI là 25°C) Thông số Áp suất nước tinh khiết đầu vào 0.15–0.4 MPa Giá trị Áp suất nước đậm đặc đầu vào 0.02–0.1 MPa Áp suất nước tinh khiết đầu ra Áp suất nước đậm đặc đầu ra 0.05–0.20 MPa 0.00–0.05 MPa Các yêu cầu chất lượng nước đầu vào: • Độ cứng: <0.5 ppm (quy đổi CaCO₃) • Chất hữu cơ (TOC): <0.5 ppm • Chất oxy hóa: Cl2 <0.03 ppm; O3 <0.02 ppm; HO. (radical hydroxyl) <0.02 ppm • Ion kim loại nặng (Fe, Mn, kim loại biến đổi): <0.01 ppm • Silic đầu vào SiO₂: <0.5 ppm (nước RO permeate điển hình là 50–150 ppb) • Tổng CO₂ đầu vào: <3 ppm • Kích thước hạt: <1 μm 9 10 3.2 Lắp đặt & chạy thử module EDI Có thể tham khảo sơ đồ kết nối dưới đây để đấu nối đường ống & dây điện. Việc đấu nối có thể điều chỉnh linh hoạt theo yêu cầu thực tế từng dự án. Đối với module thông thường, cấu hình ống là: • fresh water in (nước tinh khiết vào) • fresh water out (nước tinh khiết ra) • concentrated water in (nước đậm đặc vào) • concentrated water out (nước đậm đặc ra) (Khuyến nghị sử dụng đúng quy trình được đề xuất trong tài liệu này) — tham khảo bản vẽ đính kèm. 3.1.1 Module KXA Sơ đồ kết nối đường ống 1.Nước sạch vào 2.Nước cô đặc ra 3.Nước cô đặc vào 4.Nước sạch (đường nước sạch) 5.Lưu lượng kế nước cô đặc (outlet) 6.Lưu lượng kế nước sạch 7.8.9.10.Đồng hồ áp 11.12.13.14.Van Sơ đồ kết nối đường điện Nguồn điện ra EDI Cực âm Cực dương Tiếp địa an toàn 11 Model KXA và KDM Đấu nối đường ống Ống nước tinh khiết Hướng nước vào và nước ra không được phép đảo ngược. Chất lượng nước sau khi điều chỉnh ban đầu có thể chưa đạt chuẩn. Cần vài giờ vận hành để ổn định đạt chuẩn chất lượng nước. Ống nước đậm đặc Đầu vào và đầu ra nước đậm đặc có thể điều chỉnh, và khuyến nghị đấu nối theo bản vẽ. Van & Áp lực Van xả nước tinh khiết Full — Sử dụng van nước tinh khiết để điều chỉnh lượng nước. Van xả nước đậm đặc Full — Lượng nước được điều chỉnh bằng van nước đậm đặc. Điều chỉnh lưu lượng nước Nước tinh khiết ra khỏi module Mở lưu lượng theo định mức Nước cô đặc thoát ra ngoài Lưu lượng nước cô đặc chiếm 10% so với lưu lượng nước sạch định mức, và tỷ lệ thu hồi ≥90%. Đấu nối nguồn điện Cực dương và cực âm Cực dương và cực âm của nguồn điện kết nối tương ứng với cực dương và cực âm của hộp nối EDI. Dòng điện Bộ điều khiển nguồn 1–6A điều chỉnh được. Chạy thử – tăng dòng điện (debugging rollup) 0.5T- Nước tinh khiết ra 500L/H - nước cô đặc ra 50L/H - Dòng điện 1.8A 1T- Nước tinh khiết ra 1000L/H - nước cô đặc ra 100L/H - Dòng điện 2A 2T- Nước tinh khiết ra 2000L/H - nước cô đặc ra 200L/H - Dòng điện 2.5A 3T- Nước tinh khiết ra 3000L/H - nước cô đặc ra 300L/H - Dòng điện 3A 4T- Nước tinh khiết ra 4000L/H - nước cô đặc ra 400L/H - Dòng điện 3A 5T- Nước tinh khiết ra 5000L/H - nước cô đặc ra 500L/H - Dòng điện 3A 6T- Nước tinh khiết ra 6000L/H - nước cô đặc ra 600L/H - Dòng điện 3.5A 7T- Nước tinh khiết ra 7000L/H - nước cô đặc ra 700L/H - Dòng điện 3.5A Lưu ý: Phương pháp hiệu chỉnh này không phải là phương pháp duy nhất, khuyến nghị rằng việc hiệu chỉnh vận hành EDI không nên giới hạn chỉ trong một phương pháp. 

POTOOLS