دلایل کاهش مقاومت الکتریکی تجهیزات EDI چیست؟

در طول عملیات فوق العاده EDIآب خالص در تجهیزات، اگر کاهشی در مقاومت ویژه تولید آب وجود داشته باشد، معمولاً ارتباط نزدیکی با کیفیت آب ورودی، کنترل پارامترهای عملیاتی، تجمع آلاینده‌ها و سایر عوامل دارد. در ادامه ترکیبی از داده‌های خاص و تجزیه و تحلیل موردی ارائه شده است که عوامل اصلی منجر به ناهنجاری مقاومت ویژه و استراتژی‌های مقابله با آن را توضیح می‌دهد.

۱. تأثیر کیفیت نامطلوب آب اسمز معکوس پیش تصفیه
به عنوان واحد پردازش اولیه EDI، کیفیت پساب سیستم اسمز معکوس مستقیماً عملکرد تولید آب EDI را تعیین می‌کند. اگر رسانایی، سختی یا فلز متغیر آب رو از حد استاندارد فراتر رود، راندمان نمک‌زدایی ماژول EDI به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
چالش آب خام با شوری بالا: هنگامی که میزان نمک آب خام از 500 میلی‌گرم در لیتر فراتر رود، نرخ نمک‌زدایی یک RO تک مرحله‌ای ممکن است کمتر از 98٪ باشد و در نتیجه رسانایی آب بیش از 10μS/cm باشد. در حال حاضر، فرآیند سری RO دو مرحله‌ای می‌تواند رسانایی را به طور پایدار در 1 تا 3μS/cm کنترل کند. به عنوان مثال، پس از اینکه یک شرکت الکترونیکی RO تک مرحله‌ای را با RO دو مرحله‌ای جایگزین کرد، بار نمک ورودی EDI 70٪ کاهش یافت و مقاومت ویژه به بیش از 15MΩ·cm افزایش یافت.
اثر هم‌افزایی CO₂ با pH: هنگامی که غلظت CO₂ ورودی از 20ppm بیشتر شود، محتوای HCO₃⁻ در آب افزایش می‌یابد که در میدان‌های الکتریکی EDI به H+ و CO²⁻ تفکیک می‌شود و رسانایی را افزایش می‌دهد. در یک مورد، پس از نصب غشای گاززدایی، غلظت CO₂ از 35ppm به 5ppm کاهش یافت و مقاومت ویژه تولید آب EDI از 12 mω ·cm به 17 mω ·cm بهبود یافت. همزمان، افزودن داروها برای تنظیم pH ورودی به 7.5-8.0 (محیط قلیایی ضعیف) می‌تواند انحلال CO₂ را مهار کرده و تداخل مهاجرت یون‌ها را کاهش دهد.

۲. تداخل پارامترهای جریان خارج از کنترل بر مهاجرت یون‌ها
جریان عملیاتی سیستم EDI باید به صورت پویا با توجه به کیفیت آب تنظیم شود. جریان خیلی زیاد یا خیلی کم، تعادل بین تبادل یونی و احیا را از بین می‌برد.
اثرات منفی اضافه بار جریان: آزمایش‌ها نشان داده‌اند که وقتی چگالی جریان از ۴۰ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع فراتر می‌رود، تجمع بیش از حد یون‌های H+ و OH⁻ از هیدرویونیزاسیون رخ می‌دهد که منجر به افزایش خطر تشکیل رسوب در محفظه‌های آب غلیظ می‌شود. در مورد یک شرکت فتوولتائیک، پس از تنظیم جریان از ۲.۵ آمپر به ۲.۰ آمپر، رسانایی آب غلیظ از ۱۵۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر به ۸۰ میکروزیمنس بر سانتی‌متر کاهش یافت و مقاومت ویژه آب ۱۸٪ افزایش یافت.
اثر قطبش و انتشار معکوس: اگر جریان از حد بار شمع غشایی (معمولاً ۱۲۰٪ از مقدار نامی) فراتر رود، پدیده قطبش باعث انتشار معکوس خواهد شد. به عنوان مثال، یک آزمایش آزمایشگاهی نشان می‌دهد که وقتی جریان الکتریکی از حد مجاز ۱۰٪ فراتر رود، سرعت انتشار معکوس Na + و مقدار Cl + ⁻ ۲.۵ برابر افزایش می‌یابد و در نتیجه مقاومت ویژه تولید آب از ۱۸ mω ·cm به ۱۳ mω ·cm کاهش شدیدی می‌یابد.

۳. آسیب جبران‌ناپذیر آلودگی آهن به شمع غشایی
ترکیبات آهن آلاینده‌های پرخطر در سیستم‌های EDI هستند و منابع آنها شامل خوردگی خط لوله و وجود بیش از حد آهن در آب خام است.
شکل و خواص جذب آهن: Fe²+ به راحتی در آب به کلوئید Fe(OH)₃ (اندازه ذرات 0.1 تا 1 میکرومتر) اکسید می‌شود که بار سطحی آن به صورت الکترواستاتیک با گروه کواترنیون رزین منفی جذب می‌شود. تجزیه و تحلیل شکست EDI یک نیروگاه نشان داد که وقتی محتوای آهن ورودی از 0.1 ppm فراتر رفت، ظرفیت جذب آهن رزین منفی به 3.2 میلی‌گرم بر گرم رسید و در نتیجه 40٪ ظرفیت تبادل کاهش یافت.
اثر تجمعی آلودگی آهن: در طول عملیات طولانی مدت، ترکیبات آهن یک لایه متراکم روی سطح غشا تشکیل می‌دهند. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که محتوای آهن روی سطح فیلم آلوده می‌تواند به ۱.۵٪ برسد (داده‌های آنالیز EDX)، کانال‌های یونی را مسدود کرده و مقاومت فیلم را افزایش می‌دهد. در یک مورد، پس از تمیزکاری دوره‌ای با ۵٪ اسید سیتریک و ۰.۱٪ عامل کاهنده، افت فشار راکتور غشایی ۳۰٪ کاهش یافت و مقاومت ویژه تولید آب به ۱۶MΩ·cm افزایش یافت.

۴. مهار تبادل یونی توسط آلودگی آلی
مواد آلی با وزن مولکولی کم (مکانیسم جذب مواد آلی: اسید هیومیک، سورفکتانت‌ها و سایر مواد آلی با بار منفی به راحتی با رزین منفی ترکیب می‌شوند. داده‌های تجربی نشان می‌دهد که وقتی TOC آب ورودی از 50 ppb بیشتر شود، ظرفیت تبادل کاری رزین منفی 25 تا 30 درصد کاهش می‌یابد. در مورد یک شرکت داروسازی، اضافه کردن یک فیلتر کربن فعال پس از RO، TOC را از 80 ppb به 15 ppb کاهش داد و مقاومت الکتریکی تولید آب EDI 22 درصد افزایش یافت.
سینتیک آلودگی سطح غشا: ماده آلی یک لایه ژل روی سطح غشا تشکیل می‌دهد و مسیر مهاجرت یون‌ها را گسترش می‌دهد. نتایج شبیه‌سازی دینامیکی نشان می‌دهد که وقتی پوشش ماده آلی سطح غشا از 30٪ تجاوز کند، نرخ مهاجرت Na+ تا 45٪ کاهش می‌یابد و مقاومت ویژه تولید آب به زیر 12 MΩ·cm می‌رسد. با استفاده منظم از محلول ترکیبی 0.1٪ NaOH+0.5٪ NaCl برای تمیز کردن، شار غشا می‌تواند بیش از 90٪ بازیابی شود.
ماهیت کاهش مقاومت ویژه EDI، تخریب تعادل یونی یا افزایش مقاومت انتقال جرم است. در عملیات و نگهداری واقعی، لازم است نظارت آنلاین (مانند رسانایی، TOC و محتوای آهن) و ارزیابی عملکرد منظم را برای بهینه‌سازی فرآیند پیش تصفیه، تنظیم پارامترهای عملیاتی و اجرای تمیزکاری شیمیایی ترکیب کنیم تا عملکرد پایدار بلندمدت سیستم EDI تضمین شود.