El sistema EDI es una forma óptima para producir agua desmineralizada. Actualmente se vive un aumento continuo del consumo de este tipo de agua. Por sus características, es un agua imprescindible para distintas industrias. En el presente artículo veremos cómo un sistema EDI es la respuesta tecnológica para disfrutar de un agua desmineralizada a bajo coste y sin productos químicos
INDICE
Evolución de la tecnología hacia la electrodesmineralización (EDI) del agua
La desmineralización del agua ha vivido constantes avances. En un principio, sólo se disponía de la destilación como método para lograr un agua ultrapura. La destilación es un proceso térmico que no necesita la adición de productos químicos. Fue el aumento de la demanda por parte de la industria de un agua purificada lo que propició avances tecnológicos.
En la industria farmacéutica, electrónica, o química se requiere agua purificada. El aumento de demanda de producción de este tipo de agua, conllevó importantes avances. Los métodos de desalinización, en un principio, no eran ventajosos. Por ejemplo, una breve vida de los componentes de filtración, elevado gasto de energía o la aplicación de productos químicos para tratar los vertidos.
El consumo de agua purificada ha aumentado notablemente a causa de su uso en distintas industrias
El intercambio iónico es el método más habitual para lograr un agua ultrapura. Se realiza a través de cadenas de tratamiento con resinas catiónica, aniónica y un proceso final de refinado del agua a través de lechos mixtos. Una gran ventaja es su tratamiento de agua de entrada variable, sin embargo, el consumo de productos químicos puede ser una desventaja. El uso de este tipo de productos, hace necesario una instalación química.
Desarrollo del proceso de electrodesionización (EDI)
Estas desventajas, facilitaron la aparición de la electrodesionización. En este proceso, se aúnan en un único las virtudes de la electrodiálisis y el intercambio iónico. Nos permite realizar una eliminación de las sales del agua de forma profunda, pudiendo emplearse alternativamente a los lechos mixtos de resinas de intercambio iónico. Este proceso, evita el uso de productos químicos, ya que utiliza una pequeña corriente eléctrica para la regeneración en continuo.
A finales de 1950, se realizaron los primeros intentos para la electrodeionización (electrodesionización). A pesar de estos primeros experimentos para desarrollar esta tecnología, no fue hasta 30 años después cuando tuvo aplicación a escala industrial. Esto fue gracias al interés por hallar un método alternativo a los sistemas de intercambio iónico que produjera agua ultrapura.
La electrodesionización tiene su origen en el deseo por hallar una forma de producir agua ultrapura
La electrodesionización tiene un uso fundamental. Producir agua ultrapura que mantenga una resistencia eléctrica en un rango de entre 8 y 17 M.Ohm y una salinidad comprendida en el margen de 0’01 – 20 mg / L. Esto propicia que la materia prima habitualmente empleada para el proceso de electrodesionización sea un agua que haya sido primeramente tratada para eliminar sales, mediante ósmosis inversa o bien mediante resinas de intercambio iónico.
El proceso de electrodesionización EDI
Para comprender el concepto, realicemos una imagen figurada. Imaginemos un receptáculo donde se distinguen cinco departamentos separados por membranas permeables a cationes y aniones. La distribución se define por cuatro membranas distribuidas alternativamente.
El Cátodo(-) y el Ánodo(+) delimitan los extremos de la pila de electrodesionización. En la imagen , en el lado izquierdo, se encuentra una placa anódica que define el límite (+), quedando el cátodo a la derecha. El agua entra en los departamentos número dos, donde se encuentran resinas de intercambio iónico. Los iones presentes de forma disuelta en el agua se quedan atrapados en la resina de intercambio iónico.
Imagen 1. Esquema del proceso de electrodesionización
El movimiento queda determinado por la fuerza de atracción del ánodo y cátodo. Esto permite que los iones cargados positivamente, sean atraídos por el cátodo y los de carga negativa por el ánodo. Las resinas están separadas por membranas semipermeables ajustadas a la polaridad de los iones, facilitando así el desplazamiento en la dirección correcta, departamentos número 1 en la ilustración.
Este mismo proceso sirve para la energización del ánodo y del cátodo. Esto se produce al generarse circulación de corriente entre ellos, teniendo lugar cationes de hidrógeno (H+) y grupos hidroxilo (OH–). Estos iones se desplazan de un polo a otro, realizando una regeneración continua de las posiciones de intercambio de las resinas iónicas.
El desplazamiento de iones entre los polos, permite la regeneración en las resinas
La corriente que sale de los departamentos 1, es el concentrado. Esto es una corriente de agua que arrastra las sustancias suprimidas del agua ultra pura. Este flujo, concentrado, puede ser empleada en industrias donde la calidad del agua empleada no sea alta. También, tras un tratamiento de ósmosis inversa, puede volver a ser tratada, obteniendo el mayor porcentaje de agua ultra pura posible.
Etapas de la electrodesionización (EDI)
Los fundamentos de la electrodesionización, residen en la simultaneidad de los siguientes procesos:
1. Electrodiálisis
Con una corriente eléctrica continuamente aplicada, tanto los iones positivos como los negativos, se dirigen a aquellos electrodos que tengan una carga opuesta. Las membranas permeables a aniones y cationes son las responsables de dirigirlos hacia la zona de concentrado.
2. Intercambio iónico
En la zona existente entre las diferentes membranas se encuentra la resina que posee distintos tipos de carga. Los iones de sales presentes en el agua se adhieren a la resina de intercambio iónico, moviéndose opuestamente a su carga. Finalmente, son sustituidos en las posiciones de intercambio de la resina por aniones de hidroxilo y cationes de hidrógeno.
3. Regeneración
Esta regeneración contínua, es realizada por los iones de hidrógeno y grupos de hidroxilo. Esto se produce gracias a la disociación de las moléculas de agua que se produce en el ánodo y el cátodo al aplicar corriente eléctrica.
Calidad del agua de entrada en el sistema de electrodesionización
Para poder ofrecer todo su potencial, el agua necesita un pretratamiento. El agua de alimentación debe cumplir con determinados requisitos. Estos parámetros se fijan para que no se produzcan daños prematuros en los equipos.
- La dureza del agua de entrada debe de ser generalmente <1ppm CaCO3
- El contenido en sílice (SiO2) debe de ser <1ppm
- Se debe de vigilar y reducir el CO2. De esta forma se evita la precipitación de carbonatos en el interior de los equipos.
En general, se debe de alimentar estos equipos con salinidades muy bajas. Si bien, en función de la calidad de entrada, podremos trabajar con recuperaciones más altas o más bajas, para evitar problemas. Los valores típicos de recuperación son desde el 85 al 96%.
Imagen 2. Un ejemplo generalizado de la calidad esperada de entrada
Pretratamiento preciso para el sistema EDI
Los equipos de Electrodesionización, también llamados EDI o CEDI requieren ser alimentados con agua de muy buena calidad. Esto implica que se debe de pre tratar adecuadamente el agua antes de entrar en los equipos EDI. El agua debe de estar libre de sustancias en suspensión o coloidales. Tampoco debe de haber materia orgánica disuelta. De forma general el pretratamiento adecuado suele consistir en 1 o 2 pasos de osmosis inversa junto con un sistema desgasificador para eliminar el exceso de CO2.
No existe un método efectivo de reparar una celda EDI. Es durante el proceso de instalación cuando se introduce la resina que permitirá todo el proceso de desionización. Por ello, actualmente no existe la posibilidad de manipular la resina para extraerla e introducirla después de nuevo.
No se dispone de un medio efectivo para la reparación de una celda al no haber posibilidad de manipular la resina
Si se pueden lavar químicamente. El ensuciamiento de una pila de electrodesionización debido a precipitaciones químicas, puede ser eliminado con resultados óptimos, mediante soluciones químicas de limpieza ácidas o alcalinas, usando un sistema de recirculación de la solución a través de las pilas EDI. La toma de datos y normalización continua del funcionamiento del sistema permitira prevenir y adecuar la toma de decisiones en caso de ensuciamiento.
Los siguientes parámetros deben ser monitorizados y apuntados al menos una vez al día:
Presión de entrada (bar, psi)
- de agua
- de concentrado
Voltaje de alimentación al sistema (volts)
Concentración de cloruros en la alimentación
Presión de salida (bar, psi)
- agua ultra pura
- concentrado
- electrodos
Corriente de alimentación al sistema (amps)
Resistividad del agua ultra pura producida (MOhm.cm)
Caudal de salida (m3/h gpm)
- concentrado
- electrodo
- agua ultrapura
Conductividad del agua de alimentación (S/cm)
Temperatura del agua producida (°C, °F)
Necesidad de una purificación previa a EDI. Realizar un tratamiento a través de ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa, permitirá un funcionamiento eficiente. A la vez y prolongará la vida útil de las células EDI. La decisión correcta del pretratamiento adecuado depende de las características físico químicas del agua bruta a tratar.
Diferencias entre tecnologías de EDI y lechos mixtos
Un punto destacable es el agotamiento de las resinas. En un sistema de lechos mixtos, consideramos que las resinas están agotadas cuando su capacidad de intercambio iónico ha disminuido al haber retenido los cationes y aniones del agua, de tal forma, que la calidad del agua producida ya no cumple con las necesidades del agua pura deseada. Una vez agotada la resina, estas pueden ser regeneradas in situ o sustituidas por otras regeneradas
Sustitución o la regeneración. Bien podríamos sustituir el cartucho de resina o emplear un proceso de regeneración de la resina en el mismo tanque donde están alojadas. En la opción del proceso de regeneración, se debe tener en cuenta que es necesaria la aplicación de químicos como ácidos y alcalinos, y que por lo tanto, la producción será discontinua.
La regeneración es una alternativa a la sustitución del cartucho de resina
La electrodesionización supone un sistema continuo. La regeneración de las resinas de intercambio es diferente en la electrodesionización. En este caso, el proceso se realiza a la vez que la purificación del agua, prescindiendo del uso de productos adicionales.
Aplicaciones del proceso EDI
Medicina. Tratamiento de agua con fines médicos (laboratorios, hemodiálisis, preparación de sueros y medicinas).
Farmacia y biotecnología. En este campo ofrece agua purificada para la producción de productos farmacéuticos y relacionados como los cosméticos.
Energía. Agua para realizar la alimentación de calderas de alta presión o inyección para instalaciones de funcionamiento con turbina de gas, carbón. También en las balsas de combustible nuclear, donde el agua ultrapura evita la producción de elementos ionicos radioactivos.
Electrónica. Agua ultrapura para la fabricación de componentes electrónicos y microelectrónicos.
Investigación. Agua desionizada para emplear en laboratorios de investigación.
Ventajas del proceso de electrodesionización EDI
En el proceso de electrodesionización se identifican ventajas y desventajas. Haremos referencias a sus principales virtudes y carencias.
Para operar no es necesario interrumpir. En la electrodesionización, el intercambio iónico y la regeneración de resinas tienen lugar de forma paralela. De esta forma, es posible evitar la detención para la dar lugar a la regeneración y que, por lo tanto, no se detenga el proceso. La producción por módulos permite igualmente la sustitución de un módulo mientras se sigue produciendo con el resto.
Costes mínimos. Una ventaja fuertemente atractiva es su menor coste en energía al comparar con otro tipo de proceso como son la evaporación y la condensación, o frente al alto coste de acido y sosa de los lechos de resinas de intercambio ionico. Además los módulos de electrodesionización continua (EDI/CEDI) tienen una alta durabilidad.
La optimización del agua purificada es prácticamente total. Durante la electrodeionización, el aprovechamiento del agua es máximo y no conlleva la formación de aguas residuales. El concentrado producido en la EDI es incluso más óptimo que el propio agua original utilizado para el tratamiento de ósmosis inversa.
Desventajas del proceso de electrodesionización EDI
La desventaja más destacable en esta tecnología, es el coste de sus módulos. El coste de los módulos donde se realiza la electrodeionización puede llegar a representar el 50 por ciento de la instalación. A su vez, estos módulos deben ser reemplazados. La duración de los módulos puede variar de 5 a 10 años.
Conclusión
La tecnología EDI tiene muchos aspectos positivos a destacar. Su utilidad y aplicaciones le ofrece abarcar un gran número de sectores. A pesar del desembolso en su instalación, su bajo coste de mantenimiento compensa la inversión y mantiene un equilibrio económico acorde a su alto rendimiento. Ofrece un agua ultrapura de gran calidad con múltiples aplicaciones. Además, el proceso EDI, no requiere el uso de componentes químicos para regeneración de resinas.
Desde BlueGold apostamos por esta tecnología tan innovadora desarrollando este producto con el objetivo de ofrecer un sistema económico pero altamente eficaz y que dé cumplimiento a nuestro compromiso siempre con el medioambiente y la sostenibilidad
Caso de estudio | Sistema EDI para Central Eléctrica de ciclo combinado, Mexico
BlueGold ha desarrollado un proyecto de electrodesionización de agua EDI en la central de ciclo combinado Tierra Mojada, en México
Buenas tardes le escribo de Lima Peru es para solkicitar la cotizacion de equipos Electrodesionadores para trabajar con equipos de osmosis de 6 membranas
Buenos días. Muchas gracias por su mensaje, en breve contactaremos con usted para facilitarle la información solicitada
porque un EDI practicamente nuevo disminuye su rendimiento. ¿que puede estar influyendo
La disminución de rendimiento, se debe generalmente a una mala calidad en el agua de entrada a la EDI. La calidad del agua de aporte debe ser respetada para evitar incrustaciones en la EDI por precipitación, o por biofouling. También una mala calidad en el aporte influye sobre el ajuste de la intensidad necesaria para la obtención de la calidad deseada en la salida del sistema EDI.
Se debe de tener muy en cuenta la dureza del agua de entrada y el equilibrio entre aniones y cationes TEA y TEC, respetando las indicaciones del fabricante del stack de electrodesionización.
Para poder realizar el correcto mantenimiento de un sistema EDI, se debe de llevar un control de los parámetros de funcionamiento y trabajar con tablas de normalización, para ver la evolución del sistema en el tiempo y realizar acciones preventivas, como limpiezas CIP.
Desde Bluegold, damos soporte de mantenimiento y consultoría en caso necesario.