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Produzione di Acqua Ultrapura con Elettrodeionizzazione Continua: Stato dell’Arte

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Produzione di Acqua Ultrapura con Elettrodeionizzazione Continua: Stato dell’Arte

In questo rapporto sono presentati e analizzati principi, prestazioni c costi dell’elettrodeionizzazione continua (EDI) per la produzione di acqua ultrapura. L’indagine condotta ha evidenziato che l’EDI è una tecnologia emergente che attualmente viene utilizzata come step di finitura nei sistemi di produzione di acqua demineralizzata a valle dell’osmosi inversa e in sostituzione dei letti misti di resine a scambio ionico. A luglio 1999 si è arrivati ad una capacità totale installata di oltre 13000 m3/h, con un incremento annuo di oltre 2400 m3/h; i mercati di riferimento sono l’industria dei semiconduttori, farmaceutica e, di recente, anche quella elettrica. La configurazione di cella commercialmente più diffusa è del tipo “plate and frame” in cui le membrane piane vengono alternate realizzando una sequenza di comparti rettangolari di diluito e concentrato posti tra una coppia di elettrodi. Tale configurazione, con varianti minime nell’assetto di cella, viene commercializzata da Ionics, Us-Filter, E-Cell (Christ). In particolare l’EDI viene commercializzata in unità base, di qualche m3/h, montate su racks; a loro volta i racks possono essere montati su uno skid per arrivare fino a portate oltre 50 m3/h. Da un punto di vista operativo va sottolineato che l’acqua in alimento all’EDI richiede sempre un pre- trattamento, in modo da evitare lo sporcamento e/o il danneggiamento delle membrane e delle resine a scambio ionico alloggiate nell’elettrolizzatore. In particolare l’EDI può essere utilizzata a valle di un pre- trattamento classico (chiariflocculazione , filtrazione a sabbia e cartuccia), seguito da uno step di osmosi inversa (o da un trattamento equivalente quale un evaporatore). Da un punto di vista delle prestazioni, L’EDI è in grado di rimuovere oltre il 99.5% dei sali presenti nell’alimento producendo in modo consistente acqua con resistività superiore a circa 16 meghom/cm (conducibilità inferiore a 0.063µS/cm) e silice (reattiva) inferiore a 10 ppb. Le prestazioni possono essere in alcuni casi ulteriormente migliorate (resistività fino a 18 meghom/cm silice inferiore a 1ppb) ottimizzando opportunamente sui parametri di processo (densità di corrente, portata di trattamento, recovery). I vantaggi dell’EDI rispetto ai letti misti di resine scambio ionico (IX) sono essenzialmente i seguenti: operazione continua (invece che a batch), stabilità della composizione dell’acqua prodotta, eliminazione dell’uso dei rigeneranti e di parte dei problemi connessi allo smaltimento delle acque reflue. Ulteriori vantaggi riguardano compattezza e modularità, e quindi i minori ingombri dell’impianto. Da un punto di vista dei costi l’EDI risulta sempre più conveniente rispetto all’IX, a parte il caso in cui si trattino elevate portate (> 100 m3/h) con acque di bassa salinità (TDS < 4 ppm); ciò significa che l’EDI non è economicamente vantaggiosa per applicazioni quali il trattamento del condensato in centrali termolettriche, mentre, in generale, è vantaggiosa per i sistemi di produzione di acqua demineralizzata, se posta a valle dell’osmosi inversa. La principale voce dei costi operativi dell’EDI è la sostituzione di resine e membrane mentre, per l’IX, è data dal consumo di chemicals per la rigenerazione. La driving force per ulteriori sviluppi tecnologici è la richiesta del mercato dei semiconduttori per acqua con una crescente purezza, necessaria per la produzione di memorie più potenti e complesse. In questa ottica sono attualmente in via di sviluppo nuove configurazioni di cella che prevedono l’impiego di moduli a spirale avvolta e/o a letti separati. Tali configurazioni, almeno in linea di principio presentano una maggiore efficienza di rimozione nei confronti delle specie debolmente ionizzate (CO2 silice boro e acidi organici), consentendo di raggiungere i valori di purezza richiesti.

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