18:05 La producción de agua de alta pureza puede resultar costosa cuando una planta depende de regeneraciones químicas frecuentes, de un rendimiento inestable del intercambio iónico o de tareas complejas por parte del operador. Un módulo EDI resuelve gran parte de este problema al combinar la separación por membranas, la resina de intercambio iónico y la electricidad en un único sistema de pulido continuo.
Un módulo EDI es un sistema preensamblado de tratamiento de agua por electroionización que se utiliza principalmente tras la ósmosis inversa. Elimina de forma continua las impurezas ionizables del permeado de ósmosis inversa mediante la combinación de resina de intercambio iónico, membranas selectivas y un campo eléctrico de corriente continua. A diferencia de los desionizadores convencionales, el sistema EDI no suele requerir una regeneración química rutinaria con ácidos y álcalis, lo que lo hace muy adecuado para la producción continua de agua de alta pureza y ultrapura.
¿Qué es un «skid» de EDI? Cómo funcionan los sistemas de tratamiento de agua por electrodeionización
EDI son las siglas de «electrodeionización». Un módulo EDI es un sistema de purificación de agua montado en fábrica que contiene uno o más EDI módulos, junto con el equipo necesario para su funcionamiento, supervisión y control.
Normalmente, el módulo recibe agua de alimentación altamente purificada procedente de un sistema de ósmosis inversa. A continuación, elimina gran parte de las impurezas iónicas disueltas restantes para producir agua desionizada o agua de proceso de alta pureza.
Un proceso de tratamiento simplificado tiene el siguiente aspecto:
Agua en bruto
↓
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa
↓
Permeado de ósmosis inversa
↓
Unidad de EDI
↓
Agua de alta pureza
El término “skid” se refiere al conjunto físico. Las bombas, las válvulas, los módulos EDI, los instrumentos, las tuberías, los componentes eléctricos y los controles están montados sobre un bastidor estructural, de modo que el sistema pueda fabricarse y someterse a pruebas antes de su envío.
Esto resulta útil para los proyectos EPC, ya que gran parte de la instalación de tuberías y la integración eléctrica se lleva a cabo en la fábrica, en lugar de en la obra.
Un módulo EDI, por el contrario, es únicamente el dispositivo central de separación. Un sistema EDI o unidad modular integra el módulo en un conjunto operativo de tratamiento de agua.
El proceso EDI combina tres tecnologías:
La resina captura los iones disueltos del agua. A continuación, el campo eléctrico aplicado hace que dichos iones migren a través de membranas selectivas y entren en los canales de concentrado.
Entre los iones con carga positiva, denominados cationes, se encuentran sustancias como:
Entre los iones con carga negativa, denominados aniones, se encuentran:
La pila EDI contiene membranas selectivas de iones dispuestas de forma alterna. Las membranas de intercambio catiónico favorecen el movimiento de los iones con carga positiva, mientras que las membranas de intercambio aniónico favorecen el de los iones con carga negativa.
Una visión simplificada es la siguiente:
Campo eléctrico de corriente continua
(+) -------------------- (-)
Agua de alimentación
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Cámara de dilución rellena de resina │
│ │
│ Cationes ──────► Membrana de cationes │
│ Aniones ◄────── Membrana de aniones │
│ │
│ El agua purificada continúa su recorrido │
└─────────────────────────────────────────┘
↓ ↓
Agua purificada Concentrado
A medida que los iones se alejan del flujo del producto, el agua del producto se va desionizando progresivamente.
Una característica clave es el comportamiento de la resina. En el intercambio iónico convencional, la resina agotada suele requerir una regeneración con ácido o sosa cáustica. En la EDI, las condiciones eléctricas del interior del módulo favorecen la disociación del agua en hidrógeno e iones hidróxido. Estos contribuyen a regenerar continuamente la resina durante el funcionamiento.
Por eso, la electrodeionización se suele describir como un proceso continuo. Veolia define la EDI continua como un proceso en el que se utilizan resinas, membranas y electricidad para depurar de forma continua el permeado de ósmosis inversa sin necesidad de una regeneración química rutinaria.
¿Qué es un «skid» de EDI? Cómo funcionan los sistemas de tratamiento de agua por electrodeionización
Un sistema industrial de tratamiento de agua mediante EDI incluye mucho más que el propio módulo EDI.
Un skid típico puede incluir:
| Componente | Función |
|---|---|
| Módulo EDI | Elimina las impurezas ionizables restantes |
| Válvula de aislamiento de la alimentación | Controla el permeado de ósmosis inversa entrante |
| Regulador de presión | Mantiene una presión de funcionamiento adecuada |
| Medidores de caudal | Medir el caudal del producto y del concentrado |
| Manómetros y transmisores de presión | Supervisar las condiciones hidráulicas |
| Medidor de conductividad/resistividad | Comprueba la calidad del agua del producto |
| Fuente de alimentación de corriente continua | Proporciona el campo eléctrico |
| Panel de control | Gestiona y protege el sistema |
| PLC/HMI | Automatización y supervisión de procesos |
| Tuberías y válvulas | Flujos de alimentación directa, de producto y de concentrado |
| Puntos de muestreo | Permitir la realización de análisis de la calidad del agua |
| Bastidor/patín | Es compatible con el paquete completo |
Los sistemas de mayor tamaño pueden utilizar varios dispositivos EDI en paralelo para alcanzar la capacidad de producción de agua necesaria.
El sistema también necesita dispositivos de enclavamiento. Por ejemplo, la alimentación de corriente continua no debería funcionar sin un caudal de agua adecuado. Un caudal insuficiente, una presión excesiva, una mala calidad del agua de entrada u otra condición anómala pueden activar una alarma o provocar la parada del sistema.
En el caso de los contratistas de EPC, solemos recomendar que se considere el módulo EDI como parte del sistema completo de tratamiento de agua, y no como una unidad independiente. La calidad de la ósmosis inversa, la desgasificación, el bombeo, el almacenamiento, la recirculación, la instrumentación y la higiene en las fases posteriores influyen en el rendimiento final.
El EDI es una tecnología de purificación. Por lo general, no está diseñada para tratar agua bruta sin tratar.
Por lo tanto, la ósmosis inversa se encarga primero de la mayor parte de la desalinización a gran escala.
Una configuración habitual del sistema es la siguiente:
Agua bruta
↓
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa (RO)
│
├── Elimina la mayor parte de la sal disuelta
↓
Desionización electrolítica (EDI)
│
└── Elimina los iones restantes
↓
Agua de alta pureza
Los sistemas comerciales RO-CEDI de Veolia combinan la ósmosis inversa y la electrodeionización continua en una única plataforma diseñada específicamente para producir agua desmineralizada de alta calidad.
Este acuerdo tiene un importante beneficio económico.
Si una unidad de EDI tuviera que tratar agua con una carga iónica muy elevada, tendría que hacer pasar una cantidad mucho mayor de iones a través de sus membranas selectivas. Esto genera una mayor demanda eléctrica, un mayor riesgo de formación de incrustaciones y problemas de rendimiento.
RO reduce esta carga en primer lugar.
El sistema de ósmosis inversa también reduce:
A continuación, el EDI se encarga de la carga iónica restante, mucho menor, en el permeado de la ósmosis inversa.
En el caso de los sistemas de alta pureza, también se puede instalar un desgasificador de membrana antes del EDI para controlar el dióxido de carbono. El CO₂ es importante porque, en su forma molecular disuelta, no se rechaza con fuerza como ion y puede aumentar la carga iónica tras entrar en el entorno del EDI.
Las directrices técnicas sobre EDI de DuPont señalan específicamente que un exceso de CO₂ y de alcalinidad puede reducir significativamente la calidad del agua del producto.
Tanto el EDI como el intercambio iónico tradicional pueden producir agua desmineralizada. La gran diferencia radica en cómo se regenera la resina de intercambio iónico.
En un sistema convencional de desionización de lecho mixto o de dos lechos, la resina acaba agotándose. Los operadores suelen utilizar ácidos y productos químicos cáusticos para restaurar su capacidad de intercambio.
El EDI utiliza electricidad para mantener la resina activa durante su funcionamiento.
| Factor | EDI | Intercambio iónico tradicional |
|---|---|---|
| Eliminación de iones | Continuo | Por lotes/cíclico |
| Resina | Sí | Sí |
| Membrana selectiva | Sí | Normalmente no |
| Campo eléctrico | Sí | No |
| Regeneración rutinaria con ácidos y sápidos | Normalmente no es necesario | Obligatorio |
| Necesidades alimentarias | Agua pretratada de alta calidad | Puede adaptarse a condiciones más amplias en función del diseño |
| Estabilidad de la calidad del agua | Funciona de forma continua cuando se utiliza correctamente | Puede variar a lo largo del ciclo de servicio/regeneración |
| Automatización | Alto | Se puede automatizar, pero la regeneración sigue siendo necesaria |
| Almacenamiento de productos químicos | Bajar para la regeneración | Normalmente se necesitan ácidos o sosa cáustica |
Esta es una de las razones por las que el EDI ha cobrado atractivo para las instalaciones que desean reducir la manipulación rutinaria de productos químicos peligrosos.
Sin embargo, la expresión “sin productos químicos” no debe interpretarse de forma demasiado literal.
El EDI elimina la regeneración química rutinaria de la resina durante la producción normal, pero una planta industrial puede seguir necesitando productos químicos en otros procesos para:
La verdadera ventaja es la eliminación del ciclo recurrente de regeneración con ácidos y sápidos que caracteriza a muchos sistemas tradicionales de intercambio iónico.
El EDI se utiliza cuando el Permeado de ósmosis inversa no es lo suficientemente puro.
En condiciones adecuadas de alimentación de agua y funcionamiento, los sistemas comerciales de electrodeionización pueden producir agua con una resistividad cercana a los 18 MΩ·cm. Veolia afirma que algunos sistemas integrados de ósmosis inversa y electrodeionización (RO-CEDI) están diseñados para producir agua desionizada con una resistividad de hasta aproximadamente 18 MΩ·cm.
Una mayor resistividad suele indicar una menor contaminación iónica.
Una comparación simplificada sería:
| Etapa del agua | Pureza iónica relativa típica |
|---|---|
| Agua sin tratar | Bajo |
| Agua descalcificada | Iones totales similares, menor dureza |
| Permeado de ósmosis inversa | Alto |
| Producto RO + EDI | Muy alto |
| Ósmosis inversa + EDI + pulido final | Adecuado para aplicaciones ultrapuras exigentes cuando se diseña correctamente |
El rendimiento real debe determinarse en función de cada proyecto concreto.
No elijas un sistema EDI solo porque en un folleto ponga “18 MΩ·cm”. La calidad del agua del producto depende de:
Además, las industrias suelen controlar otros parámetros además de la conductividad o la resistividad.
También pueden especificar:
En el caso de proyectos relacionados con el sector de los semiconductores, el sector farmacéutico y otros ámbitos en los que se utiliza agua ultrapura, la EDI puede constituir una de las etapas de un proceso de purificación mucho más amplio.
Un buen rendimiento del EDI empieza por una buena agua pretratada.
La dureza es especialmente importante. El calcio y el magnesio pueden formar incrustaciones en el interior de las zonas de concentrado del sistema EDI, ya que las condiciones locales de pH pueden favorecer la precipitación.
Por ejemplo, el manual técnico actual del EDI-310 de DuPont especifica una dureza máxima de 0,5 mg/L, expresada como CaCO₃, con una recuperación del 90%, y de 0,1 mg/L con una recuperación del 95% para ese módulo en concreto. Estas cifras ilustran lo baja que puede tener que ser la dureza de la alimentación del EDI; el límite correcto siempre debe indicarlo el fabricante del módulo seleccionado.
Otros parámetros importantes del agua de alimentación son:
La sílice puede provocar depósitos difíciles de eliminar en condiciones de agua inadecuadas. DuPont advierte de que un exceso de sílice en el agua de entrada puede reducir el rendimiento del sistema EDI y contribuir a la formación de incrustaciones irreversibles en las cámaras de concentrado.
El dióxido de carbono puede atravesar el sistema de ósmosis inversa (RO) con relativa facilidad en comparación con las sales iónicas. Una vez que entra en una unidad de EDI, las reacciones en las que intervienen el bicarbonato y el carbonato aumentan la carga iónica.
En el caso del agua con un contenido significativo de CO₂, los ingenieros pueden utilizar:
La solución exacta depende del análisis completo del pienso.
Las aplicaciones industriales de la EDI se centran en procesos que requieren agua continua, fiable y de baja conductividad.
El EDI se asocia habitualmente con la generación de energía, incluida la producción de agua desmineralizada para la alimentación de calderas y aplicaciones relacionadas con las turbinas.
Veolia menciona específicamente la alimentación de calderas y la inyección en turbinas entre las aplicaciones de las plantas integradas de ósmosis inversa (RO) y CEDI.
Un bajo nivel de contaminación iónica contribuye a reducir:
Las instalaciones farmacéuticas utilizan sistemas de agua purificada cuya calidad microbiológica y química se controla rigurosamente.
El EDI puede formar parte del proceso de purificación tras la ósmosis inversa (RO), aunque el uso de un módulo EDI no garantiza por sí solo el cumplimiento de una norma de la farmacopea. El diseño sanitario, el almacenamiento, la distribución, la supervisión, la validación y los procedimientos operativos en su conjunto deben cumplir los requisitos aplicables.
Las fábricas de productos electrónicos necesitan niveles de contaminación extremadamente bajos para procesos como:
A menudo, tras el proceso de ósmosis inversa (RO) y la desionización electrolítica (EDI) se lleva a cabo un pulido adicional para obtener agua ultrapura.
EDI puede suministrar agua de proceso de alta calidad cuando es necesario controlar estrictamente el contenido en minerales.
Los laboratorios, las plantas de recubrimientos, los procesos químicos especializados, los centros de datos y muchas otras instalaciones pueden utilizar la tecnología EDI cuando se requiere agua de alta pureza constante. Veolia incluye los sectores de la energía, la alimentación y las bebidas, la microelectrónica, la metalurgia, la fabricación en general y los centros de datos entre las aplicaciones de sus sistemas RO-CEDI.
¿Qué es un «skid» de EDI? Cómo funcionan los sistemas de tratamiento de agua por electrodeionización
La principal ventaja de la electrodeionización es la desmineralización continua sin necesidad de una regeneración rutinaria de las resinas con ácidos y sosa cáustica.
El funcionamiento continuo también elimina los ciclos de calidad de servicio y regeneración que se dan en algunos sistemas de desionización convencionales.
El EDI no es adecuado para todos los flujos de alimentación.
Entre sus límites se incluyen:
En otras palabras:
El EDI es una tecnología de pulido excelente, pero un mal sustituto de un pretratamiento adecuado.
Un módulo EDI no puede solucionar los problemas de un sistema de ósmosis inversa mal diseñado.
Los buenos sistemas modulares de tratamiento de agua electrodesionizada parten de una especificación del proceso, más que de un modelo de módulo.
Antes de dimensionar el equipo, los ingenieros deben saber lo siguiente:
Análisis del agua de alimentación
↓
Diseño del sistema de ósmosis inversa (RO)
↓
Análisis y proyección del permeado de RO
↓
Cálculo de la carga del EDI
↓
Selección del módulo EDI
↓
Diseño hidráulico
↓
Selección del suministro eléctrico
↓
Instrumentación
↓
Programación de PLC / HMI
↓
Fabricación del bastidor
↓
Pruebas en fábrica
↓
Envío y puesta en marcha
En el caso de los sistemas de gran tamaño, pueden funcionar varios módulos en paralelo.
Por ejemplo:
┌── Módulo EDI 1 ──┐
Permeado de ósmosis inversa ───┼── Módulo EDI 2 ──┼──► Agua tratada
├── Módulo EDI 3 ──┤
└── Módulo EDI 4 ──┘
Esta estructura modular también permite a los ingenieros incorporar redundancia. Un proyecto puede utilizar una configuración N+1 cuando el tiempo de actividad es fundamental.
Los diseños sobre patines resultan especialmente útiles para las plantas en contenedores y los proyectos EPC, ya que los equipos pueden montarse, cablearse, inspeccionarse y ponerse parcialmente en servicio antes de llegar a la obra.
También se ofrecen sistemas RO-CEDI comerciales «plug-and-play» diseñados para el transporte en contenedores y una instalación rápida, lo que demuestra la viabilidad de este enfoque.
El sistema EDI requiere menos tareas de regeneración rutinarias que los desionizadores convencionales, pero no está exento de mantenimiento.
Los operadores deben supervisar:
Una tendencia estable suele ser más útil que una sola medición aislada.
| Observación | Posible causa |
|---|---|
| La resistividad del producto disminuye | Cambios en la calidad del pienso, CO₂, carga de los módulos |
| Aumenta la caída de presión | Incrustaciones u obstrucciones |
| La corriente eléctrica varía bruscamente | Carga iónica de la alimentación o problema de funcionamiento |
| Disminución del flujo de productos | Restricción hidráulica |
| Aumenta el contenido de sílice | Problema de rendimiento en la fase inicial o relacionado con el EDI |
| Aparece «dureza» en la ración | Fallo en el sistema de ósmosis inversa (RO) o en el pretratamiento |
El sistema de ósmosis inversa (RO) de la etapa previa también debe supervisarse de cerca.
Si el rechazo de la ósmosis inversa (RO) se deteriora repentinamente, la carga iónica que entra en el sistema EDI puede aumentar considerablemente. Seguir utilizando el módulo EDI sin tomar medidas correctivas puede provocar la formación de incrustaciones o una mala calidad del agua de producto.
Por lo tanto, una buena programación de un PLC puede incluir alarmas para:
Esta es una de las razones por las que la automatización es importante en una planta integrada de tratamiento de aguas.
En la mayoría de los proyectos industriales, el EDI no es una tecnología de tratamiento independiente.
Un sistema completo podría tener este aspecto:
Agua sin tratar
↓
Multimedia / Pretratamiento UF
↓
Carbón activo o decloración
↓
Filtro de cartucho
↓
Ósmosis inversa
↓
Control de CO₂, si es necesario
↓
EDI
↓
UV / Pulido final, si es necesario
↓
Depósito de agua pura
↓
Circuito de distribución
Un sistema electrónico más complejo podría utilizar:
Pretratamiento
↓
Ósmosis inversa (RO)
↓
Ósmosis inversa de segunda pasada (RO)
↓
Desionización electrolítica (EDI)
↓
UV
↓
Pulido de TOC
↓
Ultrafiltración final (UF)
↓
Agua ultrapura
Los proyectos de reutilización de aguas residuales pueden comenzar mucho antes:
Aguas residuales industriales
↓
Tratamiento biológico
↓
MBR
↓
Ósmosis inversa (RO)
↓
Desalinización por electrodiálisis (EDI)
↓
Agua reutilizable de alta calidad
Este enfoque integrado es fundamental para nuestra labor como fabricante y proveedor especializado en ingeniería de sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales en China.
Fabricamos e integramos:
En el caso de un proyecto EPC, esto significa que el MBR, la UF, la RO, la EDI, las bombas, la instrumentación, los depósitos, los controles PLC/SCADA y la documentación técnica pueden considerarse como un único proceso de ingeniería, en lugar de como un conjunto de componentes inconexos.
Para un comprador industrial, un producto económico EDI El módulo no garantiza necesariamente que se construya una planta de tratamiento de agua económica.
Un diseño deficiente puede provocar:
Antes de comprar equipos de EDI, pide al proveedor que confirme lo siguiente:
| Requisito | Lo que deberías recibir |
|---|---|
| Especificaciones del agua de alimentación | Límites claros |
| Objetivo de agua del producto | Resistividad/conductividad y otros parámetros |
| Caudal | Capacidad nominal y de funcionamiento |
| Recuperación | Valor de diseño |
| Modelo de módulo | Ficha técnica y cantidad |
| Diseño eléctrico | Tensión/corriente/fuente de alimentación |
| P&ID | Esquema completo del proceso |
| Instrumentación | Marca, gama, señal |
| Filosofía de control | Lógica de PLC/HMI |
| Materiales | Tuberías, estructura, componentes en contacto con el fluido |
| Pruebas | Plan FAT |
| Documentación | Manuales y planos |
| Piezas de repuesto | Lista de recomendaciones |
| Puesta en servicio | Asistencia técnica a distancia o presencial |
También recomendamos enviar a tu proveedor los resultados reales del análisis del agua de alimentación, en lugar de limitarte a preguntar:
“¿Cuánto cuesta una unidad EDI de 10 m³/h?”
Dos plantas con el mismo caudal pueden necesitar diseños diferentes debido a que el permeado de ósmosis inversa (RO) de cada una contiene niveles distintos de CO₂, dureza, sílice y otras especies ionizables.
Para los contratistas de EPC, las empresas de ingeniería municipal e industrial, las plantas farmacéuticas, los fabricantes de semiconductores, las fábricas de alimentos y bebidas y los distribuidores internacionales, la secuencia de compra más adecuada es la siguiente:
análisis del agua → requisitos del agua del producto → diseño del proceso → selección de equipos → presupuesto comercial.
Eso reduce el riesgo para todos.
EDI son las siglas de «electrodeionización». Combina resinas de intercambio iónico, membranas selectivas y corriente eléctrica continua para eliminar de forma continua las impurezas iónicas disueltas del agua sometida a un tratamiento previo exhaustivo.
Un módulo EDI es el dispositivo principal de desionización. Un conjunto EDI incluye el módulo, además de las tuberías, las válvulas, las fuentes de alimentación eléctrica, la instrumentación, los controles y el bastidor estructural necesarios para su funcionamiento como sistema completo.
En la mayoría de las aplicaciones industriales de alta pureza, sí. La ósmosis inversa (RO) elimina primero la mayor parte de la sal disuelta, lo que permite que la EDI refine los iones restantes de forma eficaz. Normalmente, la EDI debería recibir agua pretratada de alta calidad y baja dureza.
En muchas aplicaciones de pulido por ósmosis inversa, la EDI puede sustituir al intercambio iónico regenerable convencional y evitar la regeneración rutinaria con ácidos y sosa cáustica. Sin embargo, cada proceso tiene distintos límites de agua de alimentación, costes de inversión y requisitos de funcionamiento.
Los sistemas EDI comerciales pueden alcanzar valores cercanos a los 18 MΩ·cm en condiciones adecuadas de funcionamiento y de agua de alimentación. Este valor no debe considerarse garantizado sin evaluar previamente la calidad del agua de alimentación, la temperatura, el CO₂, la carga y el módulo seleccionado.
Normalmente, el EDI no requiere la regeneración periódica con ácidos y sápidos que se utiliza en el intercambio iónico convencional. Sin embargo, es posible que la planta de tratamiento de agua en su conjunto siga utilizando productos químicos para el pretratamiento de ósmosis inversa, el ajuste del pH, la limpieza, la desinfección o el control de las incrustaciones.
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