Принцип работы. В каких отраслях применяется.

Непрерывно возрастающие требования к качеству очищенной воды привели к созданию и последующему развитию новых технологий подготовки воды. На сегодняшний день, технологии получения высокоочищенной воды постоянно совершенствуются и усложняются. Существует ряд способов глубокой деминерализации, которые позволяют довести ее удельное сопротивление до 18 МОм×см. До недавнего времени все известные технологии обессоливания имели недостатки: ограниченное время жизни фильтрующих элементов, энергоемкость или низкую производительность установок. Одной из установок, лишенных описанных выше недостатков является установка получения сверхчистой воды – установка электродеионизации. Электродеионизация (ЭДИ) - один из самых современных и экономически выгодных методов непрерывной глубокой очистки воды. Для эффективной работы рекомендуется использовать установки электродеионизации воды после начального обессоливания воды на установках обратного осмоса.

Принцип работы установки электродеионизации

Электродеионизация (ЭДИ) — самый совершенный метод финишной очистки воды. Он позволяет отказаться от ионообменной очистки воды на смешанном слое ионитов (ФСД). Количество образующегося концентрата не превышает 10%. Это технология позволяет совместить преимущества ионного обмена и мембранных технологий.

Другими словами, ЭДИ объединяет две технологии: электродиализ и ионный обмен. Упрощенно ЭДИ-установку можно представить как электродиализный аппарат, межмембранные зазоры которого заполнены смесью ионитов (катионит и анионит).

Рис. 1 – Схема организации процесса непрерывной электродепонизации воды.

В процессе работы происходит поглощение из воды смолами ионов и регенерация смол под действием приложенного напряжения. Иониты в этом случае служат не «емкостью», поглощающей ионы, а скоростным «тоннелем», обеспечивающим их транспортировку в камеру концентрата.

В качестве источника энергии установка использует постоянный электрический ток.

Принцип работы электродеионизатора построен на одновременном протекании следующих процессов:

Электродиализ. Под действием постоянного электрического поля ионы металлов и кислотных остатков движутся к электродам с противоположным зарядом и через ионселективные мембраны отводятся в зону концентрата.

Ионный обмен. Пространство между мембранами заполнено смесью катионитов и анионитов. Ионы растворенных в воде солей поглощаются ионообменной смолой, то есть замещаются анионами гидроксила и катионами водорода.

Регенерация. Под действием электрического тока диссоциированная вода восстанавливает обменную способность смол.

При размещении чередующихся слоев анионо- и катионообменных мембран в модуле организованному по принципу фильтр-пресса, образуется набор параллельных очищающих и концентрирующих камер. Ионообменные мембраны прикреплены к полимерной раме. Камеры, выполняющие роль очищающих заполнены смешанной ионообменной смолой в Н+ и ОН- форме. Камеры концентрата, как правило, не заполняются смолами и содержат специальные турбулизирующие вставки (сетки).

Этот основной повторяющийся элемент модуля электродеионизации, проиллюстрирован на рисунке 2. Набор очищающих и концентрирующих камер расположен между двумя электродами, которые подключены к источнику постоянного тока.

Рис. 2 – Устройство модуля EDI.

 

Для контроля качества глубоко обессоленной воды комплексы водоподготовки оборудуются аналитическими стендами, определяющими электропроводность, рН, содержание натрия в конечном продукте.

Первые опыты по электродеионизации в лабораторных условиях были предприняты в 1950-х годах. В середине 1980-х EDI заняли свое законное место в промышленной водоподготовке.

 

Рис. 3 – Общий вид установки.

 

Важность предподготовки

 

Учитывая особенности процесса электродеионизации как финишного этапа очистки воды и особенности эксплуатации модулей EDI, совершенно необходимым и чрезвычайно важным этапом является предварительная подготовка воды.

Вода из всех источников содержит различные загрязнения, в том числе растворенные соли, которые состоят из отрицательно заряженных ионов (анионы) и положительно заряженных ионов (катионы). Обычные ионы включают в себя натрий, кальций, магний, хлорид, сульфат, нитрат, карбонат, углекислую соль и т.д. Около 98% этих ионов может быть удалено применением метода обратного осмоса. В водных источниках также содержатся органические вещества, растворенные газы (например, O2, CO2), следы металла и слабоионизованные неорганические соединения (например, бор и кремний), которые должны быть удалены для использования в самих промышленных процессах. Система обратного осмоса (и ее предварительная очистка) также устраняют многие из этих загрязнителей.

Пермеату обратного осмоса (исходная вода EDI) в идеале следует варьироваться от 1-6 мкСм/см (см. таблицу 1 ниже). Ультрачистая (деионизированная) вода варьируется в диапазоне от 2.0 – 18.2 МОм/см в зависимости от применения. Обычно меньшее содержание ионов в исходной воде EDI приводит к более высокому качеству очищенной воды.

Соответствующая предварительная очистка исходной воды EDI – основное требование, необходимое для оптимального выполнения процесса и беспроблемной эксплуатации EDI. Наличие загрязнителей в исходной воде может негативно сказаться на деионизационном модуле и может либо потребовать ремонта, либо сократить срок службы модуля. Следовательно, решающими являются система обратного осмоса и предварительная очистка.

 

Сферы применения электродеионизации воды

 

Высокоочищенная вода, полученная с помощью систем ЭДИ, применяется в следующих сферах:

 

Фармацевтика. Среда для создания лекарственных препаратов.

Медицина. Для проведения гемодиализа и гемодиафильтрации.

Энергетика. Подпитка паровых котлов высокого давления, которые в электрогенерирующих установках.

Микроэлектроника. Производство интегральных микросхем, печатных плат, устройств памяти, жидкокристаллических дисплеев, солнечных батарей, электролитических конденсаторов.

Научно-исследовательские лаборатории.

 

Особенности электродеионизации

 

Одна из особенностей дилюата, полученного путем электродеионизации, состоит в малом времени хранения. Установку следует располагать как можно ближе к потребителю. Вода может потерять свои свойства даже при контакте с атмосферным воздухом: поглощение CO2 приводит снижению удельного сопротивления.

 

Преимущества и недостатки установок электродеионизации

 

К основным преимуществам применения электродеионизации можно отнести:

Непрерывная работа электродеионизаторов. Процессы ионного обмена и регенерации ионитов протекают параллельно. Установку ЭДИ не нужно останавливать для замены модуля или восстановления его фильтрующей способности.

Низкие эксплуатационные затраты. Технология электродеионизации требует меньших удельных затрат энергии в сравнении с процессами, основанными на выпаривании и конденсации. Ионообменные модули имеют высокий рабочий ресурс.

Выход высокоочищенной воды составляет почти 100 %. В процессе электродеионизации не образуется загрязненных сточных вод. Концентрат, полученный на выходе EDI, оказывается чище, чем исходная вода для обратноосмотического фильтра. В большинстве установок его не сливают, а снова отправляют на предварительную мембранную очистку.

EDI не требует использования химических веществ для регенерации, что соответственно не требует организации сложного реагентного хозяйства.

Модули EDI компактны и требуют малых занимаемых площадей.

Невысокий расход электроэнергии.

 

Существенный недостаток у технологии только один - высокая цена на модули электродеионизации, которая достигает половины стоимости всей установки.

Рис. 4 – Общий вид установки.