Электродеионизация

Электродеионизация (CEDI) - это современный метод обессоливания воды, который используется в промышленных условиях. Основан он на явлении электролиза, или диссоциации соединений при пропускании тока.

По сути, такие системы являются усовершенствованной версией ионообменных фильтров.

Принцип работы

Отдельный модуль представляет собой корпус внутри которого содержаться анод, катод, ионселективные мембраны и ионообменные смолы.

Процесс заключается в том что ток проходит через воду между катодом и анодом, вызывая ее диссоциацию. Также устанавливаются две ионселективных мембраны, которые пропускают исключительно ионы, но задерживают молекулы воды. Возле анода — катионная, так как он притягивает позитивно заряженные ионы имея отрицательный заряд, а катод сопровождает анионная по обратному принципу.

Пространство между слоями заполняется смесью ионообменных смол — катионитов и анионитов.

На рисунке наглядно визуализирован процесс деионизации.

Когда поток поступает в заполненную смолой камеру разбавления, запускаются несколько параллельных процессов. Ионы сильных электролитов удаляются из потока воды смесью ионообменных смол. Под воздействием сильного поля постоянного тока, приложенного к ячейке, заряженные ионы отрываются от смолы и притягиваются к соответствующим противоположно заряженным электродам. Таким образом, эти заряженные частицы непрерывно удаляются и переносятся в отделы концентрирования (между мембраной и электродом).

По мере продвижения ионов к мембране они могут проходить через концентрационную камеру, но не могут достигать электрода. Они блокируются смежной мембраной, содержащей смолу с таким же зарядом.

Если элемент содержит несколько таких ячеек состоящих из двух мембран и ионообменных смол, они попарно будут выполнять роль транспортных и рабочих ячеек.

Поскольку ионы сильных электролитов удаляются, растет сопротивление воды. Сильный приложенный электрический потенциал расщепляет воду на поверхности гранул ионообменных смол, образуя водород (H⁺) и гидроксильные (OH^-) ионы. Этот процесс позволяет производить непрерывную регенерацию ионообменных смол. Регенерированные иониты, в свою очередь, позволяют ионизировать нейтральные или слабоионизированные частицы, например, диоксиды углерода или кремния. Ионизация сопровождается удалением через постоянный ток и ионселективные мембраны.

Реакции ионизации, происходящие в смоле в водородной или гидроксидной формах для удаления слабоионизированных соединений, перечислены ниже:

CO₂ + OH^- => HCO₃^-
HCO₃^- + OH^- => CO₃^2-
SiO₂ + OH^- => HSiO₃^-
H₃BO₃ + OH^- => B(OH)₄^-
NH₃ + H⁺ => NH₄⁺

Конструкции

1. Рулонные мембраны

Их принцип действия показан на рисунке ниже. Одним из лидирующих производителей таких элементов является компания DOW (США). В производстве промышленных систем компания Ecosoft использует эти элементы.

2. Плосколистовые элементы
Такие мембраны имеют более низкую стоимость, но отличаются некоторыми сложностями в обслуживании и эксплуатации.

Обслуживание

Поскольку установка работает в непрерывном режиме и не останавливается на плановую регенерацию, необходимо внимательно следить за технологическими параметрами. Это необходимо для того, чтобы предусмотреть обслуживание.

Возможные факторы, которые в разной степени могут влиять на работу системы это:

- загрязнение механическими частицами (песка, ржавчины, ила и пр.);

- наличие окислителей (хлора, перманганата и пр.);

- органические вещества могут образовывать слизь.

Факторами которые говорят о возникших проблемах, являются повышенное солесодержание и снижение производительности установки на 10-15% от номинальной производительности.

Промывка химическими реагентами производится примерно раз в месяц.

Преимущества

1. Не нужны реагенты и таблетированная соль для регулярной регенерации.

2. Непрерывный режим работы. Полная автоматизация.

3. Стабильная производительность без перепадов.

4. Малые габариты (традиционные системы значительно превышают размеры систем электродеионизации).

5. Высокая степень очистки. При применении обратного осмоса перед CEDI системами возможно удаление 99,9% примесей ионной природы.

6. Экологичность за счет отсутствия опасных стоков и их низкого содержания.

Недостатки

1. СEDI нельзя использовать для воды, имеющей жесткость выше 1, так как карбонат кальция может создать осадок в камере концентрирования, снижая производительность.

2. Вода требует предварительной очистки.

3. Углекислый газ будет свободно проходить через мембрану обратного осмоса, диссоциируя и повышая проводимость воды. Любые ионные частицы, образованные из газообразного диоксида углерода, будут снижать удельное сопротивление воды, производимой СEDI. Нужна регулировка pH.

Применение

Примеры

2. Установка двухступенчатого обратного осмоса и деминерализации на электростанции в Гане.