Электродеионизация (EDI) — это процесс непрерывной деминерализации воды, использующий постоянное электрическое поле в комбинации с ионообменными мембранами и ионообменными смолами для выделения растворенных ионов из воды.
На сегодняшний день единственной технологией водоподготовки, позволяющей получать воду качеством до 18 МОм-см без применения реагентов, является электродеионизация.
В основе технологии электродеионизации лежит принцип электродиализа, одного из старейших мембранных процессов.
Электродиализ — процесс мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля. Движущей силой процесса является градиент электрического потенциала. Под действием электрического поля катионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду). Анионы движутся по направлению к положительно заряженному электроду (аноду). Электрическое поле не оказывает влияния на незаряженные молекулы.
Принцип электродеионизации довольно прост и доступен: из воды, подающейся в каналы между катионообменными и анионообменными мембранами, под действием постоянного электрического тока удаляются ионы растворенных солей. Лишившись солей, исходная вода становится обессоленной (дилюатом). Пройдя через ионообменные мембраны, эти ионы накапливаются в другом потоке исходной воды (5-10%), который становится концентратом. Так как исходной водой для EDI является пермеат обратного осмоса или эквивалентная ему по качеству вода, ее электрическое сопротивление достаточно велико, и, чтобы снизить его, в межмембранные каналы обессоливания и концентрирования загружена смесь катионита и анионита, что также обеспечивает глубину обессоливания. Таким образом, в ходе процесса электродеионизации осуществляется непрерывный ионный обмен с регенерацией электрическим током. При этом не требуются никакие реагенты, а удаление низко-ионизированных веществ, таких как кремнекислота и бор достигается за счет избытка электрического поля.
Электродеионизация (EDI) является заключительной стадией в производстве ультрачистой воды и устанавливается после обратного осмоса.
Ионообменные мембраны изготавливаются из ионообменных смол (ионитов) активные группы которых способны к ионному обмену. Перенос электричества в мембранах под действием электрического поля, обусловлен диффузией противоионов из раствора в мембрану и из мембраны в раствор с противоположной стороны. Перенос ионов в мембране происходит за счет подвижных противоионов.
Электродеионизация:
— это непрерывное получение высокоочищенной воды без использования химреагентов;
— это простая конструкция с модульным принципом построения, позволяющая обеспечить выход обессоленной воды производительность от 10 литров/час до 1000 м3/час и выше;
— это технология, позволяющий на финишной стадии заменить традиционный ионообмен.
Области применения систем электродеионизации:
- энергетика — питательная вода для котлов высокого давления, парогенераторы, бойлеры;
- фармацевтика и медицина — высокоочищенная вода;
- электроника — ультрачистая вода для производства печатных плат и микросхем, полупроводников;
- лаборатории и биотехнологические предприятия — высокочистая вода;
- химическая промышленность — лаборатории и т.д..
Экономическая эффективность:
- Капитальные затраты на внедрение системы непрерывной электродеионизации воды значительно меньше, чем капитальные затраты на систему традиционного ионообмена за счет экономии площадей (отсутствует реагентное хозяйство, баки-нейтрализаторы).
Технология электродеионизации имеет ряд преимуществ:
- Глубокая степень очистки воды(удельное электросопротивление 15 — 18 МОм/см) без применения химикатов;
- Капитальные затраты, как правило, значительно меньше, чем капитальные затраты на систему традиционного ионного обмена за счет экономии площадей (отсутствует реагентное хозяйство, баки-нейтрализаторы и т.п.), а также нет необходимости в оборудовании в коррозионно-стойком исполнении;
- Непрерывное производство со стабильным качеством;
- Получение деионизованной воды марок «А» и «Б»;
- Является неэнергоемким процессом;
- Является непрерывным процессом, т.к. в установке электродеионизации происходит непрерывная регенерация ионообменной смолы, что обеспечивает непрерывный процесс очистки воды; как следствие, не требуется избыточного резервного оборудования на период регенерации;
- Не нужна замена смолы, поскольку смола не истощается, следовательно, производство воды не останавливается;
- Не требуется химических реагентов для регенерации, при этом не требуется химически стойкое оборудование для системы регенерации смол;
- Отсутствие нейтрализации кислот/щелочей или сменных ионообменников;
- При жесткости исходной воды не более 20 мкг-экв/л степень использования воды (гидравлическое КПД) составляет от 90 до 95%;
- Полностью автоматизированный процесс.
- Простота пуска и эксплуатации.
- Минимальное вмешательство оператора, по сравнению с регенерацией фильтров смешанного действия;
- Простые аналитические приборы и управление;
- Значительно более низкие эксплуатационные расходы по сравнению с традиционным ионным обменом;
- Капитальные затраты, как правило, значительно меньше, чем капитальные затраты на систему традиционного ионного обмена за счет экономии площадей (отсутствует реагентное хозяйство, баки-нейтрализаторы и т.п.), а также нет необходимости в оборудовании в коррозионно-стойком исполнении;
- Сбрасываемый концентрат имеет проводимость 300-400 мкСм/см при нейтральном рН и не требует дополнительной обработки.
Основные условия применения установок непрерывной электродеионизации:
— проводимость (вкл. CO2) 40 мкСм/см
— Источник исходной воды — пермеат обратного осмоса или эквивалент
— Температура 5 — 45 оС (оптимальная — 15-35оС )
— Хлор (Cl2) < 0,02 мг/л
— Железо (Fe) < 0,01 мг/л
— Марганец (Mn) < 0,01 мг/л
— Сульфиды (S2-) < 0,01мг/л
— pH 4 – 11
— Жесткость < 20 мкг-экв/л (оптимально — < 5 мкг-экв/л)
— TOC < 0,5
— Диоксид кремния SiO2 < 1 (оптимально — <0,2мг/л)
— электрические параметры — 380 В, 50 Гц, 1 – 45 КВт.
— давление исходной воды — от 2,0 до 7,0 атм.
— температура воздуха в помещении 5 – 35°С,
— влажность – не более 70 %.
— наличие дренажной системы и накопительной емкости.