Принцип работы установки электродеионизации
Электродеионизация (EDI) позволяет преодолеть существенные ограничения, присущие как электродиализу, так и ионному обмену по отдельности.
Проблема электродиализа заключается в его неэффективности при работе с водой, имеющей низкое содержание солей. Это связано с тем, что высокое электрическое сопротивление такой воды приводит к значительному увеличению энергопотребления и снижению эффективности очистки.
Решением этой проблемы может стать использование ионообменных смол, которые заполняют ячейку, через которую проходит вода. Под воздействием электрического потенциала ионы начинают двигаться быстрее через зерна ионообменных смол, обладающих более высокой электропроводимостью по сравнению с водной средой с низким содержанием солей.
Процесс EDI основывается на нескольких ключевых механизмах: ионообменных реакциях для обессоливания воды с использованием ионитов, электрохимических реакциях для регенерации и удалении примесей из воды через ионселективные мембраны.
В процессе EDI одновременно и непрерывно происходят следующие явления:
- Ионный обмен, при котором ионы из исходной воды сорбируются на зернах катионита и анионита при прохождении через ионообменную загрузку.
- Отвод ионов через слои ионитов и ионселективные мембраны в зону концентрата.
- Регенерация ионитов ионами водорода и гидроксила, образующимися в результате электролиза молекул воды под воздействием постоянного тока.
Для реализации этих процессов используются специальные EDI-модули. Конструкция модуля включает три типа проточных каналов: деминерализации (D-каналы), концентрата (С-каналы) и электролита (Е-каналы).
Один D-канал, одна катионитная мембрана, один С-канал и одна анионитная мембрана образуют EDI-ячейку. EDI-модуль представляет собой сборку параллельно работающих EDI-ячеек. Исходная вода поступает в D-каналы, заполненные ионитами, которые сорбируют катионы и анионы из раствора, обменивая их на ионы водорода и гидроксила. На выходе из D-канала получается глубоко обессоленная вода.
Е-каналы образованы электродами совместно с последней мембраной. Проходя через Е-каналы, поток концентрата обогащается трансмембранным ионным потоком от замыкающей мембраны. В катодный Е-канал попадает небольшое количество газообразного водорода, а в анодный Е-канал — небольшое количество газообразного кислорода и хлора, образующихся в результате электрохимических реакций на электродах. Поток из Е-каналов отводится в дренаж, чтобы предотвратить разрушение мембран под воздействием сильных окислителей — хлора и кислорода.
Под действием электрического поля катионы по катиониту и анионы по аниониту движутся через соприкасающиеся зерна смол в направлении соответствующих электродов. Прошедшие через мембраны ионы попадают в С-каналы, в которых организуется постоянный проток воды, и откуда они в виде концентрата выводятся из модуля.
Электрический ток, протекающий через исходную воду, инициирует реакцию расщепления молекул воды с образованием ионов Н+ и ОН-. Эти ионы непрерывно регенерируют иониты, обеспечивая условия для непрерывного удаления ионов из обрабатываемой воды.
Эффективность работы EDI-модуля определяется двумя основными факторами: скоростью переноса ионов в поперечном сечении ячейки и скоростью непрерывной электрорегенерации ионита. Отклонение от оптимальных условий осуществления этих процессов может привести к неполной регенерации зерен ионита и снижению качества очищенной воды.
Основными технологическими параметрами, влияющими на эффективность работы EDI-модуля, являются:
- Сила тока.
- Скорость потока в D-канале.
- Соотношение потоков в D- и С-каналах, определяющее солесодержание концентрата.
- Температура и солесодержание исходной и очищенной воды.
- Рабочее давление и величина гидравлического КПД.
Рабочее давление в процессе электродеионизации составляет 1,5–4,0 атм. Температура исходной воды — от 5 до 35–45 °C. Определение скорости рециркуляции потока концентрата и объёма его сброса в дренаж осуществляется с учётом предотвращения образования осадка в концентратом канале.
Существуют методы, позволяющие повысить эффективность режима электрорегенерации:
- Ускорение процесса гидролиза водных молекул. Для достижения оптимальной скорости гидролиза молекул воды в слое ионита необходимо тщательно подобрать комбинацию ионитов и мембран. Скорость зависит от толщины слоя ионита и поверхностных характеристик используемых материалов.
- Повышение электропроводности в С-каналах. Этого можно добиться путём размещения в них слоя ионита или путём добавления раствора сильного электролита.
Для EDI-модулей, в конструкции которых отсутствуют иониты в С-каналах, интенсивность электрорегенерации ограничивается проводимостью концентрата, а именно его солесодержанием. Этот показатель необходимо поддерживать на требуемом уровне, поэтому часто в С-каналах обеспечивается циркуляция солевого раствора. Более эффективной считается конструкция, включающая иониты как в D-, так и в С-каналах. Это позволяет увеличить скорость ионного переноса при неизменном уровне энергопотребления.
Степень очистки, достигаемая в EDI-процессах, зависит от солесодержания исходной воды и может достигать 99,9%. При электропроводимости исходной воды 1000 мкСм•см⁻¹ селективность EDI-модуля составляет около 95%, при 100 мкСм•см⁻¹ — 99%, а при электропроводимости исходной воды 1 мкСм•см⁻¹ можно получить особо чистую воду с электропроводимостью 0,056 мкСм•см⁻¹ (то есть с удельным электрическим сопротивлением 18 МОм•см).
Вы можете оставить заявку на консультацию и подбор оборудования на нашем сайте.
- Телефон +7 (800) 222-000-1
- Почта vodeco@vodeco.ru
Предлагаем услуги по подбору программы реагентной обработки воды:
- Телефон +7 (966) 114-50-64
- Почта chem@vodeco.ru
Подписывайтесь на наши каналы: