Электродеионизация

В процессе электродеионизации не образуется загрязненных сточных вод. Концентрат, полученный на выходе EDI, оказывается чище, чем исходная вода для обратноосмотического фильтра

Технология Электродеионизации

технология
Электродеионизация - это метод глубокой очистки воды. В качестве источника энергии она использует постоянный электрический ток. Принцип работы электродеионизатора построен на одновременном протекании электродиализа, ионного обмена и регенерации.

При этом методе растворимые соли удаляются из воды под действием электрического поля и с помощью частично проницаемых мембран.
Селективные ионообменные мембраны подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проницаемы для катионов и имеют отрицательный заряд. Аниониты проницаемы для анионов, их заряд — положительный.
Очищаемая вода помещается в полость, разделенную на три части селективными мембранами. Под действием постоянного электрического тока ионы из раствора начинают притягиваться к мембране, имеющей противоположный заряд.
Ионообменные селективные мембраны не сорбируют ионы, а селективно пропускают их сквозь себя. Извлеченные из воды ионы концентрируются в соседних камерах, а в камере обессоливания остается очищенная вода. Остаточное содержание солей при этом методе водоподготовки составляет 5-20 мг/л.
Первые опыты по электродеионизации в лабораторных условиях были предприняты в 1950-х годах. В середине 1980-х EDI электродеионизаторы воды заняли свое законное место в промышленной водоподготовке.

В установках электродиализа и электродеионизации воды используются одинаковые мембраны. Матрица из нейтрального полимера заполнена ионообменной смолой, способной пропускать частицы с противоположным зарядом и задерживать одноименно заряженные ионы.
Ионообменная смола - смесь катионитов и анионитов - имеет зернистую структуру. Она поглощает нежелательные ионы и с отрицательным, и с положительным зарядом. В процессе очистки воды повышается ее удельное сопротивление. Смесь катионитов и анионитов выполняет роль проводника электрического тока и снижает затраты энергии, которая требуется для непрерывного протекания процесса.

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.

Достоинства электродеионизации

Непрерывная работа электродеионизаторов
Непрерывная работа электродеионизаторов

Процессы ионного обмена и регенерации ионитов протекают параллельно.

Низкие эксплуатационные затраты
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 глубоко очищенной воды составляет почти 100 %
Выход глубоко очищенной 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.

Требования к предварительной подготовке воды перед подачей в модуль электродеионизации (EDI)

Комплектация установки электродеионизации определяется исходным составом воды. Перед попаданием в модуль EDI одна должна пройти через одно- или двухступенчатый обратноосмотический фильтр.

Предварительная подготовка воды играет важную роль в работе ЭДИ установок. Превышение концентрации некоторых соединений приводит к преждевременному выходу из строя электродеионизатора:

  • Соли жесткости создают карбонатные отложения на поверхности мембраны, что приводит к росту перепада давлений в ячейке и снижению производительности установки.

  • Органические вещества засоряют ионообменные смолы, снижают их активность, увеличивают электрическое сопротивление.

  • Железо и марганец нужно удалить еще до обратного осмоса - это главные «враги» мембранных и ионообменных фильтров.

  • Хлор и озон разрушают поперечные связи (сшивку) в полимерных цепочках синтетических материалов, из которых состоит матрица ионообменной смолы. Вода засоряется продуктами окисления.

  • Углекислый газ, растворенный в воде, взаимодействует с ионами кальция и магния с образованием известковых отложений.

Эффективность электродеионизации при разном солесодержании воды

Если в исходной воде выявлены какие-то из этих элементов, в состав установки электродеионизации вводят дополнительные ступени очистки избирательного действия.

На практике при исходном солесодержании от 1 до 100 мг/л удается получить глубоко очищенную воду с удельным электрическим сопротивлением от 8 до 18 МОм × см. При этом ее себестоимость оказывается на 25 % ниже, чем при очистке ионным обменом без применения электричества.

Часто задаваемые вопросы

Электродеионизация воды представляет собой непрерывный процесс удаления ионов с использованием комбинации ионообменных смол, селективных мембран и постоянного электрического поля, что обеспечивает получение высокоочищенной воды без применения химических реагентов. Эта технология востребована в фармацевтическом производстве благодаря стабильному качеству пермеата, высокой степени автоматизации и соответствию требованиям к воде очищенной и глубоко очищенной.
Электродеионизатор функционирует за счёт транспортировки катионов и анионов через селективные мембраны под воздействием постоянного тока, тогда как ионообменная смола внутри модуля способствует поддержанию низкой концентрации солей и ускоряет перенос ионов. Постоянное электрическое поле обеспечивает регенерацию смолы в режиме онлайн, исключая необходимость в химической регенерации.
Электродеионизация сочетает свойства ионного обмена и электродиализа, обеспечивая непрерывную работу и автоматическую регенерацию смол без химических реагентов, что отличает её от традиционных ионообменных фильтров. В отличие от дистилляции, процесс не требует значительных энергозатрат, а по сравнению с электродиализом обеспечивает более высокое удельное сопротивление пермеата и стабильность качества, что делает технологию оптимальной для квалифицированных систем GMP-производств.
Во время электродеионизации катионы проходят через катионообменные мембраны, а анионы – через анионообменные, направляясь в камеры концентрата под действием постоянного электрического поля. Поле обеспечивает непрерывное удаление ионов и одновременную регенерацию смол, что позволяет поддерживать высокое качество пермеата и предотвращает насыщение ионообменной матрицы.
Для надежной работы установки электродеионизации важны контролируемая жесткость, низкое содержание органики, стабилизированная электропроводность и отсутствие коллоидов, которые могут ухудшить транспорт ионов и снизить ресурс мембран. Особое внимание уделяют растворённому CO₂: его избыток снижает удельное сопротивление и способствует образованию карбонатных отложений, поэтому в квалифицированных схемах водоподготовки применяют дегазацию – перед первой ступенью RO или между RO и EDI. Также важны параметры предварительной подготовки: эффективность обратноосмотической фильтрации, отсутствие свободного хлора и окислителей, а также корректная система удаления железа и марганца, которые являются критическими загрязнителями для мембран и ионообменной матрицы.
Электродеионизация обеспечивает удельное сопротивление воды на уровне до 16–18 МОм·см и остаточное солесодержание менее 0,1 мг/л при корректной предварительной подготовке, что позволяет получать стабильную глубоко очищенную воду, применимую в системах водоподготовки для фармацевтического сектора.
Процесс электродеионизации не требует химической регенерации, поэтому отсутствуют солевые или кислотно-щелочные стоки; единственный побочный поток – концентрат с повышенной минерализацией. Его обычно возвращают на вход обратного осмоса либо направляют на общую систему водоотведения после смешения, что делает процесс экологически безопасным.
Отправьте запрос
*
*
*
*
Прикрепить документ (pdf, doc, docx)
Нажимая кнопку «Отправить», Вы даете согласие на обработку ваших ПДн и принимаете условия Политики обработки ПДн