Электродеионизация воды, принцип работы и метод электродиализа

В настоящее время многие производители лабораторных систем очистки воды используют технологию электродеионизации (ЭДИ, EDI).Модуль электродеионизации воды лабораторной системы

Этот прогрессивный метод ионной очистки является альтернативой прямой очистке на ионообменных смолах и находит все более широкое применение. 

Отличие технологии электродеионизации воды от ионного обмена

При использовании для очистки воды картриджей с ионообменными смолами рано или поздно наступает момент, когда их ресурс (параметр, называемый емкость ионообменной смолы) исчерпается. В этом случае необходимо заменить картридж целиком или же прибегнуть к процедуре регенерации смолы. Последний процесс весьма трудоемок и, что самое главное, требует применения агрессивных химических веществ (кислот и щелочей).

В случае электродеионизации процесс регенерации очищающих элементов происходит одновременно с процессом очистки воды и не требует применения дополнительных реагентов.

Принцип работы систем электродеионизации воды

В основе процесса электродеионизации лежит механизм электродиализа.

Суть электродиализа состоит в том, что примесные катионы и анионы из очищаемой воды под действием электромагнитного поля перемещаются к катоду и аноду соответственно. На их пути устанавливаются ионпроницаемые мембраны, которые задерживают молекулы воды.

Электродиализ Принцип действия

Казалось бы, этого должно быть достаточно для полной очистки воды от ионов, однако это не так. Внутри модулей электродеионизации также есть ионообменные смолы.

Для чего в системах электродеионизации воды используются ионообменные смолы?

По мере очищения воды от ионов ее удельное сопротивление возрастает и перемещение оставшихся ионов в такой среде требует наложения более сильных электромагнитных полей. В 1960-х годах (первые разработки модулей электродиализа) это явилось основным препятствием в использовании электродиализа для глубокой очистки воды, – энергозатраты становились слишком высоки. Однако, в последствии решение этой проблемы было найдено. Пространство между катодом и анодом заполнили ионообменной смолой в смешанной форме (катионит + анионит). Смола эффективно понижает диффузное сопротивление, позволяя ионам легко мигрировать внутри электродеионизационной ячейки. Это позволяет очищать воду практически «до самого последнего иона» (до концентрации одна часть на триллион).

Помимо того, что в такой среде облегчен процесс передвижения ионов, способствующий электродиализу, смола также выполняет функцию ионного обмена.

Электродеионизация воды Принцип действия

Авторегенерация смолы  –  основное преимущество технологии ЭДИ (EDI)

По мере протекания воды через слой ионообменной смолы она очищается от примесных ионов за счет механизмов электродиализа и ионного обмена. В результате последнего процесса ионы водорода и гидроксил-ионы смолы замещаются катионами и анионами из очищаемой воды. Наибольшая часть примесей поглощается в начальной части ячейки со смолой, а в конечной части мы уже имеем воду практически свободную от ионов. В такой ситуации электрическое поле между катодом и анодом концентрируется на границах зерен ионообменной смолы и воды. Достаточно достичь напряжения в 1,2 В (стандартный электрохимический потенциал разложения воды) и в этих областях образуются ионы водорода и гидроксил-ионы одновременно.

Электродеионизация расщепление молекул воды

Вот они то и выполняют роль регенерирующих агентов и восстанавливают смолу до первоначальной H+ и OH- формы. По сути, то же самое происходит при химической регенерации смол с помощью растворов щелочей и кислот, но, как видите, здесь все происходит без использования каких-либо реагентов.

Электродеионизация воды регенерация смолы

Итак, резюмируем: процесс электродеионизации воды состоит из трех одновременно протекающих процессов:

  1. Электродиализ
  2. Ионный обмен
  3. Авторегенерация ионообменных смол
 
Преимущества и недостатки метода электродеионизации воды.

 Преимущества метода электродеионизации следующие:

  1. Не требуется регулярная замена картриджей или же их регенерация;
  2. Низкое потребление электроэнергии и низкий расход воды.
  3. Существуют модели, в которых для санитизации (удаление микробных загрязнений) можно использовать горячую воду. Это позволяет полностью избежать использования каких-либо реагентов для обслуживания системы очистки воды.

При всех очевидных преимуществах такого метода очистки воды, у него есть и весьма существенные недостатки, или вернее особенности, которые необходимо учитывать.

Недостатки метода электродеионизации воды:

  1. Если очищаемая вода имеет высокую жесткость, то модули электродеионизации быстро выйдут из строя за счет образования отложений. Рекомендуемое значение по жесткости составляет 0,1 ppm (как CaCO3), а предельно максимальное – 1 ppm. Таким образом, перед ЭДИ-модулями обязательно устанавливаются картриджи обратного осмоса или умягчители, и за ресурсом этих картриджей необходимо внимательно следить!
  2. Считается, что при интенсивной эксплуатации, ЭДИ-модуль (EDI-module) необходимо менять как расходный материал раз в 4-5 лет, а стоимость этого модуля может составлять половину стоимости всей системы очистки воды!

Последняя причина – основная, по которой некоторые известные производители систем очистки воды по-прежнему предпочитают оснащать свои системы стандартными картриджами со смешанными ионообменными смолами.

Findlab предлагает Вашему вниманию качественные лабораторные системы очистки воды от Avidity Science (Великобритания). Это современные, надежные и недорогие в обслуживании системы для лабораторий. Ассортимент систем представлен здесь.

 

Лабораторная система водоподготовки PICO