Ячейка электродеионизатора (EDI) состоит из смол MBIX, зажатых между анионообменной мембраной (англ. AEM) с одной стороны и катионообменной мембраной (англ. CEM) с другой стороны].

Смолы MBIX представляют собой смесь катионообменных и аниообменных смол (англ. mixed bed ion exchange, MBIX).

Электродиализ (ЭД) обычно используется для снижения уровня солей с 1000-10 000 мг/л до нескольких сотен мг/л, тогда как EDI используется для очистки растворов, содержащих 10-100 мг/л до менее чем 1 мг/л.

Также как и в методе электродиализа движущей силой разделения ионов является постоянный электрический ток.

В процессе электродеионизации происходит непрерывная регенерация катионных и анионных ионообменных смол. В этом процессе происходит получение деминерализованной или глубоко очищенной воды стабильного качества без дополнительных операций, а также затрат на регенерацию ионообменных смол, реагенты и нейтрализацию отходов (регенерационных рассолов).

В результате при использовании одной ступени электродеионизации может быть получена вода с удельным сопротивлением до 18,0 Мом*см с использованием в качестве исходной воды пермеата обратного осмоса с проводимостью ~1,0 мкСм/см.

При этом вода с удельным сопротивлением 18,2 МОм × см при 25 °С соответствует по своему качеству «Сверхчистой воде (тип I)» по ГОСТ Р 52501-2005 “Вода для лабораторного анализа тип 1”, а также стандартам ASTM D1193 (Type 1), ISO 3696 (Grade 1).

Ионы в камерах электродеионизатора перемещаются к соответствующим гранулам ионообменных смол. Данный процесс может повторяться несколько раз последовательно, что обеспечивает гораздо меньшее сопротивление элемента. Модуль EDI состоит из нескольких пар ячеек (конструктивно может быть до 240 пар ячеек), расположенных последовательно. Слои ионообменных смол в толстых ячейках составляют 8-10 мм, а в тонких ячейках – 3 мм. Питание постоянным током подается на положительный электрод (анод), расположенный на одном конце модуля, и на отрицательный электрод (катод), расположенный на другом конце.

Ионообменные мембраны имеют заряд и являются ионоселективными, т.е. катионообменная мембрана (CEM) пропускает только катионы, а анионообменная мембрана (AEM) пропускает только анионы. Поскольку полимерная основа мембран является гидрофобной, вода не проходит через них.

Исходная вода поступает в ячейки между мембранами и течет сверху вниз, при этом при прохождении происходит перемещение ионов в горизонтальном направлении, таким образом поток обессоливается, деминерализуется, на выходе получается вода (продукт) с пониженным содержанием солей и электропроводностью. Скорость потока продукта может быть увеличена или уменьшена в пределах диапазона, указанного в спецификациях, в соответствии с требованиями к использованию. Увеличение расхода воды выше указанного диапазона снижает качество воды для продукта. При этом существует два режима работы EDI: постоянное напряжение и постоянный ток.

В процессе постоянного тока, который подается через электроды перпендикулярно потоку, анионы направляются к аноду через селективно проницаемую анионообменную мембрану (AEM). Аналогичным образом, катионы направляются к катоду через катионообменную мембрану (CEM). Ионы в отсеке для отделения выходят из модуля и направляются в слив (в канализацию). По мере последовательного прохождения воды через ячейки для очищенной воды (продукта) она становится все более чистой и имеет все меньшее содержание солей.

В процессе с постоянным напряжением происходит разложение части деионизированной воды в нижней части продуктовых ячеек, т.е. молекулы воды расщепляются на водород (Н⁺) и гидроксил (ОН^–) ионы. H⁺ и OH^– ионы вступают в реакцию, непрерывно регенерируя смолы смешанного слоя на дне ячеек, таким образом, образуя высокочистую воду.

В результате система электродеионизации EDI имеет существенное преимущество, в том, что она безвредна для окружающей среды, поскольку для регенерации смолы не требуются химические вещества. Кроме того, процесс электродеионизации более эффективен, чем MBIX (ионный обмен на смешанных смолах), для удаления слабо ионизированных ионов бора и кремния.

Блоки электродеионизации EDI спроектированы таким образом, чтобы работать практически без простоев и обеспечивают извлечение глубоко обессоленной воды (продукта) в диапазоне 90-95% от количества исходной воды.

Для максимальной эффективности электродеионизации рекомендуются следующие рабочие параметры:

– рекомендуется использование фильтров- умягчители (Na-кат) вместо антискалантов для предварительной обработки перед обратным осмосом;

– чем меньше показатель общей жесткости после обратного осмоса и селективность мембран, тем более высокое качество очистки на EDI и эффективность;

– рекомендуется снижение щелочности и нагрузки в виде CO₂ на EDI за счет повышения pH (>9,0);

– CO₂ не отделяется мембранами и переносится в систему отделения EDI. Когда отходы с EDI возвращаются на вход RO, pH питательной воды RO повышается и становится более 9,0, поскольку производится подача каустической соды, необходимой для преобразования CO₂ в бикарбонат натрия, который отделяется на обратноосмотических мембранах;

– если концентрация CO₂ составляет более 5,0 мг/дм³, то питательную воду следует дегазировать, чтобы предотвратить накопление CO2 в системе, что снижает производительность и эффективность процесса очистки. В качестве альтернативы можно повысить рН питательной воды RO до >9,0.

– температура питательной воды, жесткость, щелочность, свободный хлор и рН должны соответствовать требованиям к подаче на электродеионизацию EDI (давление воды 2-7 бар; температура 10-45 град. С; pH в диапазоне 4-10; свободный хлор (кратковременно) менее 0,02 мг/дм³; железо, марганец, сульфиды менее 0,01 мг/дм³; кремний менее 2,5 мг/л при 90% извлечении (10% уходит в качестве концентратов); общая жесткость менее 1 мл/дм³ при 90% извлечении (зависит от щелочности и повторного использования концентратов).

В особо важных областях применения, где важна борьба с бактериями и биообрастанием, дополнительно предусматривается узел УФ-облучения (ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм), уничтожающий бактерии, чтобы уменьшить количество бактерий в питательной воде, подаваемой на электродеионизацию EDI. Модули EDI могут дезинфицироваться рекомендованными химическими веществами или, что предпочтительно горячей водой при температуре 80 °C.

Также существует технология EDIR (реверсивной электродеионизации, англ. electrodeionisation reversal) по аналогии с EDR. Использование EDIR позволяет продлить срок службы блока и повысить эффективность работы.

Конструктивно блоки электродеионизации выпускаются в двух основных конфигурациях: пластинчато-каркасные и спирально-намотанные. Более 90% установленных систем EDI являются пластинчато-каркасными. Устройства пластинчатого типа по своей концепции похожи на пластинчато-каркасный теплообменник с множеством отсеков для жидкости, зажатых между набором торцевых пластин (и электродов), которые удерживаются при сжатии болтами или резьбовыми стержнями. Спиральные устройства EDI аналогичны элементу RO со спиральной намоткой, но с ионообменными мембранами, смолами и прокладками, намотанными по спирали вокруг центрального электрода, а не перфорированной трубки.

«АСП ТЕХПРОГРЕСС» предлагает различные решения по получению воды глубокой очистки, в т.ч. с применением технологий обратного осмоса, ионного обмена и электродеионизации.