|
Модули электродеионизации имеют два основных варианта исполнения: в виде фильтр-пресса и рулонного элемента.
В фильтр-прессных электродеионизаторах непрерывного действия, например, серии E - CELL фирмы «Osmonics» [248, 257, 258] или серии LX фирмы «Ionpure» [249, 259–262] каждый модуль содержит N С-каналов концентрата (воды, обогащенной растворенными примесями), N D-каналов фильтрата (исходной воды) и 2 приэлектродных E -канала электролита (рис. 6.11, 6.12). Каналы (камеры) разделены плоскими катионообменными и анионообменными мембранами.
 
Рис. 6.11. Внешний вид плоскорамного модуля электродеионизации воды
Рис. 6.12. Устройство плоскорамного модуля электродеионизации воды
Камеры представляют собой специальные, выполняющие одновременно роль герметизирующих прокладок, рамки с полостью, в которую помещен слой смеси ионитов, или она остается пустой. Рамки имеют каналы, соединяющие их друг с другом в определенной последовательности. По краям модуля размещаются приэлектродные камеры и сами электроды. Весь пакет герметизируется за счет стягивания шпильками.
Для увеличения производительности и снижения электросопротивления приэлектродных камер в них вводят раствор NaCl достаточно высокой концентрации или так же заполняют ионитами.
Поскольку на аноде при электролизе воды выделяются активные хлор и кислород, то он должен изготавливаться из химически стойкого материала. Обычно используют титан с нанесенным слоем платины или оксидов IrO / TiO2 . Материал катода, на котором выделяется неагрессивный водород – нержавеющая сталь.
В табл. 6.2 и 6.3 представлены данные по основным параметрам ЕДИ модулей типа E - CELL фирмы «Osmonics» и LX фирмы «Ionpure».
6.2. Параметры ЕДИ-модулей типа E - CELL фирмы « Osmonics » [248, 257, 258]
Параметр |
Значение |
Производительность единичного EDI модуля |
0,6–2,84 м 3 /ч |
Выход чистой воды, в % от исходной |
90–95 % |
Удельная электрическая проводимость концентрата |
150–1250 мкСм/см |
Электропитание для блока управления |
380 Вольт/50 Гц/3 фазы |
Удельное электрическое сопротивление пермеата |
до 16 МОм•см |
Удельное потребление электрической энергии |
0,32–0,66 кВт·ч/м 3 |
Материал анода |
IrO/TiO 2 |
Материал катода |
Нержавеющая сталь |
Входное давление |
3,1–6,8 |
Перепад давлений между входом и выходом |
1,4–2,4 |
Режим работы модуля (стэка) должен находиться в определенных границах. Например для модулей типа E - CELL :
- Максимальная производительность, м 3 /час 2,84
- Минимальная производительность, м 3 /час 1,36
- Рабочее напряжение постоянного тока на модуле, В 600
- Максимальный рабочий ток, А 9
6.3. Параметры очищенной воды, обеспечиваемые модулями серии LX фирмы « Ionpure » [249, 259–262]
Модель |
LX - Z |
LX - X |
LX - HI |
Допустимая проводимость исходной воды |
< 40 мкСм/см |
Сопротивление пермеата |
10–16 МОм•см |
Температура, ° С |
5–45 |
Конверсия, % |
90–95 % |
Извлечение силикатов |
95 % |
Рабочее давление |
» 0,14 МПа |
Допуск для производства лекарств и продуктов |
+ |
+ |
+ |
Гарантия отсутствия протечек |
+ |
+ |
+ |
Санитарная обработка горячей водой |
– |
– |
+ |
Сравнительная цена |
1 |
2 |
3 |
Опыт практического применения установок ЕДИ показывает, что для получения стабильного качества фильтрата с удельным сопротивлением не ниже 15 МОм*см требуется, чтобы электропроводность исходной воды не превышала 10–15 мкСм/см.
В процессе работы обратноосмотических установок качество фильтрата постепенно ухудшается, а иногда и сильно, например, вследствие резкого увеличения солесодержания исходной воды в паводковый период. Поэтому для обеспечения стабильной работы установок электродеионизации (а при солесодержании исходной воды более 500 мг/л – особенно) рекомендуется в качестве предподготовки перед системами EDI использовать двухступенчатые обратноосмотические установки.
Модули фильтр-прессного типа производства Ionpure серии VNX отличаются размещением всех мембран, прокладок, слоев ионита в герметичном цилиндрическом корпусе (рис. 6.13). Это гарантирует отсутствие протечек.
Модули серии VNX фирмы « Ionpure » обеспечивают параметры очищенной воды, приводимые в табл. 6.4.
6.4. Параметры ЕДИ модулей серии VNX фирмы « Ionpure »
Модель |
VNX -50 |
VNX -Е |
VNX -ЕХ |
Допустимая проводимость исходной воды, мкСм/см |
< 40 |
< 10 |
< 10 |
Сопротивление пермеата, МОм•см |
> 10 |
> 18 |
> 18 |
Температура, о С |
5–45 |
20–45 |
20–45 |
Конверсия, % |
90–95 |
98,5–99 |
95–97,5 |
Извлечение силикатов, % |
90–95 |
95 |
99 |
Извлечение боратов, % |
90 |
95 |
99+ |
Извлечение натрия, % |
99+ |
99,8+ |
99,9+ |
Извлечение хлоридов, % |
99+ |
99,8+ |
99,9+ |
Развитие конструкции и технологии производства ЭДИ-модулей позволило резко снизить их стоимость (рис. 6.14), что способствовало началу их внедрения в промышленные процессы обессоливания.
Принципиально другим вариантом исполнения ЭДИ-модулей являются рулонные элементы фирмы «Omexell», подразделения «Dow Water Solutions» [250, 260–263]. Такие элементы более компактны, герметичны, не содержат многочисленных прокладок, но пока они применяются в ограниченном количестве.
 
Рис. 6.13. Внешний вид и схема модуля электродеионизации воды фильтр-прессного типа Ionpure серии VNX , заключенного в трубчатый корпус
Рис. 6.14. Снижение стоимости модулей электродеионизации воды фирмы « Ionpure »
|
|
|
Рис. 6.15 . Внешний вид рулонного элемента, схема и организация потоков внутри него |
Внешний вид рулонного модуля показан на рис. 6.15. Он представляет собой центральный катод, относительно небольшой площади, вокруг которого в виде спирали (рулона) намотаны катионитная и анионитная мембраны, разделенные слоем смеси ионитов и сетчатыми разделительными прокладками. Анод размещен вокруг всего рулона.
Исходная вода поступает в модуль снизу и по спиральному в сечении D-каналу поднимается вертикально вверх через смесь ионообменных смол между двумя ионообменными мембранами. Содержащихся в воде ионы солей сорбируются на смеси ионитов и вода обессоливается. На выходе из D-канала получается деионизованная вода. Через элемент по радиусу пропускается постоянный ток, расщепляющий некоторое количество молекул воды на ионы H + и OH – , которые непрерывно регенерируют ионообменную смолу. Под действием электрического поля ионы солей, проходя через ионообменные мембраны, оказываются в спиральном С-канале, из которого они и удаляются через верхнюю часть центральной трубки потоком концентрата, который организуется путем вынужденной циркуляции специальным насосом. Для поддержания постоянной оптимальной концентрации солей в концентрате производится его частичный отвод из цикла и подпитка свежей исходной водой, как показано на рис. 6.15. Поток, омывающий анод, выводится отдельно.
Технические характеристики модулей « Omexell » приведены в таблице 6.5.
6.5. Параметры ЕДИ-модулей серии EDI -210 фирмы « Omexell »
Параметр |
Omexell EDI-210 |
Omexell EDI-210U |
Производительность по пермеату, м 3 /ч |
1,5–2,2 |
1,5–2,2 |
Сопротивление пермеата, МОм•см |
> 5 |
> 15 |
Конверсия, % |
80-95 |
95 |
Температура, ° С |
5–38 |
Входное давление, атм |
2,5–7,0 |
Давление пермеата, атм |
1,5–2,2 |
Расход концентрата в контуре циркуляции, м 3 /ч |
0,5–1,0 |
Давление концентрата, атм |
0,35–0,7 |
Поток электролита, л/ч |
50–70 |
Проводимость концентрата, мСм/см |
250–1000 |
Рабочий ток, А |
1–9 |
Рабочее напряжение, мах, V |
160 |
Степень обессоливания воды, обеспечиваемая обоими типами модулей электродеионизации примерна одинакова. Требования к питающей воде практически совпадают, только для Omexell EDI -210 более жестко ограничивается мутность – 0,1 NTU . Выбор типа модуля для конкретного процесса производится по требуемым показателям цена-надежность-качество.
Рулонные модули разработаны также фирмой «Christ» и выпускаются под маркой SEPTRON [264–269]. Производитель не раскрывает их устройство, но заявленные характеристики близки к характеристикам модулей Omexell .
Сравнение плоскорамных и рулонных модулей электродеионизации воды приведено в работе [270].
|
