Проектирование водоподготовительной установки, разработка схемы и последующий её расчет, страница 10

Единичным аппаратом для проведения ЭДИ является ячейка или модуль (stack, module), которая состоит из чередующихся полостей, разделенных анион- и катионселективными мембранами. Полупроницаемые ионообменные мембраны расположены так, что образуют параллельные камеры, ограниченные электродами (катодом и анодом) с двух сторон. Исходная вода попадает в серию дилюационных камер (Рисунок 2.5). Катионообменная мембрана отделяет дилюационную камеру от концентрационной со стороны катода, в то время как с другой стороны анионообменная мембрана отделяет дилюационную камеру от концентрационной. Постоянный электрический ток пропускается через все камеры, вызывая миграцию ионов по направлению к соответствующим электродам. Электрический ток делает возможным непрерывное перемещение ионов через ионообменную смолу, т.е. из потока исходной воды в поток концентрата. Электрический ток также разлагает молекулы воды на ионы водорода и гидроксила. Концентрат рециркулирует в концентрационных камерах (Рисунок 2.5), способствуя перемешиванию и турбулизации потока над поверхностью мембраны и поддержанию электропроводности. Часть потока концентрата отводится из системы и направляется в рецикл на вход в установку обратного осмоса, использующуюся на первой ступени обессоливания. [1]

Рисунок 2.5 - Строение ЭДИ ячейки

Как видно из рисунка 2.5, дилюационные камеры, в которые подается исходная вода, заполнены одинаковыми по размеру и имеющими сферическую форму (моносферическими) ионообменными смолами. Ионы, попадающие в дилюационную камеру, проходят сквозь ионообменные смолы и ионообменные мембраны в направлении градиента электрического потенциала и попадают в камеру концентрата. Соответственно, концентрация ионов в дилюационной камере будет уменьшаться (происходит обессоливание), а в концентрационной камера – увеличиваться (образуется концентрат).

Использование ионообменных смол в дилюационной камере – это отличительная черта процесса ЭДИ. Электрическое сопротивление через слой ионитов, намного меньше чем через разбавленный раствор, подающийся на ЭДИ, поэтому дилюационные камеры, наполненные ИО смолами, облегчают ионный перенос вдоль смешанного слоя ИО смол даже в случае сильно обессоленного раствора с высоким сопротивлением. В случае использования ИО смол, имеющих одинаковый размер, отмечается улучшение качества воды на выходе из системы. Это может быть объяснено тем фактом, что насыпная плотность ИО смол прямо пропорциональна количеству ИО смол, которые могут быть размещены между мембранами; наилучший вариант достигается при использовании моносферических ионитов. В данном случае перенос ионов – это контролируемая пленочная диффузия, как и в случае обычных ИО фильтров и поэтому скоростью диффузии ионов внутри гранул ионитов можно пренебречь. Модель пленочной диффузии в данном случае была подтверждена возможностью использования моносферических ионитов с сильно перекрещенными цепями вместо обычных ионитов с Гауссовским распределением по размерам.

Плотность электрического тока – движущая сила процесса электродеионизации. При протекании процесса при высоких плотностях электрического тока уменьшается требуемая площадь поверхности ЭДИ ячеек, что делает данный процесс более привлекательным. При росте величины плотности тока наблюдается появление так называемого явления поляризации, которое приводит к очень быстрому росту напряжения в ячейке. Лимитирующая величина электрического тока – это максимально допускаемая величина плотности тока для избежания резкого скачка напряжения в ячейке.

Применяемый постоянный ток (не напряжение) является ключевым параметром, влияющим на конструкцию ЭДИ установок. Закон Фарадея утверждает, что 96500 А электрического тока необходимо в течение одной секунды для перемещения одного моля заряда иона между электродами, или то же самое, что и 26,8 А/ч.

Чем больше концентрация примесей и чем больше требуются скорости потока дилюата, тем большая величина постоянного тока требуется, чтобы достичь необходимого качества получаемой воды. Для потока исходной воды установленного состава величина силы тока, необходимая для достижения нужного качества получаемой воды, возрастает с понижением температуры.