Примеры реализации схем водоочистки Осмос+ЭДИ

1. Введение

В современной практике промышленной водоподготовки всё чаще применяются установки электродеионизации (ЭДУ) для получения глубокообессоленной воды, соответствующей самым строгим требованиям по качеству. Электродеионизация (EDI, от англ. Electrodeionization) — это инновационный метод, сочетающий ионный обмен и электродиализ, позволяющий получать сверхчистую воду с удельным сопротивлением выше 15–18 МОм*см без использования кислот и щелочей  в электронной, фармацевтической и энергетической отраслях.  Более подобная информация о технологии электродеионизации изложена в статье Электродеионизация. Основы технологии и применение.

Технология EDI постепенно вытесняет традиционные методы ионного обмена в силу очевидных преимуществ:
– полностью автоматизированный и непрерывный процесс;
– отсутствие необходимости в химических регенерациях;
– компактность оборудования;
– стабильные эксплуатационные характеристики;
– высокая степень очистки от ионов солей,  кремниевых соединений и др.

Однако есть и критически важное условие: электродеионизационные установки крайне чувствительны к качеству подаваемой воды. Если ионообменные Н-ОН фильтры можно было питать после обычной предочистки, то для ЭДУ требуется, как минимум, пермеат обратного осмоса, а в большинстве случаев — пермеат второй ступени двухпроходной системы. Именно поэтому схемы Осмос + ЭДИ становятся стандартом в производстве сверхчистой воды.

В данной статье рассмотрены реальные примеры построения технологических схем водоочистки с применением обратного осмоса и электродеионизации — от экономичных решений до оптимальных промышленных систем. Разбор основан на проектах, реализованных на предприятиях электронной промышленности.

Сравниваются три типовых варианта схем:

• Вариант 1 (оптимальный)— двухступенчатый обратный осмос с промежуточной коррекцией pH (или дегазацией) + ЭДУ.
• Вариант 2 (допустимый)— умягчение  + коррекция рН + обратный осмос + ЭДУ.
• Вариант 3 (бюджетный/рискованный)— одноступенчатый осмос + струйный дегазатор + ЭДУ.

Каждая схема сопровождается описанием реальных условий, используемого оборудования, особенностей эксплуатации и достигнутых показателей качества воды.

2. Реализация схемы водоочистки: обратный осмос + ЭДИ (вариант 1)

2.1 Исходные данные проекта

Место размещения водоподготовки— Предприятие электронной промышленности г. Калуга.

Исходная вода — артезианская. Солесодержание 439 мг/л, Жесткость общая — 6,2 мг-экв/л, Щелочность общая — 4,6 мг-экв/л, Железо — 0,4 мг-экв/л

Производительность по очищенной воде — 5,5 м3/ч

Требуемое качество очищенной воды — 18,2 МОм*см, не менее

2.2 Технологическая схема

Насыпные фильтры с каталитической загрузкой МЖФ — дозирование ингибитора — Блок фильтров 5 мкм – Установка обратного осмоса 1 ступени — дозирование едкого натра 2% – Установка обратного осмоса 2 ступени — ЭДУ — Фильтр смешанного действия (ФСД).

В данной статье не мы не будем касаться предочистки и постфильтра (ФСД), а сконцентрируемся на обратном осмосе и электродеионизации.

2.3 Установка двухступенчатого обратного осмоса (первая ступень схемы Осмос+ЭДИ)

Установка двухступенчатого (двухпроходного) обратного осмоса смонтирована в виде единого моноблока, включающего обе ступени мембранного обессоливания и дозирующие насосы, размещённые на общей раме. Производительность установки составляет 6 м³/ч.

Перед первой ступенью предусмотрено дозирование антискалянта — ингибитора отложений, предотвращающего образование накипи (соли кальция, магния) на мембранах.

Между первой и второй ступенью реализовано дозирование едкого натра (NaOH). Его задача — поднятие pH пермеата (8,4…8,6) для перевода растворённой углекислоты в гидрокарбонатную форму, которая затем эффективно удаляется на второй ступени. Это классическая схема химической декарбонизации, позволяющая снизить остаточную минерализацию и повысить качество работы электродеионизации.

Выходная вода после второй ступени имеет электропроводность около 1 мкСм/см и содержание СО2 менее 1 мг/л, что обеспечивает надёжную и экономичную работу последующей установки электродеионизации. При двухступенчатой схеме построения системы обратного осмоса возможно применение энергосберегающих низконапорных мембран и соответственно более дешевых насосов.

Рис. 1. Установка двухступенчатого обратного осмоса 6 м³/ч — первая

ступень системы Осмос+ЭДИ.

Таблица 1 . Характеристики установки двухпроходного обратного осмоса

2.4 Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе Iontech IT-DS50-S

Следующей стадией очистки воды в данной системе является установка электродеионизации, выполненная на базе одного модуля Iontech IT-DS50-S. Модуль установлен на отдельной раме со шкафом управления, коммутацией и подключениями к водяной и электрической частям системы.

Производительность по дилюату составляет 5,5 м³/ч — что соответствует общей производительности линии. Электропитание модуля осуществляется от блока с выходными параметрами 120 В и 2,5 А. Управление реализовано через внешний контроллер с функцией защиты и аварийной сигнализации.

Выходная вода имеет удельное сопротивление 17,5 МОм*см, что является оптимальной величиной для подачи на фильтры ФСД для финишной очистки. Концентрат от ЭДУ (порядка 0,5 м³/ч) сбрасывается обратно на вход обратного осмоса первой ступени, что позволяет сократить общий водоразбор и сделать схему более устойчивой к колебаниям по солесодержанию.

 Система работает в непрерывном режиме и не требует вмешательства оператора в процессе эксплуатации.  

Рис. 2. Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе

 Iontech IT-DS50-S, производительность 5,5 м³/ч.

Таблица 2.  Характеристики установки электродеионизации

3. Реализация схемы: умягчение + одноступенчатый осмос + ЭДИ (вариант 2)

3.1 Исходные данные проекта

Место размещения водоподготовки— Предприятие электронной промышленности г. Зеленоград.

Исходная вода — артезианская. Солесодержание 540 мг/л, Жесткость общая — 4,4 мг-экв/л, Щелочность общая — 5,2 мг-экв/л, Железо — 0,5 мг-экв/л

Производительность по очищенной воде — 9 м3/ч

Требуемое качество очищенной воды — 18,2 МОм*см, не менее

3.2 Технологическая схема

Насыпные фильтры с каталитической загрузкой МЖФ — Умягчение – Дозирование едкого натра — Блок фильтров 5 мкм – Установка обратного осмоса  — ЭДУ — Фильтр смешанного действия (ФСД).

В данной статье не мы не будем касаться предочистки и постфильтра (ФСД), а сконцентрируемся на обратном осмосе и электродеионизации.

3.3 Установка однопроходного обратного осмоса  для подачи на ЭДУ

Установка обратного осмоса в данной схеме реализована в однопроходном исполнении и рассчитана на производительность 10 м³/ч по пермеату. Она собрана на базе мембранных элементов TMG720D-440 производства японской фирмы Toray — высоконапорных и высокоселективных. Данные элементы имеют значительно более высокую стоимость и требуют более высокого давления, чем примененные в предыдущем примере, но благодаря их высокой селективности (99,8%) возможна подача пермеата на установку электродеионизации без доочистке на второй ступени.

Мембранный блок включает 12 элементов. Перед установкой предусмотрено умягчение и дозирование едкого натра для повышения pH воды — это позволяет перевести CO₂ в гидрокарбонатную форму, лучше удерживаемую мембранами (химическая декарбонизация).  

Таблица 3. Характеристики установки  обратного осмоса

Использование однопроходного осмоса в качестве предочистки является допустимым, но необходим строгий контроль жесткости в пермеате (менее 20мкг-экв/л) и железа ( менее 0,01 мг/л). Также обязательны мероприятия по исключению попадания некачественного пермеата (старт/стоп режим осмоса) на вход ЭДИ. На переходных режимах «плохой» пермеат сбрасывается в дренаж или в бак исходной воды, а при достижении нужного качества происходит переключение на вход ЭДИ.

Рис. 3. Установка однопроходного обратного осмоса 10 м³/ч (предочистка перед ЭДИ)

4. Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе двух модулей  Iontech IT-DS50-S

Следующей стадией очистки воды в данной системе является установка электродеионизации, выполненная на базе двух модулей Iontech IT-DS50-S. Модуль установлен на отдельной раме со шкафом управления, коммутацией и подключениями к водяной и электрической частям системы. Каждый ЭДИ модуль имеет индивидуальный блок питания и обвязку (ротаметры, манометры, арматура).

Производительность установки по дилюату составляет 9 м³/ч (4,5 м3/ч на модуль) — что соответствует общей производительности линии. Электропитание модуля осуществляется от блока с выходными параметрами 140 В и 2,8 А. Управление реализовано через внешний контроллер с функцией защиты и аварийной сигнализации.

Выходная вода имеет удельное сопротивление 15,5 МОм*см, что является допустимой величиной для подачи на фильтры ФСД для финишной очистки. Концентрат от ЭДУ (порядка 0,9 м³/ч) сбрасывается обратно на вход обратного осмоса первой ступени, что позволяет сократить общий водоразбор и сделать схему более устойчивой к колебаниям по солесодержанию.

Рис. 4. Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе двух модулей  Iontech IT-DS50-S, производительность 9 м³/ч.

Таблица 4. Характеристики установки электродеионизации (вариант 2)

4. Реализация схемы: одноступенчатый осмос + ЭДИ (бюджетный вариант 3)

4.1 Исходные данные проекта

Место размещения водоподготовки— Предприятие электронной промышленности г. Зеленоград.

Исходная вода — артезианская. Солесодержание 565 мг/л, Жесткость общая — 4,1 мг-экв/л, Щелочность общая — 5,5 мг-экв/л, Железо — 0,2 мг-экв/л

Производительность по очищенной воде — 25 м3/ч

Требуемое качество очищенной воды — 18,2 МОм*см, не менее

4.2 Технологическая схема

Насыпные фильтры с песчаной загрузкой —  Блок фильтров 5 мкм – Установка обратного осмоса  — струйный дегазатор – ЭДУ – ФСД

В данной статье не мы не будем касаться предочистки и финишной очистке на фильтре смешанного действия, а сконцентрируемся на обратном осмосе и электродеионизации.

4.3 Установка однопроходного обратного осмоса  для подачи на ЭДУ

Установка обратного осмоса в данной схеме реализована в однопроходном исполнении и рассчитана на производительность 28 м³/ч по пермеату. Она собрана на базе мембранных элементов BW30HR-440 производства фмериканской фирмы Filmtec/DuPont — высоконапорных и высокоселективных. Данные элементы имеют значительно более высокую стоимость и требуют более высокого давления, чем примененные в первом примере, но благодаря их высокой селективности (99,8%) возможна подача пермеата на установку электродеионизации без доочистки на второй ступени.

Мембранный блок включает 32 элемента. Пермеат обратного осмоса через струйный декарбонизатор подается в накопительный бак объемом 15 м3.  

Таблица 5 Характеристики установки  обратного осмоса

Использование однопроходного осмоса в качестве предочистки является допустимым, но необходим строгий контроль жесткости в пермеате (мене 20мкг-экв/л) и железа ( менее 0,01 мг/л). Также обязательны мероприятия по исключению попадания некачественного пермеата (старт/стоп режим осмоса) на вход ЭДИ. На переходных режимах «плохой» премеат сбрасывается в дренаж или в бак исходной воды, а при достижении нужного качества происходит переключение на вход ЭДИ.

4.4 Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе пяти модулей  Iontech IT-DS50-S

Следующей стадией очистки воды в данной системе является установка электродеионизации, выполненная на базе пяти модулей Iontech IT-DS50-S. Модуль установлен на отдельной раме со шкафом управления, коммутацией и подключениями к водяной и электрической частям системы. Каждый ЭДИ модуль имеет индивидуальный блок питания и обвязку (ротаметры, манометры, арматура).

Производительность установки по дилюату составляет 25 м³/ч (5 м3/ч на модуль) — что соответствует общей производительности линии. Электропитание модуля осуществляется от блока с выходными параметрами 135 В и 2,5 А. Управление реализовано через внешний контроллер с функцией защиты и аварийной сигнализации.

Выходная вода имеет удельное сопротивление 16 МОм*см, что является допустимой величиной для подачи на фильтры ФСД для финишной очистки. Концентрат от ЭДУ (3 м³/ч) сбрасывается обратно на вход обратного осмоса первой ступени, что позволяет сократить общий водоразбор и сделать схему более устойчивой к колебаниям по солесодержанию.

 Система работает в непрерывном режиме и не требует вмешательства оператора в процессе эксплуатации.  

Рис. 6. Установка электродеионизации (ЭДУ) на базе

пяти модулей  Iontech IT-DS50-S, производительность 25 м³/ч.

Таблица 6. Характеристики установки электродеионизации (вариант 3)

5. Заключение

Технологии обратного осмоса и электродеионизации (системы осмос+ЭДИ) уверенно занимают лидирующие позиции в области промышленной водоподготовки. На примере трёх реализованных проектов показано, что такие системы позволяют стабильно получать глубокообессоленную воду с удельным сопротивлением выше 15–18 МОм·см, без значительного применения химических реагентов.

Оптимальной конфигурацией остаётся двухступенчатый обратный осмос с коррекцией pH и последующей электродеионизацией. Такая схема обеспечивает минимальное содержание растворённого CO₂ и солей, снижает нагрузку на модули ЭДУ и повышает ресурс всей системы.

Допустимы и более простые схемы с однопроходным осмосом — при условии стабильного качества исходной воды, корректной предочистки и исключения попадания некачественного пермеата на вход ЭДИ.

Реальные схемы водоочистки, представленные в статье, подтверждают эффективность решений осмос+ЭДИ для таких отраслей, как электронная промышленность, энергетика, фармацевтика и другие, где требуется сверхчистая вода высокого качества.

Если вы подбираете оборудование для системы водоочистки с использованием обратного осмоса и электродеионизации, обращайтесь к специалистам на портал aclirum.ru. Мы поможем выбрать решение под конкретные условия и задачи.