ელექტროდეიონიზაცია ღრმა გაუმარილების საფეხურია, რომელშიც იონმიმოცვლა უწყვეტად მიმდინარეობს, ფისს კი აღადგენს არა რეაგენტი, არამედ მუდმივი ელექტრული ველი. გახსნილი მარილები ნაკადს ტოვებს იონმიმოცვლითი მემბრანების გავლით, ამიტომ რეგენერაციისთვის ობიექტზე არც მჟავა და არც ტუტე არ არის საჭირო და დამარილებული ჩამდინარე წყლები არ ჩნდება.
პრინციპი
აპარატი აწყობილია მონაცვლეობითი კათიონ- და ანიონმიმოცვლითი მემბრანებისგან. მათ შორის ორი ტიპის კამერა იქმნება: გაუმარილების კამერები, შევსებული იონმიმოცვლითი ფისის შერეული ფენით, და კონცენტრატის კამერები, რომლებიც მოცილებულ მარილებს იბარებს. წყლის ნაკადის განივად მოდებულია მუდმივი ელექტრული ველი — კათოდი პაკეტის ერთ მხარეს, ანოდი მეორეზე. წყალი კამერების გასწვრივ მოძრაობს, იონები კი განივად, და სწორედ ეს განასხვავებს მას ფილტრისგან, სადაც შეკავებული რეგენერაციამდე ჩამტვირთავში რჩება.
გახსნილ მარილებს ფისი ისევე იჭერს, როგორც ჩვეულებრივ იონმიმოცვლით ფილტრში, ოღონდ ფისზე ისინი არ რჩება. ველის მოქმედებით კათიონები კათოდისკენ მიდის კათიონმიმოცვლითი მემბრანის გავლით, ანიონები კი ანოდისკენ ანიონმიმოცვლითის გავლით; მემბრანა მხოლოდ თავისი ნიშნის იონებს ატარებს, ამიტომ მინარევები გაუმარილების ნაკადში აღარ ბრუნდება. ფისი აქ იმდენად ტევადობა არაა, რამდენადაც გამტარი გარემო, რომლითაც იონი მემბრანამდე აღწევს: მის გარეშე ასეთი დაბალი მარილშემცველობის წყალი დენს თითქმის არ ატარებს.
ფისს აღადგენს H⁺ და OH⁻ იონები, და ისინი რეაგენტიდან არ მოდის. კათიონიტისა და ანიონიტის მარცვლების საზღვრებზე საკმარისი ძაბვისას თავად წყლის დაშლა მიმდინარეობს, და წარმოქმნილი იონები ფისს განუწყვეტლივ სამუშაო ფორმაში აბრუნებს. ამრიგად, რეგენერაცია გაუმარილებას თან სდევს და არასოდეს წყდება. აქედან მოდის მთავარი საექსპლუატაციო შედეგი: ობიექტზე არც მჟავა და არც ტუტე ინახება და დოზირდება, დამარილებული სარეგენერაციო ჩამდინარე კი საერთოდ არ წარმოიქმნება.
მოდულის წარმადობა ინტერვალითაა მოცემული და მის ორივე საზღვარს აზრი აქვს. ზედაზე მაღლა წყალი ვერ ასწრებს იონების ფისისთვის გადაცემას და გამოსასვლელზე ხვედრითი წინაღობა ეცემა. ქვედაზე დაბლა კამერებში სიჩქარე მცირდება, მოცულობის ერთეულზე მოსული დენის წილი კი იზრდება: კონცენტრატის კამერებში კონცენტრაცია მატულობს და მემბრანებზე ნადები ხდება შესაძლებელი. ამიტომ ხარჯი დენის თანაბრად გაანგარიშებით განისაზღვრება, ცვალებადი აღების სქემა კი დამგროვებელ ავზსა და რეცირკულაციის კონტურზე შენდება. თავად გამოსასვლელზე ხარისხს მიღებულია რომ ხვედრითი წინაღობით, მომ·სმ-ით გამოხატავენ და არა მარილშემცველობით, ჩვენებებს კი 25 °C-ზე დაჰყავთ: გადაანგარიშების გარეშე სხვადასხვა წერტილში აღებული გაზომვები ერთმანეთს არ ედრება.
პრინციპი
აპარატში დენის ნაწილი მინარევების გადატანაზე კი არ იხარჯება, არამედ წყლის დაშლაზე. ერთი შეხედვით ეს დანაკარგია, რომელიც ძაბვის შემცირებით უნდა მოიხსნას. სინამდვილეში სწორედ დენის ეს წილი უზრუნველყოფს უწყვეტ რეგენერაციას: წარმოქმნილი H⁺ და OH⁻ იონების გარეშე ფისი მარილოვან ფორმაში გადავიდოდა და აპარატი ჩვეულებრივ იონმიმოცვლით ფილტრად იქცეოდა, რომელსაც არავინ არეგენერირებს. ამიტომ სამუშაო დენი იონების გადატანისთვის საჭიროზე მეტად ისმება, და აპარატის „უფრო ეკონომიურად მორგება“ ძაბვის შემცირებით შეუძლებელია: ეკონომია წყლის ხარისხით ანაზღაურდება.
ხვედრითი წინაღობა ელექტროგამტარობის შებრუნებული სიდიდეა და ამიტომ მარილშემცველობის მიმართ მკვეთრად არაწრფივია. ერთი მომ·სმ შეესაბამება 1 მკსმ/სმ ელექტროგამტარობას, ანუ დაახლოებით ნახევარ მილიგრამ გახსნილ მარილს ლიტრზე; 18,2 მომ·სმ კი ზღვრული მნიშვნელობაა 25 °C-ზე იმ წყლისთვის, რომელშიც მუხტის მატარებლად მხოლოდ მისივე დისოციაციის პროდუქტები რჩება. ამრიგად, მთელი სხვაობა „ერთსა“ და „თვრამეტს“ შორის ლიტრზე მილიგრამის მეათედებში თავსდება, ხოლო მოთხოვნა „არანაკლებ 15 მომ·სმ“ მოთხოვნას „არანაკლებ 1 მომ·სმ“ სქემის ღირებულებით განსხვავდება და არა შკალის თოთხმეტი ერთეულით.
ნახშირმჟავას უკუოსმოსი თითქმის არ აკავებს: ნახშირორჟანგის მოლეკულა ელექტრულად ნეიტრალურია და მემბრანის აქტიურ ფენას პრაქტიკულად შეუფერხებლად გადის. ოსმოსის შემდგომ წყალში ის ამიტომ საწყისი რაოდენობითაა, გაუმარილების კამერაში კი, ფისის ზედაპირთან მაღალი pH-ის გამო, ბიკარბონატში გადადის და ველს ჩვეულებრივი ანიონივით გადააქვს. აპარატი მას აცილებს, მაგრამ დენით იხდის: ნახშირმჟავას მომატებული შემცველობისას სამიზნე მინარევებისთვის დენური დატვირთვა ნაკლები რჩება. სწორედ ამიტომ ღრმა სქემებში მემბრანულ საფეხურსა და ელექტროდეიონიზაციას შორის დეგაზაციას დგამენ, მუდმივად მაღალი შემცველობისას კი წყალს მემბრანის წინ ატუტიანებენ, რომ ნახშირმჟავა ბიკარბონატში გადავიდეს და უკვე ოსმოსმა შეაკავოს.
პრაქტიკა
ელექტროდეიონიზაცია მხოლოდ უკუოსმოსის პერმეატზე მუშაობს. ეს სქემისადმი სურვილი კი არაა, არამედ მუშაობისუნარიანობის პირობა: სრული მარილშემცველობის საწყისი წყალი კამერებში ისეთ დენურ დატვირთვას ქმნის, რომელზეც პაკეტი გათვლილი არაა, სიხისტის მარილები კი მემბრანების ზედაპირთან მაღალი pH-ის გამო თავად კამერებში ილექება. საფეხურების თანმიმდევრობა აქ გადანაცვლებას არ იტანს.
საფეხურის სასარგებლო მთავარი არგუმენტი თავად გაუმარილების სიღრმე კი არაა, არამედ სარეაგენტო მეურნეობის არარსებობა. შერეულ ფენაზე იონმიმოცვლა შედარებადი ხარისხის წყალს იძლევა, მაგრამ მოითხოვს მჟავისა და ტუტის შენახვას, მათთვის სათავსოსა და ნებართვებს, გაწვრთნილ პერსონალსა და სარეგენერაციო ჩამდინარეების ნეიტრალიზაციას. ელექტროდეიონიზაცია ოთხივე მუხლს მთლიანად ხსნის: რეაგენტები საერთოდ არ არის.
აპარატი წყალს არ ასუფთავებს მიკრობიოლოგიურად და ორგანიკას არ აცილებს. ფარმაცევტიკისა და მიკროელექტრონიკის სქემებში მას ულტრაიისფერი მოსდევს, საერთო ორგანული ნახშირბადის მკაცრი მოთხოვნებისას კი მის წინ სორბციასა და ულტრაიისფერ დაჟანგვას დგამენ. აპარატის შემდგომი წყალი პრაქტიკულად მოკლებულია მარილებს და ამიტომ აგრესიულია: კონტური შესაბამისი კლასის უჟანგავი ფოლადით ან პოლიმერებით სრულდება და არა ნახშირბადოვანი ფოლადით.
აპარატს ჩვენ არ ვაწარმოებთ. ჩვენი საქმეა წყლის ანალიზი და სქემის სრული გაანგარიშება წინასწარი გაწმენდიდან მოხმარების წერტილამდე, მოდულებისა და მათი რაოდენობის შერჩევა, მილგაყვანილობისა და რეცირკულაციის კონტურის პროექტირება, მიწოდება, გაშვება-გამართვა და სერვისი.
საზღვრები
პრაქტიკა
მაგალითები ტიპურია: ეს ობიექტების ანგარიშები არაა.
სქემა
ელექტროდეიონიზაცია დამოუკიდებელ საფეხურად არასოდეს გამოიყენება. მის წინ სავალდებულოა უკუოსმოსი, მის წინ კი — წინასწარი გაწმენდა, რომელიც აცილებს შეწონილ ნივთიერებებს, რკინას, მანგანუმს, თავისუფალ ქლორსა და სიხისტეს. სქემა, რომელშიც აპარატი წყაროდან მეორე დგას, მუშაობისუუნაროა.
შესასვლელ წყალზე მოთხოვნები რაოდენობრივად ფორმულირდება და არა სიტყვებით „ოსმოსის პერმეატი“. იზღუდება მკვებავი წყლის ხვედრითი ელექტროგამტარობა, სიხისტე — დაახლოებით 1 მგ/ლ კალციუმის კარბონატზე გადაანგარიშებით, ანუ დაახლოებით 0,02 მგ-ეკვ/ლ, თავისუფალი ქლორი — არარსებობით, რკინა და მანგანუმი — ლიტრზე მილიგრამის მეასედებით, ასევე ნახშირმჟავასა და საერთო ორგანული ნახშირბადის შემცველობა. ამ მნიშვნელობებს მოდულის მწარმოებელი ადგენს, და სწორედ ისინი განსაზღვრავს მის წინ მდგარ საფეხურებს.
ნახშირმჟავა სქემის ცალკე გადაწყვეტილებად გამოიყოფა. მას აცილებენ ან დეგაზაციით მემბრანულ საფეხურსა და აპარატს შორის, ან წყლის ატუტიანებით მემბრანის წინ, როცა ის ბიკარბონატში გადადის და უკვე ოსმოსით კავდება. არჩევანი გაანგარიშებით კეთდება: პირველი ვარიანტი წყალს მარილებს არ ემატება, მეორეს არც ცალკე აპარატი სჭირდება და არც ვენტილაცია.
აპარატის შემდეგ ითვალისწინებენ დამგროვებელ ავზს სასუნთქი ფილტრით და ულტრაიისფერ დეზინფექციას, მკაცრი მოთხოვნებისას კი — მუდმივი რეცირკულაციის კონტურს. ასეთი ხარისხის წყალი უძრავად არ ინახება: ის ჰაერიდან ნახშირმჟავას იწოვს, ხვედრით წინაღობას კარგავს და ბიოაპკით სახლდება. კონტურის მასალები წყლის აგრესიულობით შეირჩევა და არა წყალმომზადებაში ჩვეული პრაქტიკით.
სქემა
ექსპლუატაცია
ენერგია
თავად აპარატის ხვედრითი ელექტროენერგიის ხარჯი მცირეა და მკვებავი წყლის მარილშემცველობით განისაზღვრება: პასპორტული ხარისხის უკუოსმოსის პერმეატზე მუშაობისას ის შეადგენს დაახლოებით 0,1–0,3 კვტ·სთ-ს გაუმარილებული წყლის კუბურ მეტრზე. საფეხურის შეფასება ამ ციფრით სქემისგან მოწყვეტით მაინც არასწორია: ღრმა გაუმარილების სქემაში ძირითად ენერგიას უკუოსმოსის მაღალი წნევის ტუმბო მოიხმარს, და კუბურ მეტრზე ჯამურ ხარჯს სწორედ ის განსაზღვრავს. აპარატის კვება მუდმივი დენია გამმართველიდან, ძაბვასა და დენს კი გაანგარიშება ადგენს წყლის შემადგენლობითა და ხარჯით.
სახარჯი მასალები
რა მიდის ჩაშვებაში
მოცილებული მარილები კონცენტრატის კამერების ნაკადით გაედინება. მოცულობით ეს მიწოდების მცირე ნაწილია, შემადგენლობით კი — წყალი, რომელშიც გაუმარილების კამერებიდან მინარევები გადავიდა. რადგან კვებად უკუოსმოსის პერმეატი გამოიყენება, ამ ნაკადის მარილშემცველობა აბსოლუტურ გამოსახულებაში დაბალი რჩება და იონმიმოცვლითი ფილტრის სარეგენერაციო ჩამდინარეს არ ედრება: ნეიტრალიზაციისა და ცალკე შეთანხმების მომთხოვნ დამარილებულ ჩამდინარეს საფეხური საერთოდ არ წარმოქმნის. ცალკეულ შესრულებებში კონცენტრატის კონტურში შეაქვთ დანამატი, რომელიც მის ელექტროგამტარობას ზრდის; ამის საჭიროებას მოდულის კონსტრუქცია განსაზღვრავს და მწარმოებელი უთითებს.
კონვერსია
მომხმარებელს მიწოდებული წყლის წილს კონცენტრატის კონტურის ხარჯი ადგენს. ამ კლასის მოდულებთან მომხმარებელს მიწოდების უფრო დიდი ნაწილი მიდის, კონცენტრატში კი — უფრო მცირე; კონკრეტულ მნიშვნელობას მოდულის შესრულება, მკვებავი წყლის ხარისხი და გამოსასვლელზე დადგენილი ხარისხი განსაზღვრავს, ამიტომ ის გაანგარიშებით მიიღება და წინასწარ არ ინიშნება. ამ წყლის დაკარგვა სავალდებულო არაა: შემადგენლობით კონცენტრატი მკვებავ წყალს უახლოვდება და მას ჩვეულებრივ უკუოსმოსის შესასვლელზე აბრუნებენ, სადაც საწყის ნაკადს ერევა. გადაწყვეტილება პროექტირების ეტაპზე მიიღება, რადგან საჭიროებს ადგილს, ტუმბოს და დაბრუნების გათვალისწინებას მემბრანული საფეხურის ბალანსში.
შერჩევა
რას ვითვალისწინებთ
რით სრულდება შეცდომა
შერჩევა
კითხვები
დიახ, და ეს ეკონომიის საკითხი არაა. აპარატი გათვლილია იმ ნარჩენ მარილშემცველობაზე, რომელსაც მემბრანული საფეხური ტოვებს: საწყისი წყალი ისეთ დენურ დატვირთვას ქმნის, რომელზეც პაკეტი გათვლილი არაა, სიხისტის მარილები კი მემბრანების ზედაპირთან მაღალი pH-ის გამო პირდაპირ კამერებში ილექება. საფეხურების თანმიმდევრობა აქ გადანაცვლებას არ იტანს: უკუოსმოსის გარეშე საფეხური უარესად კი არ მუშაობს — ის საერთოდ არ მუშაობს.
წყლის ხარისხი შედარებადია, განსხვავება ექსპლუატაციაშია. შერეული ფენა მჟავითა და ტუტით რეგენერირდება, რაც ნიშნავს მათ შენახვას ობიექტზე, სათავსოსა და ნებართვებს, გაწვრთნილ პერსონალსა და დამარილებული ჩამდინარის ნეიტრალიზაციას. აქ რეგენერაცია უწყვეტად და ელექტრული ველით მიმდინარეობს: რეაგენტები საერთოდ არაა და ნეიტრალიზაციისთვის ჩამდინარე არ ჩნდება. გარდა ამისა, ხარისხი ციკლის მიხედვით არ იცვლება — შერეულ ფენას ის საუკეთესო აქვს რეგენერაციისთანავე, აქ კი მუდმივი რჩება, სანამ მკვებავი წყალი და დენი არ შეიცვლება.
არა, და მიზეზი პროცესის მოწყობაშია. დენის ნაწილი წყლის დაშლაზე იხარჯება, რაც H⁺ და OH⁻ იონებს იძლევა, და სწორედ ისინი აღადგენს ფისს განუწყვეტლივ. ძაბვის შემცირება სწორედ ამ წილს ამცირებს პირველად: ფისი მარილოვან ფორმაში გადადის და გამოსასვლელზე ხვედრითი წინაღობა ეცემა. სამუშაო წერტილს გაანგარიშება ადგენს წყლის შემადგენლობითა და ხარჯით, ეკონომია კი ღრმა გაუმარილების სქემაში უკუოსმოსის მაღალი წნევის ტუმბოზე უნდა ვეძებოთ, სადაც ძირითადი ენერგიაა თავმოყრილი.
ხვედრითი წინაღობა 18,2 მომ·სმ 25 °C-ზე ზღვრული სიდიდეა იმ წყლისთვის, რომელშიც მუხტის მატარებლად მხოლოდ მისივე დისოციაციის პროდუქტები რჩება. შკალა მკვეთრად არაწრფივია: 1 მომ·სმ შეესაბამება დაახლოებით ნახევარ მილიგრამ მარილს ლიტრზე, და მთელი სხვაობა ერთსა და თვრამეტს შორის მილიგრამის მეათედებში თავსდება. მოთხოვნები დანიშნულებით განსხვავდება: ქვაბების კვებისა და გალვანიკისთვის ჩვეულებრივ ერთეული მომ·სმ კმარა, მიკროელექტრონიკა და ფარმაცევტული პრაქტიკის ნაწილი კი შკალის ზედა ნაწილს მოითხოვს, ის კი მიიღწევა უკვე არა ერთი საფეხურით, არამედ სქემით რეცირკულაციით, ულტრაიისფერითა და დამასრულებელი შერეული ფენით.
სამსახურის ვადას მკვებავი წყლის მოთხოვნების დაცვა განსაზღვრავს და არა კალენდარი. მოდული ადგილზე არ იშლება: ფისი და მემბრანები მასთან ერთად მთლიანად იცვლება. რესურსს ამოკლებს მემბრანულ საფეხურში გამოპარული სიხისტე და რკინა, თავისუფალი ქლორი, ორგანიკა და ხანგრძლივი მუშაობა ხარჯის პასპორტული ინტერვალის გარეთ. ზღვრულ მდგომარეობასთან მიახლოება წინასწარ ჩანს — ძაბვის ზრდით უცვლელი დენისა და ხარჯისას და გამოსასვლელზე ხვედრითი წინაღობის კლებით.
მოგვიყევით ობიექტის შესახებ — ინჟინერი სამუშაო დღის განმავლობაში მოამზადებს სქემის გაანგარიშებას, სპეციფიკაციასა და კომერციულ შეთავაზებას.