L'eau du robinet contient souvent des sels dissous tels que le sodium, le calcium, le magnésium, le chlorure, les nitrates et le silicium. Ces sels sont composés d'ions chargés négativement (AC) et d'ions chargés positivement (Cs). L'osmose inverse peut éliminer plus de 99 % de ces ions. L'eau du robinet contient également des traces de métaux, des gaz dissous (tels que le CO2) et d'autres composés faiblement ionisés (tels que le silicium et le bore) qui doivent être éliminés lors du traitement industriel.
La conductivité des effluents d'osmose inverse RO (eau d'alimentation EDI) est généralement de 10⁻² μS/cm, avec une valeur optimale inférieure à 6 μS/cm. En fonction des exigences spécifiques, la résistivité de l'eau ultrapure produite par EDI peut atteindre 15-18 MΩ·cm. Une qualité d’eau insuffisante peut causer des dommages inutiles à l’EDI et réduire sa durée de vie.
La réaction d'échange a lieu dans la chambre de dessalement du module, où les résines échangeuses d'anions utilisent leurs ions hydroxyde (OH⁻) pour échanger des anions (tels que les ions chlorure, Cl⁻) dans les sels dissous. De manière correspondante, les résines échangeuses de cations utilisent leurs ions hydrogène (H⁺) pour échanger des cations (tels que Na⁺) dans les sels dissous.
Une pile de membranes EDI typique se compose de plusieurs unités prises en sandwich entre deux électrodes. Chaque unité contient une chambre de dessalement et une chambre de concentré. La chambre de dessalement est remplie d'un mélange de résines échangeuses d'anions et de cations, qui sont positionnées entre la membrane échangeuse de cations et la membrane échangeuse d'anions.
Un champ électrique CC est appliqué entre l'anode (+) et la cathode (-) aux deux extrémités du module. Ce potentiel provoque la migration des ions échangés sur la résine le long de la surface des particules de résine et leur passage à travers la membrane dans la chambre de concentré. L'anode attire les anions (tels que OH-, Cl-), qui traversent la membrane échangeuse d'anions dans la chambre de concentré adjacente mais sont bloqués par la membrane échangeuse de cations, restant ainsi dans la chambre de concentré. La cathode attire les cations (tels que H+, Na+), qui traversent la membrane échangeuse de cations dans la chambre de concentré adjacente mais sont bloqués par la membrane échangeuse d'anions, restant ainsi dans la chambre de concentré. Lorsque l'eau circule à travers ces deux chambres parallèles, les ions sont retirés de la chambre de dessalement et s'accumulent dans la chambre de concentré adjacente, où ils sont ensuite emportés hors du module par le flux d'eau. La tension continue appliquée à travers l'empilement de membranes entraîne non seulement la migration des ions, mais dissocie également les molécules d'eau, générant de grandes quantités de H+ et OH-. Ces ions H+ et OH- migrent sous l'influence d'un champ électrique, régénérant respectivement les résines échangeuses de cations et d'anions désactivées, obtenant ainsi une régénération électrochimique continue des résines sans avoir besoin de produits chimiques externes. Dans un système EDI typique, environ 5 à 10 % de l'eau d'alimentation pénètre dans la chambre de concentré. Le concentré circule par une pompe à un débit élevé, ce qui contribue à améliorer l’efficacité du dessalement, favorise le mélange de l’eau et réduit le risque de tartre. Les ions concentrés sont évacués du système en évacuant une partie du concentré.
Pour un fonctionnement stable et efficace du système EDI, un prétraitement approprié de l'eau d'alimentation (comme l'osmose inverse) est nécessaire pour contrôler sa conductivité, sa dureté, sa teneur en matière organique et en matières en suspension. Les impuretés présentes dans l'eau d'alimentation ont un impact significatif sur le module de déionisation et peuvent raccourcir sa durée de vie.
