Electrodiàlisi (ED) i electrodiàlisi reversible (EDR)

Condorchem Envitech compta amb experts en electrodílisi i en electrodílisi reversible entre la seva plantilla i posseeix una llarga experiència en la utilització d'aquesta tècnica en les seves diferents variants. En els seus dissenys utilitza mòduls d'alta eficiència que poden tractar un cabal variable d'entre 1,7 i 30 m³/h cada mòdul. Aquests poden operar en paral·lel, de manera que els cabals tractats poden arribar a ser de centenars de metres cúbics per hora.

Els processos d'electrodílisi (ED, EDR, SED, EDMB, EDM) cada cop tenen més aplicacions.

Entre les més utilitzades hi ha l'obtenció d'aigua ultra pura, la concentració de corrents salines i la dessalinització d'aigües salobroses. En totes aquestes aplicacions el consum energètic és molt inferior a altres processos de membrana, com l'osmosi inversa.

A més, treballen a pressions baixes, no requereixen un gran pretractament de l'aliment i no es produeixen problemes de fouling ni de scaling a la membrana. Finalment, l'EDR, a diferència de l'osmosi inversa, permet aconseguir una descàrrega zero, objectiu tan apreciat en nombrosos sectors industrials.

Per tot això l'electrodílisi és una tècnica alternativa a l'osmosi inversa i, en la majoria dels casos, la més competitiva econòmicament.

L'electrodiàlisi (ED) és un procés de membranes en què els ions són transportats a través d'una membrana d'intercanvi iònic utilitzant l'energia elèctrica com a força impulsora.

Les membranes posseeixen una elevada densitat de grups iònics fixats en ella, els quals permeten el transport selectiu d'ions a través de la membrana depenent de la seva càrrega. Es permet el pas dels contra-ions (de càrrega oposada) mentre que s'impedeix el pas dels co-ions (mateixa càrrega) a causa de la repulsió de Donnan. Aquest procés es duu a terme entre dos elèctrodes sota la influència d'un camp elèctric.

L'energia elèctrica aplicada permet que la transferència dels ions sigui des de la solució menys concentrada cap a la solució més concentrada. Així, eliminant el solut, es produeix una purificació del dissolvent; a l'inrevés del que passa en els processos d'osmosi inversa o ultrafiltració, en què es produeix un transport del solvent a través de la membrana al mateix temps que s'impedeix el pas del solut.

L'electrodiàlisi inversa o reversible (EDR) funciona utilitzant el mateix mecanisme que l'electrodiàlisi, excepte en el fet que a l'EDR la polaritat dels elèctrodes s'inverteix periòdicament (aproximadament de 3 a 4 vegades per hora) i, mitjançant vàlvules automàtiques s'intercanvien les sortides de la solució concentrada i de la solució diluïda. D'aquesta manera, els ions es transfereixen en direccions oposades, cosa que dificulta la formació d'incrustacions i permet el rentat de la membrana.

Els beneficis de l'electrodiàlisi en relació amb l'osmosi inversa són la menor quantitat de rebuig, la menor sensibilitat als sòlids suspesos, una major vida útil de les membranes, la no necessitat d'un pretractament complet, la major facilitat d'operació i un baix consum elèctric.

L'electrodiàlisi s'utilitza àmpliament per a la dessalinització d'aigua salobre i per a la producció d'aigua potable. Sent aquesta la seva principal aplicació, també s'està utilitzant a menor escala en la indústria de l'alimentació (dessalació del sèrum làctic, eliminació de l'àcid tànic del vi, recuperació de l'àcid cítric del suc de fruita), farmacèutica (producció d'aigua ultra purificada), biotecnològica (obtenció de proteïnes), de tractament de superfícies, tèxtil, de recuperació de minerals, de generació d'energia, electrònica i en el tractament d'aigües residuals (eliminació de metalls pesants, eliminació de sals en reutilització d'aigües i concentració d'efluents de rebuig d'osmosi inversa).

En el si d'aquesta tecnologia, s'han anat desenvolupant diferents processos que, jugant amb el tipus i la disposició de les membranes, permeten resultats ambiciosos i d'aplicació més específica. Entre aquests desenvolupaments, cal destacar els següents:

• Electrodiàlisi selectiva o selectrodiàlisi (SED)Aplicant els principis de l'ED convencional, la SED es caracteritza per la utilització d'un tipus de membranes, membranes monovalents catióniques (MVC) i membranes monovalents anióniques (MVA), que són selectives a la càrrega dels ions, permetent separar els cations monovalents dels cations polivalents o els anions monovalents dels anions polivalents.

  Cal assenyalar que aquesta tècnica presenta una limitació pel que fa als ions presents en la solució a tractar; en l'aliment no poden haver-hi cations divalents quan s'utilitza la SED per separar anions en funció de la seva càrrega i, a l'inrevés, l'aliment no pot contenir anions divalents quan s'utilitza la SED per separar els cations monovalents dels cations polivalents.

  Aquesta tècnica permet una separació dels ions en funció de la seva càrrega, fet que la fa indicada per a aquelles aplicacions en què el fraccionament dels ions suscita un interès especial, com és el cas del pretractament de corrents que continguin fosfats per a la seva posterior recuperació o l'eliminació de sals de solucions amb una elevada salinitat.

• Electrodiàlisi bipolar (EDMB)En el procés de l'EDMB s'utilitzen membranes d'intercanvi iònic per separar i concentrar els àcids i bases d'una corrent de sal. L'element diferenciador d'aquest procés és la membrana bipolar, la qual està formada per dues capes diferents que són selectives als ions de càrregues oposades.

  El principal avantatge d'aquesta tècnica és que en els diferents compartiments de la cèl·lula electrolítica es poden aconseguir directament dissolucions d'àcids i bases amb els ions procedents d'una sal de partida i els H⁺ i OH^– procedents de l'aigua.

  Sota la influència d'un camp elèctric, l'aigua es difon a la interfase de la membrana i es divideix en ions H⁺ i OH^– , els quals són transportats a través de les capes anióniques i catióniques de la membrana a cambres diferents. El resultat és la concentració d'aquestes espècies a les respectives cambres.

  Les sals presents en els efluents industrials, com clorur sòdic, sulfat sòdic, nitrats sòdics, fluorur potàssic, acetat sòdic, etc., poden convertir-se en els seus respectius àcids i bases mitjançant EDMB.

  Aquest procés té com a aplicacions més rellevants les següents:

  • Regeneració de licors usats en la manufactura d'acer inoxidable (recuperació de HF, HN0₃ , KOH).
  • Desulfuració de fums i gasos per produir sulfit sòdic
  • Recuperació d'àcids i aminoàcids orgànics
  • Recuperació del regenerant d'intercanviadors iònics
  • Purificació d'àcids i bases

• Electrodiàlisi metàtesi (EDM)El concepte d'electrodiàlisi metàtesi (EDM) ha estat desenvolupat amb l'objectiu d'aconseguir la dessalinització de les aigües salobres sense produir cap corrent residual, és a dir, amb descàrrega de líquid zero (ZLD).

  Per aconseguir aquest propòsit, en general, s'utilitzen membranes d'intercanvi catióniques (CEM), membranes d'intercanvi anióniques (AEM), membranes monovalents catióniques (MVC) i membranes monovalents anióniques (MVA), tot i que en determinades aplicacions no es necessita la utilització de les membranes monovalents per aconseguir aquest objectiu.

  Disposant aquestes membranes convenientment és possible obtenir per separat, i concentrar, els anions i cations monovalents i divalents, tot al mateix temps. D'aquesta manera s'obté una corrent que conté cations monovalents amb anions i una altra corrent que conté anions monovalents amb cations.

  Així, les sals poc solubles, com és el cas del CaCO₃ , MgSO₄ o CaSO₄ , no es formen a l'interior de l'equip.

  Posteriorment, si és oportú, les dues corrents de concentrat poden ser barrejades per recuperar els seus components per a la seva reutilització a la unitat de ZLD.

• Electrodiàlisi monovalent (mEDR)L'electrodiàlisi monovalent (mEDR) té com a objectiu principal l'eliminació selectiva d'ions o sals i s'utilitza especialment amb aigües residuals complexes. Es basa en els principis de l'electrodiàlisi convencional, però una de les membranes (l'aniónica o la catiónica) ha estat substituïda per una membrana selectiva (aniónica o catiónica, segons convingui).

  No existeixen limitacions pel que fa al tipus d'ions presents en l'aliment, però sí que es requereix una solució addicional que contingui ions monovalents (anions o cations, depenent de l'aplicació concreta).