Concept (besoins et bénéfices)

L’électrodyalyse (ED) est un procédé de membranes dans lequel les ions sont transportés à travers une membrane d’échange ionique, en utilisant l’énergie électrique comme force d’impulsion.

Les membranes possèdent une haute densité de groupes ioniques fixés sur elles, qui permettent le transport sélectif des ions à travers la membrane en fonction de sa charge. Le passage des contre-ions (de charge opposée) est permis tandis que cela empêche le passage des co-ions (même charge) à cause de la répulsion de Donnan. Ce procédé se réalise entre deux électrodes, sous l’influence d’un champ électrique.

L’énergie électrique appliquée permet que le transfert des ions se fasse à partir de la solution la moins concentrée, vers la solution la plus concentrée. Ainsi, en éliminant le soluté, une purification du dissolvent se produit ; contrairement à ce qui arrive dans les procédés d’osmose inverse ou d’ultra filtration, où se produit un transport du solvant à travers la membrane, tout en empêchant le passage du soluté.

L’électrodyalyse inverse ou réversible (EDR) fonctionne en utilisant le même mécanisme que l’électrodyalyse, sauf que dans l’EDR la polarité des électrodes est inversée périodiquement (environ 3 à 4 fois par heure) et, à travers des soupapes automatiques, les sorties de la solution concentrée et de la solution diluées, sont échangées. Ainsi, les ions sont transférés dans des sens opposés, ce qui empêche la formation d’incrustations et permet de nettoyer la membrane.

Les avantages de l’électrodyalyse par rapport à l’osmose inverse sont une quantité inférieure de rejet, une sensibilité inférieure aux solides en suspension, une plus longue durée de vie des membranes, l’absence du besoin de prétraitement complet, la plus grande facilité de fonctionnement et une faible consommation électrique.

Offre de Condorchem Envitech

Condorchem Envitech dispose d’experts en électrodyalyse dans son équipe, avec une grande expérience dans l’utilisation de cette technique et de ses différentes variantes. Elle utilise des modules à haute performance, dans ses conceptions qui peuvent traiter un débit variable compris entre 1,7 et 30 m3/h par module. Ils peuvent fonctionner en parallèle, ainsi les débits traités peuvent arriver à atteindre des centaines de mètres cubes par heure.

Les procédés d’électrodyalyse (ED, EDR, SED, EDMB, EDM) ont de plus en plus d’applications.

Parmi les plus utilisées se trouvent l’obtention d’eau ultra pure, la concentration de courants salins et la désalinisation des eaux saumâtres. Dans toutes ces applications la consommation énergétique est très inférieure à celle d’autres procédés à membrane, comme l’osmose inverse. En outre, ils fonctionnent à basses pressions, ne requièrent pas de grand prétraitement de l’aliment et ne produisent pas de problèmes de fouling ni de scaling dans la membrane.

Enfin, l’EDR, à la différence de l’osmose inverse, permet d’obtenir zéro rejet, l’objectif tellement apprécié par de nombreux secteurs industriels. Pour toutes ces raisons, l’électrodyalyse est une technique alternative à l’osmose inverse et, dans la plupart des cas, c’est la plus compétitive d’un point de vue économique.

Procesos, sectores y aplicaciones

Electrodialysis is widely used for the desalination of brackish water and for the production of drinking water. As this is its main application, it is also used on a smaller scale in the following industries: food (e.g. in the desalination of whey, removal of tannic acid from wine and the recovery of citric acid from fruit juice); pharmaceutical (production of ultra-purified water); biotechnology (protein production); surface treatment, textiles, mineral recovery, power generation, electronics and wastewater treatment (e.g. removal of heavy metals or salts for water reuse and reverse osmosis reject effluent concentration).

Different processes have been developed within this technology that give ambitious results with more specific applications by adjusting the membrane type and arrangements. The following are notable among these developments:

  • Selective electrodialysis or selectrodialysis (SED)SED applies the principles of conventional ED, while using monovalent cationic permselective membranes (MCPSM) and monovalent anionic permselective membranes (MAPSM) which are membranes selective to ion charge; they allow monovalent ions to be separated from their polyvalent equivalents.

    However, a limitation to this technique is the need to treat the ions present in the solution: there can be no divalent cations in the food when SED is used to separate anions based on their charge; and, conversely, the food cannot contain divalent anions when SED is used to separate monovalent cations from polyvalent ones.

    This technique separates the ions according to their charge, and is useful in applications where the fractionation of the ions is of special interest; this is the case with the pre-treatment of phosphate-containing currents for subsequent recovery or the removal of salts from solutions of high salinity.

  • Bipolar Electrodialysis (EDBM)Ion exchange membranes are used to separate and concentrate acids and bases in a salt stream in the EDBM process. The differentiating part of this process is the bipolar membrane, which is formed by two different layers selective to oppositely charged ions.

    The main advantage of this technique is that acid and base solutions can be formed directly with the ions from a starting salt and the H+ and OH ions from the water in the different electrolytic cell compartments.

    Under the influence of an electric field, water diffuses at the membrane interface where it dissociates into its constituent H+ and OH , ions, which are then transported through the anionic and cationic membrane layers to the different chambers. The result is the concentration of these species in their respective chambers.

    Salts present in industrial effluents, such as sodium acetate, chloride, sulfate and nitrate and potassium fluoride can be converted into their respective acids and bases by EDBM.

    The most relevant applications of this process are the following:

    • Regeneration of liquors used in the manufacture of stainless steel (recovery of HF, HN03 , KOH).
    • Desulfurization of fumes and gases, producing sodium sulphite
    • Recovery of organic amino acids and acids
    • Ion exchange regenerant recovery
    • Acid and base purification

 

  • Electrodialysis metathesis (EDM)The concept of electrodialysis metathesis (EDM) was developed to desalinate brackish waters without producing any residual current; that is, with zero liquid discharge (ZLD).

    To achieve this purpose, cationic exchange membranes (CEM) and anionic exchange membranes (AEM) are generally used; with monovalent cationic permselective membranes (MCPSM) and monovalent anionic permselective membranes (MAPSM) also being used in certain applications.

    By arranging these membranes appropriately, it is possible to separate and concentrate monovalent and divalent anions and cations, all at the same time. Thus, a stream containing monovalent cations with anions and another stream containing monovalent anions with cations are obtained.

    This prevents poorly soluble salts, such as CaCO3 , MgSO4 and CaSO4 , from being formed inside the equipment.

    Subsequently, the two concentrated streams can be mixed to recover their components for re-use in the ZLD unit, if appropriate.

  • Monovalent electrodialysis (mEDR)The main objective of monovalent electrodialysis (mEDR) is the selective removal of ions or salts, especially with complex wastewater. It is based on conventional electrodialysis principles, but one of the membranes (anionic or cationic) is replaced by a selective membrane (anionic or cationic, as appropriate).

    There are no limitations to the types of ions present in food, but an additional solution containing monovalent ions (anions or cations, depending on the specific application) is required.