Электродиализ (ЭД) и обращённый электродиализ (ОЭД)

Компания Condorchem Envitech имеет в своем штате специалистов по электродиализу и большой опыт использования различных вариантов этой методики. Она использует высокоэффективные модули в своих конструкциях, которые могут очищать переменный расход потока от 1,7 до 30 м3 /ч в каждом модуле. Они могут работать параллельно, поэтому очищенные потоки могут достигать сотен кубических метров в час.

Применение электродиализных процессов (ЭД, ОЭД, СЭД, EDBM и EDM) постоянно растет.
Среди наиболее популярных имеются те, которые используются для получения сверхчистой воды, концентрирования соленых потоков и опреснения солоноватых вод. Потребление энергии во всех этих применениях значительно ниже, чем для других мембранных процессов, таких как, например, обратный осмос.

Кроме того, они работают при низких давлениях, не требуют большой предварительной очистки загружаемого материала, и нет никаких проблем с загрязнением мембраны или с появлением на ней накипи. Наконец, в отличие от обратного осмоса, ОЭД может достичь нулевого разряда, что является высоко ценной задачей во многих промышленных секторах.

В заключение следует отметить, что электродиализ является альтернативным методом обратного осмоса и обычно является более конкурентоспособным в финансовом отношении.

Электродиализ (ЭД) представляет собой процесс, в котором ионы транспортируются через ионообменную мембрану, используя электрическую энергию в качестве движущей силы.

Мембраны содержат группы ионов высокой плотности, которые позволяют селективно переносить ионы через мембрану в зависимости от их заряда. Противоионы (противоположно заряженные ионы) пропускаются, в то время как прохождению коионов (те же самые заряды) препятствует эффект Доннана. Этот процесс осуществляется между двумя электродами под воздействием электрического поля.

Приложенная электрическая энергия перемещает ионы из наименее концентрированного раствора в наиболее концентрированный раствор. Таким образом, очистка растворителя происходит путем удаления растворенного вещества. Это отличается от того, что происходит при обратном осмосе или ультрафильтрации, когда растворитель проходит через мембрану, а прохождение растворенного вещества предотвращается.

Обратный или обращенный электродиализ (ОЭД) работает с использованием того же механизма, что и электродиализ, за исключением того, что при ОЭД полярность электродов периодически меняется (примерно 3-4 раза в час); а выход концентрированных и разбавленных растворов автоматически меняется с помощью клапанов. Это приводит к перемещению ионов в противоположных направлениях и затрудняет образование накипи при промывке мембраны.

Преимущества электродиализа по отношению к обратному осмосу заключаются в меньшем количестве брака, меньшей чувствительности к взвешенным веществам, более длительном сроке службы мембраны, отсутствии необходимости в полной предварительной обработке, упрощении эксплуатации и низком потреблении электроэнергии.

Электродиализ широко используется для опреснения солоноватой воды и для производства питьевой воды. Поскольку это его основное применение, он также используется в меньших масштабах в следующих отраслях промышленности: пищевой (например, при опреснении сыворотки, удалении дубильной кислоты из вина и извлечении лимонной кислоты из фруктового сока); фармацевтической (производство ультраочищенной воды); биотехнологической (производство белка); поверхностной обработке, текстильной промышленности, извлечении минеральных веществ, производстве электроэнергии, электроники и очистке сточных вод (например, удаление тяжелых металлов или солей для повторного использования воды и концентрации потока стоков обратного осмоса).

В рамках этой технологии были разработаны различные процессы, которые дают значительные результаты с более специфическими применениями за счет регулирования типа и расположения мембран. Среди них следует отметить следующие:

• Селективный электродиализ или селектродиализ (СЭД)В СЭД применяют принципы обычного ЭД, используя при этом моновалентные катионные избирательно проницаемые мембраны (MСPSM) и моновалентные анионные избирательно проницаемые мембраны (MAPSM), которые являются мембранами, селективными к заряду ионов; они позволяют отделять моновалентные ионы от их поливалентных эквивалентов.

  Однако ограничением этого метода является необходимость обработки ионов, присутствующих в растворе: в питательной среде не может быть двухвалентных катионов, если СЭД используется для разделения анионов, исходя их заряда; и, наоборот, питательная среда не может содержать двухвалентные анионы, если СЭД используется для отделения одновалентных катионов от поливалентных.

  Этот метод разделяет ионы в соответствии с их зарядом и полезен в таких применениях, где фракционирование ионов представляет особый интерес; это относится к предварительной очистке фосфатсодержащих потоков для последующего извлечения или удаления солей из растворов высокой солености.

• Биполярный электродиализ (EDBM)Ионообменные мембраны используются для разделения и концентрирования кислот и оснований в потоке солей в процессе EDBM. Дифференцирующей частью этого процесса является биполярная мембрана, которая образована двумя различными слоями, селективными к противоположно заряженным ионам.

  Основное преимущество этого метода заключается в том, что кислотные и щелочные растворы могут образовываться непосредственно с ионами исходной соли и Н⁺ ОН^– ионами из воды в различных отсеках электролизера.

  Под действием электрического поля вода диффундирует на границе раздела мембран, где она диссоциирует на составляющие ее ионы H⁺ и OH^–, которые затем транспортируются через анионный и катионный слои мембраны в различные камеры. Результатом является концентрация этих видов в соответствующих камерах.

  Соли, присутствующие в промышленных сточных водах, такие как ацетат натрия, хлорид, сульфат и нитрат, а также фторид калия могут быть преобразованы в их соответствующие кислоты и основания с помощью EDBM.

  Наиболее актуальными применениями этого процесса являются следующие:

  • Регенерация водных растворов, используемых в производстве нержавеющей стали (восстановление HF, HN0₃ , KOH).
  • Десульфурация паров и газов с получением сульфита натрия
  • Восстановление органических аминокислот и кислот
  • Восстановление ионообменного регенерирующего раствора
  • Очистка кислот и оснований

• Реакция обмена электродиализа (EDM)Концепция реакции обмена электродиализа (EDM) была разработана для опреснения солоноватых вод без образования остаточного потока, то есть с нулевым стоком.

  Для достижения этой цели обычно используются катионные обменные мембраны (CEM) и анионные обменные мембраны (AEM); при этом моновалентные катионные избирательно проницаемые мембраны (MCPSM) и моновалентные анионные избирательно проницаемые мембраны (MAPSM) также используются в некоторых случаях.

  Расположив эти мембраны соответствующим образом, можно одновременно разделять и концентрировать одновалентные и двухвалентные анионы и катионы. Таким образом, получается поток, содержащий одновалентные катионы с анионами, и другой поток, содержащий одновалентные анионы с катионами.

  Это предотвращает образование внутри оборудования плохо растворимых солей, таких как CaCO₃ , MgSO₄ и CaSO₄.

  Впоследствии эти два концентрированных потока могут быть смешаны для восстановления их компонентов для повторного использования в блоке с нулевым стоком, если это необходимо.

• Моноваленный электродиалих (mEDR)Основной задачей моновалентного электродиализа (mEDR) является селективное удаление ионов или солей, особенно со сложными сточными водами. Он базируется на обычных принципах электродиализа, но одна из мембран (анионная или катионная) заменяется селективной мембраной (анионной или катионной, в зависимости от обстоятельств).

  Нет никаких ограничений по типам ионов, присутствующих в питательном растворе, но требуется дополнительный раствор, содержащий одновалентные ионы (анионы или катионы, в зависимости от конкретного применения).