Электродиализ воды

Электродиализом называется процесс удаления из раствора ионов растворенных веществ путем избирательного их переноса через мембраны, селективные к этим ионам, в поле постоянного электрического тока.

При наложении постоянного электрического поля на раствор электролитов возникает направленное движение ионов растворенных солей, а также ионов H+ и ОН-. Катионы движутся к катоду, анионы – к аноду. Если раствор разделить на секции с помощью специальных мембран, проницаемых только для катионов или только для анионов, то катионы, двигаясь к катоду, будут свободно проходить через катионитовую мембрану. Для анионов же она практически непроницаема. Анионы, пройдя через анионитовую мембрану, будут двигаться к аноду. Таким образом раствор разделится на обессоленную воду, находящуюся между мембранами, и концентрированные раствору – щелочной каталит и кислый анолит (смотри флэш-анимацию ниже).

Ионитные мембраны для процесса электродиализа должны обладать высокой селективностью, малой проницаемостью для молекул воды, хорошей электрической проводимостью, высокой механической прочностью и химической стойкостью. Мембраны подразделяются по знаку заряда матрицы на катионитные и анионитные, а по способу получения на гетерогенные и гомогенные.

Геторогенные мембраны представляют собой тонкодисперсный ионит, распределенный в пленке инертного связующего материала.

Гомогенные мембраны получаются в результате реакции поликонденсации или методом привитой полимеризации. Они характеризуются сплошной фазой ионита по всей пленке.

В настоящее время для обессоливания воды используются многокамерные плоскорамные аппараты. Они представляют собой мембранный пакет, зажатый между пластинами, которые являются анодом и катодом, соответственно. Опресняемая вода поступает в четные камеры и параллельными потоками движется через них. С другой стороны этих камер выводится опресненная вода. Через нечетные камеры циркулирует рассол извлеченных солей. У анода и катода происходит разрядка анионов и гидроксил-ионов, катионов и водородных ионов, соответственно, с образованием кислого анолита и щелочного католита.

Область применения электродиализа ограничивается солесодержанием 0.5-10 г/л, так как при меньших концентрациях падает проводимость раствора и уменьшается эффективность использования электроэнергии, а при больших процесс становится экономически невыгоден вследствие существенного роста энергозатрат, так как затраченная электроэнергия пропорциональна количеству удаляемых ионов.

Обычный электродиализный аппарат способен обессолить воду до нескольких десятков мг/л и получить концентрат с содержанием солей до 35 г/л.

Непрерывная электродеионизация воды

Установки непрерывной электродеионизации воды имеют конструкцию, аналогичную конструкции электродиализных установок , за исключением того, что в камерах фильтрата находится смешанная ионообменная смола. Камеры фильтрата заключены между катионной и анионной мембранами. Через анионную мембрану способны проходить только отрицательные ионы, через катионную - только положительные. Для молекул воды мембраны непроницаемы (см. рисунок).

Камеры фильтрата чередуются с узкими камерами концентрата, в которых происходит накопление извлеченных из фильтрата ионов. Каждый слой ионообменной смолы, мембраны и соответствующий коллектор образуют «ячейку» ( cell). Несколько ячеек монтируются вместе (в стэк), на концах которого (электродные камеры) установлены электроды.

При помощи электродов в пространстве внутри стэка создается электрическое поле, под действием которого ионы из камер фильтрата проникают через соответствующие мембраны в камеры концентрата. Наличие ионообменной смолы в камерах фильтрата существенно уменьшает электрическое сопротивление стэков, что приводит к существенно меньшим энергозатратам при работе установок непрерывной электродеионизации по сравнению с обычными электродиализными установками .