Электродиализ

Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Этот процесс широко применяется для опреснения высокоминерализованных сточных вод.

Электродиализ осуществляется в многокамерных электродиализаторах под действием постоянного электрического тока, направленного перпендикулярно плоскости мембран. В простейшем случае электродиализатор состоит из двух-трех ка-мер, отделенных одна от другой диафрагмами. Обрабатываемая вода поступает в одну из камер, в то время как в других камерах находятся растворы электролитов (кислот, щелочей или солей). Для диафрагм используют инертные пористые природные и синтетические материалы (асбест, стеклоткань, уплотненная хлориновая ткань и др.), а также электрохимически активные селективные ионитовые мембраны. Одна мембрана — анионитовая, отделяет камеру, где помещают анод, другая — катинитовая, камеру с катодом (рисунок 47).

Под воздействием постоянного тока катионы, двигаясь в направлении анода, проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. При этом на аноде выделяется кислород и образуется кислота, на катоде выделяется водород и образуется щелочь.

Рисунок 47 — Схема обессоливания воды в трехкамерном электродиализаторе
1- анод; 2 — катод; 3 — анодная диафрагма; 4 — катодная диафрагма

По мере прохождения тока концентрация солей в средней камере уменьшается до тех пор, пока не станет близкой к нулю. В случае использования инертных мембран за счет диффузии в среднюю камеру поступают ионы Н+ и ОН -, образуя воду и замедляя процесс переноса ионов соли к соответствующим электродам.

Мембраны для электродиализа изготовляют в виде гибких листов прямоугольной формы или рулонов из термопластичного полимерного связующего и порошка ионообменных смол. Применяют гомогенные и гетерогенные мембраны. Гомогенные состоят только из одной смолы и имеют малую механическую прочность; гетерогенные представляют собой порошок ионита, смешанный со связующим веществом — каучуком, полистиролом и др. При использовании электрохимически активных (ионообменных) диафрагм повышается эффективность процесса и снижается расход электроэнергии. Ионообменные мембраны проницаемы только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и у подвижных ионов. Катоды и аноды изготовляют из стойких к окислению материалов: платины, магнетита, графита, платинированного титана.

Обычно электродиализаторы для очистки воды состоят из 100-200 камер с чередующимися катионо- и аиионо проницаемыми мембранами. Расстояние между мембранами составляет 1-2 мм. Расход 7 кВт-ч/м при снижении солесодержания с 250 до 5 мг/л. Основной недостаток процесса — концентрационная поляризация приводящая к осаждению солей на поверхности мембраны и снижающая показатели очистки.

Технологические схемы электродиализаторных установок (ЭДУ) состоят из следующих узлов:

1. аппаратов предварительной подготовки воды для очистки от взвешенных и коллоидных частиц;
2. собственно электрдиализной установки;
3. кислотного хозяйства и системы сжатого воздуха;
4. фильтров, загруженных активированным углем, бактерицидных установок.

Электродиализные опреснительные установки разделяются на прямоточные и циркуляционные. В одно- и многоступенчатых прямоточных установках заданное опреснение воды происходит в процессе ее протекания через ячейки ванны. В циркуляционных установках опресняемая вода пропускается через ячейки ванны до тех пор, пока содержание в ней солей не снизится до заданного. Такие установки бывают порционного и непрерывного действия. Выбор установки осуществляется на основе технико-экономических расчетов.