Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тұз иондарының қолданбалы электрлік потенциал арқылы тасымалдануы. Электрдиализ (ЭД) – қолданылатын электрлік потенциал айырмашылығының әсерімен ион алмасу мембраналары арқылы тұз иондарын бір ерітіндіден екіншісіне тасымалдау процесі. Бұл электродиализ жасушасы деп аталатын құрылымда жүзеге асырылады. Жасушада анион алмасу мембранасы және екі электрод арасында орналасқан катион алмасу мембранасы арқылы жасалған, қоректік (сұйылтылған) және концентрат (тұзды) бөліктері бар. Көптеген практикалық электродиализ процестерінде бірнеше электродиализ жасушалары электродиализ стегі деп аталатын құрылымға біріктіріледі, онда кезектесіп орналасқан аниондық және катиондық алмасу мембраналары бірнеше электродиализ жасушаларын құрайды. Электродиализ процестері дистилляция және басқа мембраналық процестерден (мысалы, кері осмостан (RO)) айырмашылығы бар, себебі еріген заттар қоректік ағымнан алыстатылады, ал басқа процестер суды қалған заттардан бөліп алады. Қоректік ағымдағы еріген заттардың мөлшері сұйықтықтың мөлшерінен әлдеқайда аз болғандықтан, электродиализ көптеген қолданбаларда қоректік заттарды қалпына келтірудің жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді.
Applied electric potential transport of salt ions. Electrodialysis (ED) is used to transport salt ions from one solution through ion exchange membranes to another solution under the influence of an applied electric potential difference. This is done in a configuration called an electrodialysis cell. The cell consists of a feed (dilute) compartment and a concentrate (brine) compartment formed by an anion exchange membrane and a cation exchange membrane placed between two electrodes. In almost all practical electrodialysis processes, multiple electrodialysis cells are arranged into a configuration called an electrodialysis stack, with alternating anion and cation exchange membranes forming the multiple electrodialysis cells. Electrodialysis processes are different from distillation techniques and other membrane based processes (such as reverse osmosis (RO)) in that dissolved species are moved away from the feed stream, whereas other processes move away the water from the remaining substances. Because the quantity of dissolved species in the feed stream is far less than that of the fluid, electrodialysis offers the practical advantage of much higher feed recovery in many applications.
Селективті электродиализ
Селективті электродиализ иондық селективті алмасу мембраналарын пайдаланып, тек кейбір иондарды шоғырландырады, ал қалған иондар сұйылтылған арнада қалады. Селективті электродиализ көбінесе моновалентті аниондық және/немесе катиондық алмасу мембраналарын қолдану арқылы жүзеге асырылады, олар тек моновалентті аниондардың немесе катиондардың өтуіне мүмкіндік береді. Бұл тек моновалентті иондарды бөлу қажет болғанда тиімді, себебі электр энергиясының жұмсалуын және тұзсыздандыру уақытын қысқартады. Мысалы, бұл суару суын тазарту үшін пайдалы. Моновалентті катиондар (Na+, Cl) көбінесе егістерге зиянды, ал дивалентті иондардың көпшілігі (Ca+2, Mg+2, SO4 2-) өсімдіктерге қажетті қоректік заттар болып табылады. Сондықтан, моновалентті селективті электродиализ ауыл шаруашылығы үшін қажетті құрамдағы суды қамтамасыз ете алады, минералдық тыңайтқыштарды қолдану қажеттілігін азайтады.
Selective electrodialysis uses ion selective exchange membranes to concentrate only some ions, whereas other species remain in the diluted channel. Selective electrodialysis is usually done by employing monovalent anion and/or cation exchange membranes, that only allows migration of monovalent anion or cations, respectively. This is useful when only monovalent ions are required to be separated, reducing electricity consumption and desalination time. For example, this is useful for irrigation water. Monovalent cations usually are particularly (Na+, Cl ) harmful for crops, whereas most divalent ions (Ca+2, Mg+2, SO4 2) are beneficial nutrients for plants. Therefore, monovalent selective electrodialysis may provide water with an ideal composition for agriculture, reducing the necessity for minerals fertilization.
Шектеулер
Электрдиализдің өзіндік шектеулері бар, ол азық ағынынан төмен молекулалық салмақты иондық компоненттерді жоюда ең жақсы нәтиже береді. Зарядталмаған, жоғары молекулалық салмақты және аз жылдамдықпен қозғалатын иондық түрлер әдетте айтарлықтай жойылмайды. Сонымен қатар, кері осмосқа (RO) қарағанда, өнімдегі тұздың өте төмен концентрациясы қажет болғанда және өткізгіштігі төмен азықтармен жұмыс істегенде электрдиализ экономикалық тұрғыдан тиімсіз болады: ток тығыздығы шектеледі және ток пайдалану тиімділігі әдетте азық тұзының концентрациясы төмендегенде төмендейді, ал ерітіндіде ток тасымалдау үшін жеткілікті иондар болмағандықтан иондық тасымалдау да, энергия тиімділігі де күрт төмендейді. Осының салдарынан, төмен концентрациялы (және өткізгіштігі төмен) азық ерітінділерінің қажетті сыйымдылығын қамтамасыз ету үшін салыстырмалы түрде үлкен мембраналық аумақтар қажет. Электрдиализдің (және RO) өзіндік шектеулерін жойатын инновациялық жүйелер бар; бұл интеграцияланған жүйелер бірлесіп жұмыс істейді, әрбір кіші жүйе өзінің оңтайлы диапазонында жұмыс істеп, нақты қолданба үшін ең төменгі жалпы пайдалану және капиталдық шығындарды қамтамасыз етеді. Кері осмос сияқты, электрдиализ жүйелеріне ион алмасу мембраналарының бетін жабатын, тұндыратын немесе басқаша "ластайтын" заттарды жою үшін азықты алдын ала өңдеу қажет болуы мүмкін. Бұл ластану электрдиализ жүйесінің тиімділігін төмендетеді. Маңызды заттарға кальций мен магнийдің тұздылығы, ерітілген қатты заттар, кремний қышқылы және органикалық қосылыстар жатады. Тұздылықты жою үшін суды жұмсарту, ал ерітілген қатты заттарды жою үшін микрометрлік немесе мультимедиалық сүзгілеу қолданылуы мүмкін. Тұздылық, әсіресе, маңызды, өйткені мембраналарда қабыршақтар пайда болуы мүмкін. Дегенмен, электрдиализ кері осмосқа қарағанда осы ластаушы заттардың жоғары концентрациясын көтере алады. Сонымен қатар, электрдиализ мембраналарын, олар тіктөртбұрышты болғандықтан, модульден алып тастап тазалауға болады, ал кері осмос мембраналарын спиральді геометриясының арқасында осылай тазалауға болмайды. Сондай-ақ, қабыршақтардың пайда болуын болдырмау үшін әртүрлі химиялық заттар қолданылады. Сонымен қатар, электрдиализтің кері жүйелері сұйытылған және концентрат ағынын, сондай-ақ электродтардың полярлығын мерзімді түрде өзгерту арқылы қабыршақтардың пайда болуын азайтуға тырысады.
Electrodialysis has inherent limitations, working best at removing low molecular weight ionic components from a feed stream. Non charged, higher molecular weight, and less mobile ionic species will not typically be significantly removed. Also, in contrast to RO, electrodialysis becomes less economical when extremely low salt concentrations in the product are required and with sparingly conductive feeds: current density becomes limited and current utilization efficiency typically decreases as the feed salt concentration becomes lower, and with fewer ions in solution to carry current, both ion transport and energy efficiency greatly declines. Consequently, comparatively large membrane areas are required to satisfy capacity requirements for low concentration (and sparingly conductive) feed solutions. Innovative systems overcoming the inherent limitations of electrodialysis (and RO) are available; these integrated systems work synergistically, with each sub system operating in its optimal range, providing the least overall operating and capital costs for a particular application. As with RO, electrodialysis systems may require feed pretreatment to remove species that coat, precipitate onto, or otherwise "foul" the surface of the ion exchange membranes. This fouling decreases the efficiency of the electrodialysis system. Species of concern include calcium and magnesium hardness, suspended solids, silica, and organic compounds. Water softening can be used to remove hardness, and micrometre or multimedia filtration can be used to remove suspended solids. Hardness in particular is a concern since scaling can build up on the membranes. However, electrodialysis can support higher concentrations of those foulants than reverse osmosis. In addition, electrodialysis membranes, as they have rectangular shape, can be removed from the stack and cleaned, whereas reverse osmosis membranes can't be cleaned that way because of their spiral geometry. Various chemicals are also available to help prevent scaling. Also, electrodialysis reversal systems seek to minimize scaling by periodically reversing the flows of diluate and concentrate and polarity of the electrodes.