Введение

Приложенный электрический потенциал используется для переноса солевых ионов. Электродиализ (ЭД) применяется для переноса солевых ионов из одного раствора в другой через ионообменные мембраны под воздействием приложенной разности электрических потенциалов. Этот процесс осуществляется в конфигурации, называемой электродиализной ячейкой. Ячейка состоит из питательного (разбавленного) отсека и концентратного (рассольного) отсека, сформированных анионообменной и катионообменной мембранами, расположенными между двумя электродами. В большинстве практических процессов электродиализа несколько электродиализных ячеек объединяются в конфигурацию, называемую электродиализным стеком, где анионо- и катионообменные мембраны чередуются, формируя множество электродиализных ячеек. Процессы электродиализа отличаются от дистилляции и других мембранных процессов (таких как обратный осмос (RO)) тем, что из питательного потока удаляются растворенные вещества, в то время как в других процессах вода удаляется из оставшихся компонентов. Поскольку количество растворенных веществ в питательном потоке значительно меньше объема жидкости, электродиализ обеспечивает практическое преимущество в виде более высокой степени восстановления питательного раствора во многих областях применения.

Селективный электродиализ

В селективном электродиализе используются ионоселективные обменные мембраны для концентрирования только определенных ионов, в то время как другие вещества остаются в обедненном канале. Селективный электродиализ обычно осуществляется с использованием моновалентных анионо- и/или катионообменных мембран, которые пропускают только миграцию моновалентных анионов или катионов соответственно. Это особенно полезно, когда требуется разделять только моновалентные ионы, что позволяет снизить потребление электроэнергии и время обессоливания. Например, это применимо для воды, используемой для орошения. Моновалентные катионы, как правило, особенно (Na+, Cl-) вредны для сельскохозяйственных культур, в то время как большинство двухвалентных ионов (Ca2+, Mg2+, SO42-) являются полезными питательными веществами для растений. Таким образом, моновалентный селективный электродиализ может обеспечить воду с оптимальным составом для сельского хозяйства, снижая потребность в минеральных удобрениях.

Ограничения

Электродиализ имеет inherentные ограничения, наиболее эффективно работая при удалении ионных компонентов с низкой молекулярной массой из исходного потока. Неионизированные, более высокомолекулярные и менее подвижные ионные виды обычно не удаляются в значительной степени. Кроме того, в отличие от обратного осмоса, электродиализ становится менее экономичным при необходимости получения чрезвычайно низких концентраций соли в продукте и при работе с малопроводящими исходными растворами: плотность тока становится ограниченной, а эффективность использования тока обычно снижается по мере уменьшения концентрации соли в исходном потоке, и с уменьшением количества ионов в растворе для переноса тока значительно снижаются как транспорт ионов, так и энергоэффективность. Следовательно, для удовлетворения требований к производительности для низкоконцентрированных (и малопроводящих) исходных растворов требуются сравнительно большие площади мембран. Доступны инновационные системы, преодолевающие inherentные ограничения электродиализа (и обратного осмоса); эти интегрированные системы работают синергически, каждая подсистема функционирует в оптимальном диапазоне, обеспечивая минимальные общие эксплуатационные и капитальные затраты для конкретного применения. Как и в случае с обратным осмосом, системы электродиализа могут требовать предварительной обработки исходного потока для удаления веществ, которые покрывают, осаждаются на или иным образом "загрязняют" поверхность ионообменных мембран. Это загрязнение снижает эффективность системы электродиализа. Особую озабоченность вызывают жесткость, обусловленная кальцием и магнием, взвешенные вещества, кремнезем и органические соединения. Для удаления жесткости можно использовать умягчение воды, а для удаления взвешенных веществ – микро- или мультимедийную фильтрацию. Жесткость особенно важна, поскольку на мембранах может образовываться накипь. Однако электродиализ может выдерживать более высокие концентрации этих загрязнителей, чем обратный осмос. Кроме того, мембраны электродиализа, имея прямоугольную форму, могут быть извлечены из стека и очищены, в то время как мембраны обратного осмоса не могут быть очищены таким образом из-за их спиральной геометрии. Также доступны различные химические вещества для предотвращения образования накипи. Кроме того, системы электродиализа с обратным током стремятся минимизировать образование накипи путем периодического изменения направления потоков дилатата и концентрата, а также полярности электродов.