Электродиализ

Электродиализ  это процесс непрерывной сепарации ионов солей, осуществляемый в  многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под действием постоянного тока, направленнoгo перпендикулярно плоскости мембран.

Основные области применения электродиализа:  опреснение и обессоливание воды, водоподготовка для питьевых целей и дезактивация воды;  получение органических кислот и оснований;  синтез неорганических соединений;  очистка и разделение веществ в водных растворах. Процесс очистки сточных вод в данном случае основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Мембраны используются неактивные (пористые) и активные (ионообменные). Пористые мембраны механически пропускают компоненты раствора за счет наличия в них определенного размера физических пор. Ионообменные мембраны подразделяются на анионообменные и кaтионообменные и, соответственно, могyт пропускать только анионы или катионы.

Простейший электродиализатор  представляет из себя аппарат, разделенный мембранами на три камеры. В среднюю камеру, называемую солевой, запускают рабочий раствор, а в приэлектродных пространствах находятся водные камеры. При прохождении электрического тока ионы начинают направленное движение к соответствующим электродам. При этом на аноде будет выделяться газообразный кислород и образовываться кислота. На катоде же выделяется газообразный водород и образуется щелочь:

Схема электродиализаторов с пористыми (а) и ионитовыми мембранами (б)

Концентрация соли в солевой камере будет постоянно убывать, но по мере увеличения кислотности и щелочности все большую роль будет игpать переход через мембраны ионов OH и H, которые в средней камере будут образовывать молекулы воды (а). Это замедляет перенос ионов соли сульфата натрия. То есть часть электричества расходуется на обратный перенос ионов воды, а также на повторный вывод этих  ионов из камеры Выход по току в аппарате  с неактивными мембранами не превышает 20 %. Выход по току  это отношение реально удаленного количества солей к тому количеству, которое было бы удалено при 100 %-м использовании тока.

При использовании ионообменных мембран эффективность процесса резко повышается, и снижается расход электро энергии. В данном варианте нонообменные мембраны про пускают ионы только определенного знака заряда и бесполезного переноса электрических зарядов почти нет. Выход по току здесь достигает 90 %. В промышленной практике обычно используют многокамерные аппараты с чередующимися катионо  и анионопроницаемыми мeмбранами. В таких аппаратах достигается максимальный выход по току.

Используемые в электродиализе мембраны должны обладать малым электрическим сопротивлением. На эффективность процесса также оказывает влияние расстояние между мембранами. Обычно оно составляет 1...2 мм. Основным недостатком этого процесса является неизбежная концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки. Сточные воды перед подачей в электродиализатор должны быть очищены от взвешенных и коллоидных частиц.