|
Технология электродиализа
Внешний вид электродеионизатора |
Электродиализ — процесс удаления из растворов
(проводников второго рода) ионов растворенных веществ путем
переноса их через мембраны в поле постоянного электрического
тока. При наложении постоянного электрического поля на раствор
в последнем возникает движение катионов (включая ион водорода)
к отрицательно заряженному катоду, а анионов — к аноду.
Если в электродную ячейку поместить около
катода мембрану, выполненную из катионита и пропускающую
только катионы, а около анода мембрану из анионита, пропускающую
только анионы, что исключит перенос ионов Н+ и ОН- образующихся
у электродов, то объем ячейки будет разделен на три камеры.
В этом случае в катодную камеру из средней могут проходить
только катионы, движущиеся к катоду, а в анодную — только
анионы, движущиеся к аноду. Концентрация ионов в средней
камере будет уменьшаться, т.е. вода станет менее минерализованной,
а в приэлектродных камерах она будет увеличиваться. |
|
Потери напряжения на электродах
(3—4 В) существенно превышают потери на электрическое сопротивление
в мембранах и растворе (1—2 В), поэтому в трехкамерном электродиализаторе
свыше 2/3 энергии расходуется бесполезно.
Для снижения перечисленных потерь до 3—5
% применяются многокамерные электродиализаторы, состоящие
из большого числа узких камер (до 300 шт.). В крайних камерах
аппарата помещают катод и анод, изготовленные для предотвращения
их растворения из электрохимически инертного материала (титана,
покрытого платиной или ирридием). Исходная вода, поступающая
в четные камеры, теряет ионы примесей, т.е. обессоливается.
В нечетных камерах вода обогащается солями. Обессоленная
вода
и концентрат (рассол) собираются и раздельно выводятся из аппарата.
|
Внутреннее
устройство ячейки |
Ионитные мембраны, используемые
в процессе электродиализа, должны обладать высокой селективностью,
малой проницаемостью для молекул воды, хорошей электрической
проводимостью, высокой механической прочностью, химической
стойкостью, иметь длительный срок службы в промышленных условиях.
Ограничение плотности тока при электродиализе
связано с явлением концентрационной поляризации, возникающим
на ионитных мембранах. Суть этого явления заключается в том,
что движение ионов через мембрану под действием электрического
тока идет быстрее, чем в растворе, что приводит к падению
концентрации около принимающей стороны мембраны и к повышению
ее около отдающей стороны. Существует такая плотность тока,
называемая предельной, при которой концентрация переносимого
иона около принимающей стороны мембраны снижается до 0 и
начинается перенос ионов Н+ и ОН- образовавшихся при электролизе
воды. Этот процесс вызывает перерасход электроэнергии, не
снижая солесодержания воды, и приводит к изменению рН среды,
что может вызвать образование осадков на мембранах.
|
Электродиализаторы конструируются по типу фильтр-пресса
и включаются в схему водоподготовки последовательно или параллельно
в зависимости от условий применения. Чередование обессоливающих
и рассольных камер электродиализатора обеспечивается рамками-прокладками
из диэлектрика (паронита, полиэтилена и др.) толщиной 0,7—1,0 мм.
Каналы для подвода и отвода исходной воды и рассола образуются
проштампованными в рамках отверстиями. Сжатие рамок и мембран осуществляется
с помощью торцевых плит. Внутри камер укладывается гофрированная
сетка, которая дистанционирует мембраны и одновременно служит турболизатором
потока воды. Исходная вода, используемая в электродиализаторах,
требует предварительной обработки, чтобы свести к минимуму возможность
образования в камерах осадков из взвешенных частиц, подвердженных
электрокоагуляции коллоидных частиц, шлама из твердой фазы СаСО3
и Mg(OH)2. Кроме того, из воды должны быть удалены ионы железа,
марганца и органические вещества, присутствие которых приводит
к «отравлению» мембран, т.е. к снижению их электрической проводимости.
|
Требования к исходной воде, подаваемой
на электродиализатор
- электропроводность <40 mS/cm
- температура 41 - 113 °F (5 - 45 °C)
- давление 20 - 100 psi (1.4 - 7 bar)
- свободный Cl2 < 0.02 ppm Cl2
- Fe, Mn, S- < 0.01 ppm всего
- pH 4 - 10
- жесткость < 1 ppm по CaCO3
- силикаты < 1 ppm SiO2
- TOC < 0.5 ppm
|
|
