5.5. Электродиализ

Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод методом электродиализа используют электрически активные ионитовые мембраны.

Указанный процесс используют для опреснения соленых вод, а также очистки промышленных сточных вод и отработанных технологических растворов.

Ионитовая мембрана, помещенная в электролизную ванну, действует как ионитный фильтр: она проницаема только для ионов, имеющих заряд того же знака, что и подвижные (обменные) ионы ионообменной смолы, из которых изготовлена мембрана. Различают два типа ионитовых мембран: катионитовые и анионитовые. Первые из них пропускают через себя лишь катионы, вторые – анионы. Следует подчеркнуть, что ионитовые мембраны не требуют специальной регенерации. Основные свойства отечественных ионитовых мембран представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Основные свойства ионитовых мембран

Марка	Толщина, мм	Ионообмен- ная емкость ммоль/г	Селектив- ность в р-ре NaCl концентрации 0,1 моль/л	Электрическое сопротив- ление, Ом/см2		Прочность на разрыв, МПа
				удельное	поверхност- ное
Анионитовые мембраны
МА-40 МА-100 А-4 РМА	0,5-0,7 0,3 0,6 0,1	3-4,4 2-2,3 3,5 5	0,94 0,97 0,93 0,96	200-250 150-180 - 104	12-17 3,5-6 - 1	12-13 12-14 - 8
Катионитовые мембраны
МК-40 МК-100 К-2 РМК-10	0,4-0,7 0,3 0,6-0,7 0,3	2,3-2,5 2,5-2,8 2 1,9	0,96 0,97 0,96 0,86	180-203 120-150 - 208	9,8-16,2 2,4-5 - 6,3	12-15 12-15 - 13

Процесс очистки сточных вод осуществляется в многокамерных аппаратах (электродиализаторах), в которых плоские мембраны расположены параллельно (рис. 5.10, 5.11).

Процесс электродиализа осуществляется следующим образом. Катионы, двигаясь под действием электрического тока к катоду, проходят катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми мембранами. Анионитовые мембраны пропускают анионы, направляющиеся к аноду, но являются преградами для катионов. В результате протекания этого процесса соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных камерах опресняется, а в нечетных рассольных камерах накапливаются соли. Так происходит процесс очистки воды от присутствующих в ней солей.

Рис. 5.10. Схема процесса электродиализа (цифры в кружках – номера камер):

А – анионитовые мембраны; K – катионитовые мембраны; 1 – выход газообразного водорода; 2 – подача сточной воды; 3 – выход газообразных кислорода и хлора; 4 – выпуск обессоленной воды; 5 – выпуск концентрированного рассола

Различают электродиализаторы двух типов: прокладочные (ЭДУ-50, ЭХО-М-5000×200, «Родник-3»), которые имеют горизонтальную ось электрического поля и пропускную способность 2-20 м³/ч, а также лабиринтного типа (Э-400М, ЭДУ-2, ЭДУ-1000, АЭ-25), имеющие вертикальную ось электрического поля (пропускная способность 1-25 м³/ч).

Рис. 5.11. Схема циркуляционной электродиализной установки непрерывного действия: 1 – подача сточной воды; 2 – рабочие баки; 3 – бак для рассола; 4 – выпуск рассола; 5 – выпуск дилюата; 6 – электродиализатор; 7 – подача рециркуляционного рассола; 8 – насосы; 9 – подача смеси рециркуляционной и сточной воды; 10 – выпуск рассола из электродиализатора; 11 – выпуск обессоленной воды

В практике обессоливания и очистки воды применяют следующие типы установок: прямоточные, циркуляционные (порционные), циркуляционные непрерывного действия и установки с аппаратами, имеющими последовательную гидравлическую систему движения потоков в рабочих камерах.

В циркуляционных электродиализных установках непрерывного действия (см. рис. 5.11), часть сточной воды непрерывно смешивается с частью не полностью обессоленной воды (дилюата), проходит через электродиализатор и направляется в резервуар очищенной воды.

Разработаны электродиализные методы регенерации хромовой кислоты из отработанных концентрированных растворов и электролитов, выделение кислот (серной, азотной, соляной, фосфорной и плавиковой) из отработанных травильных и полировочных растворов, едкой щелочи из отработанных травильных растворов. Указанным методом возможно выделение из сточных вод и ряда металлов (нпример, меди).