Вопрос 75

Диализ и электродиализ. Применение в очистке природных и сточных вод. Устройство и расчет электродиализатора.

Ответ:

Диализ — освобождение коллоидных растворов и растворов высокомолекулярных веществ от растворённых в них низкомолекулярных соединений при помощи полупроницаемой мембраны. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а неспособные диализировать (проходить через мембрану) коллоидные частицы остаются за ней.

Электродиализ - процесс мембранного разделения, в котором ионы растворенного вещества переносятся через мембрану под действием электрического поля. Движущей силой процесса является градиент электрического потенциала. Под действием электрического поля катионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду). Анионы движутся по направлению к положительно заряженному электроду (аноду). Электрическое поле не оказывает влияния на незаряженные молекулы. При использовании проницаемых для ионов неселективных мембран можно разделять электролиты и неэлектролиты. Применяя катионообменные или анионообменные мембраны, при помощью электродиализа можно повысить или понизить концентрацию раствора электролита. Матрица анионообменной мембраны имеет катионные группы. Заряд катионов нейтрализован зарядом подвижных анионов, находящихся в порах мембраны. Анионы раствора электролита могут внедряться в матрицу мембраны и замещать первоначально присутствующие в ней анионы. Проникновению в мембрану катионов препятствуют силы отталкивания их фиксированными в матрице мембраны катионами.

Электродиализ применяется для обессоливания природных (например, морских) вод, при очистке производственных стоков, а так же с целью утилизации кислот и щелочей.

Электродиализ применяется для обессоливания сточных вод гальванического производств (гальванических стоков). Также мембранный электролиз используется для концентрирования сточных вод, содержащих ценные компоненты (например, драгоценные металлы), перед последующим извлечением этих компонентов. По сравнению с обратным осмосом электродиализ имеет то преимущество, что позволяет использовать термически и химически более стойкие мембраны, поэтому процесс электродиализа может осуществляться при повышенных температурах, а также при очень малых или наоборот больших значениях pH раствора. Ограничением в применении электродиализа для очистки стоков гальванического производства является невозможность удалить незаряженные компоненты, которые также присутствуют в сточных водах.

Солесодержание очищаемой воды может составлять несколько г-экв/л.

Электродиализом удаляются только ионы, а недиссоциированные молекулы, коллоиды и ГДП остаются в очищенной воде.

Электродиализатор состоит из нескольких разделенных ионитовыми мембранами камер, образующих ячейки. Каждая ячейка включает диализную и смежные с ней рассольную или электродную камеры. Ширина камер (расстояние между диафрагмами) 1…2 мм. Ионитовые (катионовые и анионовые) мембраны толщиной менее 1 мм изготавливаются из порош­ков ионообменных смол и полимерного вяжущего. Поскольку каркас катионитовой мембраны заря­жен отрицательно, а анионитовой – положительно, первые пропускают только катионы и отталкивают анионы, а вторые, наоборот, пропускают анионы и отталкивают катионы. При положительном заряде слоя он пропускает только катионы и задерживает анионы, при отрицательном – пропускает анионы и задерживает катионы. При создании разности потенциалов и прохождении через воду, являющуюся проводником второго рода, постоянного электрического тока, начинается направленное движение ионов. Ионы, попавшие в рассольные камеры, окажутся в них «запертыми», а в электродных камерах будет происходить деполяризация (разрядка) ионов. В результате электродных реакций выделяются газы и образуются осадки гидроксидов металлов, кислоты и щелочи.

Из камер очищенной воды (диализата) и рассольных камер раздельно отводят очищенную воду и рассол, концентрация которого ограничивается условиями кристаллизации.

Электродиализатор рассчитывается в такой последовательности:

1. определяются параметры исходного раствора и очищенной воды

2. определяются параметры потока

3. определяется количество камер

4. определяются параметры мембран

5. определяются параметры подаваемого электрического тока

6. определяется расход электроэнергии