مقدمه
در چند دهه گذشته بحران آب و نیاز به تهیه آب شیرین و فوق العاده خالص در صنایع مختلف باعث ظهور تکنولوژی های نوین در صنعت تصفیه آب و فاضلاب شد. در همین راستا مطالعات زیادی برروی صنایعی همچون رزین های تعویض یونی ، الکترودیالیز و اسمز معکوس انجام شده است که ما در این نوشته قصد تشریح فرآیند الکترودیالیز (ED) و معرفی پکیج تصفیه آب به روش الکترودیالیز گروه اوژن را خواهیم داشت.
الکترودیالیز (ED)
کمتر از ربع قرن است که الکترودیالیز به عنوان یک روش صنعتی برای تصفیه آب در جهان مطرح شده است. در الکترودیالیز از غشاهایی استفاده می شود که طبیعتی همانند رزین های تعویض یونی دارند. رزین های تعویض یونی به صورت دانه ای هستند امل غشاها به صورت صفحه ای بوده و مقاومت مکانیکی خوبی هم دارند.
اگر گروه یونی غشاء دارای بار منفی باشد آن را غشاء کاتیونی می گویند. غشاهای کاتیونی نسبت به کاتیون تراوا می باشند یعنی فقط کاتیون ها می توانند از غشاء عبور کنند.
اما اگر گروه یونی غشاء دارای بار مثبت باشد آن را غشاء آنیونی می گویند .فقط آنیون ها می توانند از غشاء آنیونی عبور کنند.
اصول کار پکیج تصفیه آب به روش الکترودیالیز
همانطور که در شکل مشاهده می شود بین آند و کاتد تعدادی غشاهای آنیونی و کاتیونی به ترتیب قرار داده می شود. اگر و کاتد به یک برق مستقیم وصل شوند ، اختلاف ولتاژ آند و کاتد باعث می شود که کاتیون ها به طرف کاتد و آنیون ها به طرف آند حرکت کنند. فضای شامل دو غشاء غیر همنام (آنیونی و کاتیونی) را یک سل می نامند.
اگر سل شامل غشاهای ۱ و ۲ را درنظر بگیریم، کاتیون باید به سمت راست حرکت کند. در طرف راست این سل غشاء آنیونی است که یون مثبت نمی تواند از آن عبور کند. بنابراین کاتیون ها در سل باقی می مانند . از طرفی آنیون های این سل باید به طرف آند حرکت کنند ولی در طرف چپ با غشاء کاتیونی برخورد می کنند که به آنیون ها اجازه عبور نمی دهد، بنابراین از یون های آب خام ورودی به این سل نه فقط هیچ یونی کم نمی شود، بلکه آنیون های سل مجاور یعنی سل شامل غشاهای ۲ و ۳ وارد سل مجلور می شود.
اگر سل شامل غشاهای ۲ و ۳ درنظر گرفته شود مشاهده می شود که آنیون های آب داخل این سل به طرف چپ حرکت می کنند و چون غشاء ۲ آنیونی است و بالطبع آنیون ها را از خود عبور می دهد پس آنیون ها وارد محلول سل مجاور می شوند و به همین صورت کاتیون های این سل به سمت راست حرکت کرده و با غشاء کاتیونی برخورد می کنند که می توانند از آن غشاء عبور کرده و وارد محلول سل مجاور شوند.
نکات قابل توجه در الکترودیالیز (ED)
- عامل تصفیه جریان برق مستقیم است.
- هرچه فاصله سل کمتر باشد مقاومت الکتریکی کمتر می شود و درنتیجه در هزینه برق صرفه جویی می شود.
- هرچه فاصله سل ها کمتر باشد برای تصفیه مقدار معینی آب به تعداد سل های بیشتری نیاز است . در عمل یک دستگاه الکترودیالیز ممکن است تا ۵۰۰ جفت سل داشته باشد.
- هرچه تعداد یون های آب تصفیه شده کمتر باشد مقاومت الکتریکی بیشتر می شود و هزینه برق افزایش می یابد بنابراین تهیه آب کاملا خالص و بدون یون با الکترودیالیز غیراقتصادی می باشد.
- در الکترودیالیز فقط می توادن یون های آب را کاهش داد ، بنابراین ذرات معلق بدون بار یا رنگ آب را نمی توان تصفیه کرد.
- شدت جریان لازم بستگی به تعداد یون های عبوری دارد.
حداکثر جریان الکترودیالیز (ED)
دو عامل اصلی موثر برروی حداکثر جریان عبارتند از:
- غلظت یون ها در آب تصفیه شده
- پدیده پلاریزاسیون غلظتی
کاربردهای الکترودیالیز (ED) در تصفیه آب
مهمترین کاربرد الکترودیالیز ، شیرین کردن آبهای نیمه شور است.
تا سال ۱۳۷۳ شمسی ، بیش از ۲۰۰۰ واحد الکترودیالیز در جهان با ظرفیت بیش از یک میلیون مترمکعب در روز در حال کار بودند. اما هم اکنون برای تهیه آب تغذیه بویلرها و نیز تصفیه فاضلاب های صنعتی هم از الکترودیالیز استفاده می شود. از الکترودیالیز برای تغلیظ آب شور دستگاه اسمز معکوس نیز استفاده می شود زیرا یکی از ویژگی های الکترودیالیز این است که می توان آب شور را تا ۲۰% وزنی تغلیظ کرد بدون آن که بالا بودن غلظت نمک روی هزینه فرآیند اثر محسوسی داشته باشد. از این ویژگی الکترودیالیز همچنین در تهیه نمک طعام نیز استفاده می شود.
اخیرا با استفاده از روش تلفیقی الکترودیالیز و بستر رزین های تعویض یونی موفق به تولید آب فوق العاده خالص شده اند که با استفاده از الکترودیالیز عملا نیازی به استفاده از مواد شیمیایی برای احیاء بستر رزین نیست.
