ЗАГРУЗКА САЙТА
Х

Принцип действия электродиализных аппаратов

Электродиализная технология обессоливания воды основана на том, что в электрическом поле катионы растворенных в воде солей движутся к погруженному в обессоливаемую воду катоду, а анионы - к аноду. Однако если в раствор электролита (в простейшем случае - в раствор хлорида натрия) поместить электроды и подсоединить их к источнику питания постоянного тока, то при прохождении тока обессоливания воды не произойдет, так как продукты электродных реакций на катоде и аноде в растворе будут взаимодействовать между собой. Для обессоливания воды необходимо разделение межэлектродного пространства полупроницаемыми (т.е. проницаемыми только для ионов одного знака — ионоселективными) мембранами. При этом плоскости мембран должны быть перпендикулярны направлению электрического поля.

Самым простым электродиализным аппаратом является 3-камерная (или 3-ячеечная) конструкция, в которой пространство между катодом и анодом разделено катионитовой и анионитовой мембраной на 3 части, причем катионитовая мембрана размещена со стороны катода, а анионитовая со стороны анода. Если в камеры аппарата направить обессоливаемую воду, содержащую, например, катионы натрия, кальция и магния и анионы хлора, сульфатов и бикарбонатов, и подсоединить электроды к источнику питания постоянного тока, то катионы под воздействием электрического поля будут переходить из средней камеры через катионитовую мембрану в приэлектродную - камеру католита, а анионы - через анионитовую мембрану - в камеру анолита. При этом в средней камере вода будет обессоливаться. Ионы, перешедшие в приэлектродное пространство, разряжаются на электродах с образованием на катоде газообразного водорода, а на аноде - газообразного кислорода и хлора. В камере католита накапливаются гидроксиды металлов, а в камере анолита - растворы кислот.

Для повышения производительности электродиализных аппаратов и снижения затрат электроэнергии на обессоливание воды электродиализные аппараты собирают из большого количества камер. При этом камеры обессоливания и концентрирования могут включаться все параллельно по ходу потока воды или последовательно по несколько соединенных параллельно камер.

Основным элементом электродиализных аппаратов являются ионитовые мембраны. Для промышленных аппаратов большой производительности используют, как правило, гетерогенные ионитовые мембраны. Они получаются формованием в листы смеси порошков ионита и полиэтилена. Для обеспечения механической прочности мембран их поверхность армируется капроновой или лавсановой сеткой. В зависимости от типа используемого при формировании мембран ионита получают катионитовые или анионитовые мембраны. Ионитовые мембраны по своим физико-химическим показателям можно представить как полупроводники второго рода. Обладая большой плотностью фиксированных зарядов, мембраны способны пропускать по направлению электрического поля только ионы одного знака. Катионитовые мембраны имеют отрицательный заряд, а анионитовые мембраны — положительный заряд фиксированных ионов и в идеальном случае первые способны пропускать только катионы, а вторые — только анионы. По техническим условиям разработчика ионитовых мембран температура обрабатываемой воды, поступающей в электродиализные аппараты, не должна превышать 40 °С.

Производительность электродиализных аппаратов по количеству удаляемых в них солей при данной минерализации исходной воды зависит от плотности тока, протекающего через мембраны. Плотность тока зависит от солесодержания обессоливаемой воды, интенсивности турбулизации потока, толщины камер, электрического сопротивления мембран. Последнее определяется кроме интенсивности доставки ионов к их поверхности (определяемое солесодержанием воды и степенью турбулизации потока) плотностью электрических зарядов в структуре мембран и их толщиной. Блокирование фиксированных зарядов в мембранах малоподвижными высокозарядными ионами или коллоидными частицами (Fe3+, Аl3+, Мп4+, nSiO2 •mH2О, гуминовые и фульвокислогы) повышает электрическое сопротивление мембран и снижает эффективность процесса электродиализного обессоливания воды. Поэтому предъявляются требования к качеству обрабатываемой воды для обеспечения стабильной работы электродиализных аппаратов. Так, по отдельным составляющим не должны превышаться следующие концентрации загрязнений в воде: железо - 50 мкг/кг, марганец - 50 мкг/кг, взвешенные вещества - 2 мг/кг, перманганатная окисляемость -- 3 мгО2/кг и активный хлор - отсутствие.