تصفیه آب به روش الکترودیالیز

با توجه به کمبود آب در جهان روش های متعددی برای جداسازی نمک های محلول از آب های لب شورو آب دریاها ارائه شده است که از این بین می توان به روش های غشایی شامل: الکترودیالیز و اسمز معکوس اشاره کرد.

دستگاه الکترودیالیز:

یک دستگاه الکترودیالیز(EDI)متشکل از چند جزء اصلی می باشد که شامل: غشا یا ممبران های آنیونی و کاتیونی، الکترودها و جداکننده های پلیمری می باشند.

غشاها:

بصورت صفحات متخلخلی هستند که از رزین های تعویض یونی تشکیل شده و نوع یون های عبوری از آن ها قابل انتخاب شدن می باشد.

ویژگی های غشاها در دستگاه الکترودیالیز:

• غیر قابل نفوذ بودن در برابر آب تحت فشار
• قابلیت عبور یون به صورت انتخابی (مثبت یا منفی)
• هدایت جریان الکتریکی
• پایداری در محلول آبی
• پایداری دمایی در بالاتر از ۴۵ درجه سلسیوس
• پایداری در برابر فشار اسمزی
• مقاوم در برابر انواع رسوبات و لجن‌ها

الکترودها:

جنس الکترودهای مورد استفاده در دستگاه الکترودیالیز از جنس تیتانیوم یا نیوبیوم با روکشی از پلاتین یا پالادیوم می باشد.

جداکننده های پلیمری:

غشاها توسط جداکننده‌های پلیمری از یکدیگر مجزا می شوند. به طور معمول ضخامت این توری ها در بین فضای بین غشاها نیم میلی متر و در کنار الکترودها یک میلی متر است.

روش الکترودیالیز:

در روش الکترودیالیز یک سری مجاری آب وجود دارد که توسط غشاهای ممبرانی آنیونی و کاتیونی از هم جدا می شوند. از آنجا که اساس این روش جداسازی ذرات باردار می باشد، لذا در آن فقط ذرات باردار از آب جدا می شوند. در الکترودیالیز، کاتیون ها و آنیون­های آب شور به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می­کنند. لذا در هنگام حرکت یون ها به سمت الکترودها ممبران های کاتیونی مانع حرکت کاتیون ها شده و ممبران های آنیونی نیز مانع حرکت آنیون­ها می شوند. از همین رو به صورت یک در میان ممبران­های آنیونی و کاتیونی قرار گرفته و به صورت یک در میان آب شیرین و زه آب شور در بین ممبران ها تشکیل می شود. هرچه آب دارای املاح بیشتری باشد، انرژی موردنیاز نیز بیشتر خواهد بود.

شماتیک تصفیه آب به روش الکترودیالیز

مزایای روش:

اگر نگهداری یک سیستم ممبران مناسب باشد ممبران ها خواهند توانست حدود 12 تا 15 سال کار کنند. برای رفع گرفتگی ممبران ها نیز سیستم جدید الکترودیالیز برگشتی توسعه یافته است که در آن قطب های مثبت و منفی به تناوب عوض می شود.

مهم ترین مزایای این روش عبارتند از:

• کار کردن با کمترین گرفتگی ممبران ها
• فشار کم مورد نیاز
• عدم تاثیرپذیری توسط ترکیبات غیریونی
• نیاز به پیش تصفیه کمتر نسبت بهRO

درصد تبدیل آب خام به آب تصفیه شده در الکترودیالیز حدود 90درصد می باشد. یعنی 90درصد آب ورودی یون زدایی شده و یون ها در 10 درصد باقی مانده تجمع پیدا می کنند که این فاضلاب تولیدی باید به نحوی مناسب دفع گردد. چون ممکن است اثرات زیست محیطی نامطلوبی داشته باشد.

مشکلات و معایب:

باتوجه به اینکه جنس غشاها در فرایند الکترودیالیز از جنس رزین های تبادل یون می باشد که معمولا به شکل صفحاتی به طول یک متر به کار می روند( رزین های تبادل یون، ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان یون یون مطلوب با بار مشابه جایگزین کنند) لذا خواص آن ها با غلظت محیط و دما و حتی نوع یون دستخوش تغییر می­گردد که این امر موجب تغییر در میزان کارایی غشاها می شود. هم چنین به علت ایجاد سوراخ های سوزنی در غشا، خاصیت انتخاب گری غشاها تغییر کرده و مثلا تعدادی از آنیون ها از غشا کاتیونی عبور کرده یا بالعکس.

این فرایند فقط قادر به حذف مواد معدنی محلول بوده و از طرفی یکی از مشکلات این روش خطر رسوب روی ممبران ها است. لذا آب باید مراحل پیش تصفیه را گذرانده باشد و فاقد هرگونه مواد جامد معلق باشد.

فرایند الکترودیالیز سیستم مدرنی بوده و نیاز به نگهداری و نظافت ماهرانه دارد.

برای تصفیه آب هایی باTDSبالاتر از 500ppmمناسب نمی باشد. و نیز در این روش نیاز به جریان مستقیم با ولتاز بالایی دارد.

آب های دارای سولفات بالا در این روش به سختی تصفیه می گردند.

نکات مهم در طراحی و بهره برداری سیستم:

دمای آب ورودی نباید از 10 درجه سانتی گراد کمتر و از 45 درجه سانتی گراد بیشتر باشد.

حدمجاز آهن در آب ورودی حدود 0.2ppmباشد. زیرا بیشتر از این مقدار باعث افزایش مقاومت الکتریکی غشاها و موجب کاهش کیفیت تولیدی آب و تغییر در ولتاژ و آمپر مورد استفاده می شود.

وجود کلرین و هیدروژن سولفاید در آب ورودی موجب آسیب دیددگی جدی سیستم و غشاها می گردد.

در سیستم‌های پیشرفته باید در فاصله هر ۱۵ دقیقه محل قطب کاتد و آند جابجا شده و به طور اتوماتیک از رسوب روی الکترودها و گرفتگی غشاها کاسته شود.

حداقل فشار سیستم 15atmو حداکثر فشار 1.5atm  طراحی می شود.

جهت کنترل کیفیت آب تولیدی دستگاه اندازه گیری هدایت الکتریکی در قسمت خروجی آب تصفیه شده نصب می شود.

درصورت توقف بیش از سی دقیقه در سیستم های الکترودیالیز که به شیوه های دستی یا اتوماتیک عمل می نمایند لازم است هر 4 الی 8 دقیقه آبکشی شوند تا نمک های باقی مانده تخلیه شوند و از ایجاد رسوب روی غشاها جلوگیری شود.

منبع:

کنگره علوم مهندسی آب و فاضلاب ایران

مقایسه روش های اسمز معکوس و الکترودیالیز در تصفیه آب