فناوری تصفیه آب با الکترودیالیز

الکترودیالیز (ED) فرآیندی است که از یک غشای نیمه‌تراوا و یک میدان الکتریکی جریان مستقیم برای انتقال انتخابی ذرات حل‌شونده باردار (مانند یون‌ها) از یک محلول استفاده می‌کند. این فرآیند جداسازی، با دور کردن حل‌شونده‌های باردار از آب و سایر اجزای غیرباردار، محلول‌ها را تغلیظ، رقیق، تصفیه و خالص‌سازی می‌کند. الکترودیالیز به یک واحد عملیاتی شیمیایی در مقیاس بزرگ تبدیل شده است و نقش مهمی در فناوری جداسازی غشایی ایفا می‌کند. این فرآیند کاربرد گسترده‌ای در صنایعی مانند نمک‌زدایی شیمیایی، نمک‌زدایی آب دریا، مواد غذایی و دارویی و تصفیه فاضلاب دارد. در برخی مناطق، به روش اصلی برای تولید آب آشامیدنی تبدیل شده است. این فرآیند مزایایی مانند مصرف انرژی کم، مزایای اقتصادی قابل توجه، پیش‌تصفیه ساده، تجهیزات بادوام، طراحی انعطاف‌پذیر سیستم، بهره‌برداری و نگهداری آسان، فرآیند تمیز، مصرف کم مواد شیمیایی، حداقل آلودگی زیست‌محیطی، طول عمر بالای دستگاه و نرخ بالای بازیابی آب (معمولاً از 65٪ تا 80٪) را ارائه می‌دهد.

تکنیک‌های رایج الکترودیالیز شامل الکترودیونیزاسیون (EDI)، الکترودیالیز معکوس (EDR)، الکترودیالیز با غشاهای مایع (EDLM)، الکترودیالیز دمای بالا، الکترودیالیز نوع غلتکی، الکترودیالیز غشایی دوقطبی و موارد دیگر است.

الکترودیالیز می‌تواند برای تصفیه انواع مختلف فاضلاب، از جمله فاضلاب آبکاری و فاضلاب آلوده به فلزات سنگین، مورد استفاده قرار گیرد. می‌توان از آن برای استخراج یون‌های فلزی و سایر مواد از فاضلاب استفاده کرد و امکان بازیابی و استفاده مجدد از آب و منابع ارزشمند را فراهم کرد و در عین حال آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد. مطالعات نشان داده‌اند که الکترودیالیز می‌تواند مس، روی و حتی Cr3+ را در طول تصفیه محلول‌های غیرفعال‌سازی در فرآیند تولید مس، بازیابی کند و اکسید Cr3+ را به Cr6+ تبدیل کند. علاوه بر این، الکترودیالیز با تبادل یونی برای بازیابی فلزات سنگین و اسیدها از فاضلاب اسیدشویی در کاربردهای صنعتی ترکیب شده است. دستگاه‌های الکترودیالیز با طراحی ویژه، که از رزین‌های تبادل آنیونی و کاتیونی به عنوان پرکننده استفاده می‌کنند، برای تصفیه فاضلاب فلزات سنگین استفاده شده‌اند و به بازیافت حلقه بسته و تخلیه صفر دست یافته‌اند. الکترودیالیز همچنین می‌تواند برای تصفیه فاضلاب قلیایی و فاضلاب آلی استفاده شود.

تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه کلیدی ایالتی کنترل آلودگی و استفاده مجدد از منابع در چین، تصفیه فاضلاب شستشوی قلیایی حاوی گاز انتهایی کلرزنی اپوکسی پروپان را با استفاده از الکترولیز غشای تبادل یونی بررسی کرد. هنگامی که ولتاژ الکترولیز 5.0 ولت و زمان گردش 3 ساعت بود، میزان حذف COD فاضلاب به 78٪ و میزان بازیابی قلیایی به 73.55٪ رسید که به عنوان یک پیش تصفیه موثر برای واحدهای بیوشیمیایی بعدی عمل می‌کند. فناوری الکترودیالیز همچنین برای تصفیه فاضلاب اسید آلی پیچیده با غلظت بالا، با غلظت‌های بین 3٪ تا 15٪، توسط شرکت پتروشیمی شاندونگ لوهوا استفاده شده است. این روش هیچ گونه باقیمانده یا آلودگی ثانویه‌ای ایجاد نمی‌کند و محلول غلیظ به دست آمده حاوی 20٪ تا 40٪ اسید است که می‌تواند بازیافت و تصفیه شود و میزان اسید موجود در فاضلاب را به 0.05٪ تا 0.3٪ کاهش دهد. علاوه بر این، شرکت پتروشیمی سینوپک سیچوان از یک دستگاه الکترودیالیز تخصصی برای تصفیه فاضلاب میعانات گازی استفاده کرد و به حداکثر ظرفیت تصفیه ۳۶ تن در ساعت دست یافت، در حالی که محتوای نیترات آمونیوم در آب تغلیظ شده به بالای ۲۰ درصد و نرخ بازیابی بیش از ۹۶ درصد رسید. آب شیرین تصفیه شده دارای کسر جرمی نیتروژن آمونیوم کمتر یا مساوی ۴۰ میلی‌گرم در لیتر بود که مطابق با استانداردهای زیست‌محیطی است.