Электродиализ воды

Высокое содержание солей в воде приводит к зарастанию трубопроводов и оборудования отложениями солей магния и кальция, кроме того, постоянное употребление минерализированной воды вызывает ряд заболеваний. Для обессоливания применяют различные методы, одним из которых является электродиализ.

Обессоливание воды электродиализом

Электродиализ - один из самых экологичных и недорогих методов обессоливания, применяется с 60-х годов прошлого века. Принцип действия электродиализа для очистки воды основан на движении положительных и отрицательных ионов к электродам под воздействием электрического тока.

Простейшая электродиализная установка для обессоливания воды представляет собой трехсекционную проточную емкость с электродами в крайних камерах. Резервуар разделен 2 электродиализными мембранами, одна из которых пропускает отрицательно заряженные ионы (анионы), другая положительно заряженные (катионы).

Под воздействием электрического поля катионы и анионы из секции между мембранами в электродиализной установке переходят в крайние камеры, рядом с электродами. В результате возле электродов собираются растворы щелочей и кислот, в межмембранном пространстве остается обессоленная вода. На практике применяют многокамерные установки  электродиализной очистки воды, где резервуар разделен несколькими анионо- катиононепроницаемыми мембранами.

Преимущества очистки воды методом электродиализа

Опреснение и деминерализация воды электродиализом имеет следующие преимущества:

1. Длительный срок службы установок. Электродиализаторы воды  не имеют движущихся частей, что существенно увеличивает надежность установок. Срок службы мембран для электродиализа составляет 5-10 лет.
2. Минимальные потери воды. В циркуляционных аппаратах растворы солей поступают на повторный электродиализ. Возможно многократное повторение циклов очистки до достижения требуемого содержания солей. Основная доля потерь воды при электродиализе приходится на предварительную подготовку.
3. Низкая энергоемкость. Расходы электроэнергии на очистку 1 литра воды составляют всего 1-2 Вт.
4. Минимальные требования к качеству исходной воды. Для очистки воды по методу электродиализа достаточно фильтрации от твердых частиц и соединений, разрушающих мембрану.
5. Возможность фильтровать сильно загрязненную воду. Электродиализ широко используется для очистки промышленных стоков, в том числе для фильтрации от радиоактивных веществ.
6. Отсутствие реагентов. Для электродиализа не нужны химические реактивы, оказывающие негативное влияние на окружающую среду.

Внедрение установок электродиализа позволяет существенно снизить капитальные и текущие расходы на фильтрацию воды. Экономия достигается отсутствием затрат на реагенты, последующую нейтрализацию, снижением трат на техническое обслуживание.

Электродиализ и электродеионизация

К главным недостаткам электродиализа относится недостаточная эффективность при низком содержании электролитов. Это вызвано значительным сопротивлением воды с низким содержанием солей и необходимостью увеличивать напряжение для поддержания необходимой плотности тока.

Для устранения этого недостатка существует процесс электродеионизации, аналогичный процессы электродиализа, но в камеры для очистки воды помещают зерна ионообменных смол (так называемые ионообменные мембраны для электродиализа). При прохождении ионов через смолы, положительно и отрицательно заряженные частицы задерживаются и обмениваются на ионы водорода и ионы гидроксильной группы. При этом происходит одновременная регенерация смол за счет непрерывного образования H⁺ и OH^- при электрическом разложении воды.

Таким образом, достигается эффективная очистка воды с низким содержанием солей без увеличения энергозатрат.

Сферы применения электродиализного метода очистки воды

Электродиализ и электродеионизация применяются:

• Для получения ультрачистой и сверхчистой воды для лабораторных исследований и изготовления микроэлектроники.
• Для получения воды очищенной для фармацевтической и химической промышленности.
• Для опреснения морской воды.
• Для систем водоподготовки котельных и энергетического оборудования.
• Для очистки сточных вод.

Другие методы обессоливания и деминерализации воды

Кроме элеткродиализа и электродеионизации мы хотели бы кратко рассмотреть следующие методы обессоливания и деминерализации воды:

1. Дистиллирование. Воду выпаривают в специальных аппаратах, получившийся пар охлаждают, в результате чего он конденсируется, чистая вода стекает в приемную емкость. К недостаткам такого метода относится высокое энергопотребление, необходимость регулярно очищать первичный резервуар от накипи, высокий расход воды для охлаждения.
2. Обессоливание ионообменными фильтрами. Принцип действия этого метода основан на способности ионов кальция и магния образовывать нерастворимые соединения с ионами серной или соляной кислот. К недостаткам такого способа относятся невозможность глубокого обессоливания, необходимость регулярной регенерации и замены смолы, применение небезопасных химреактивов.
3. Обратный осмос. Для удаления солей применяют мембраны с односторонней проницаемостью, которые пропускают только молекулы воды. К недостаткам этого способа относятся необходимость предварительной подготовки воды, высокая цена мембраны. Корме того, для эффективной фильтрации требуется создавать высокое давление.

Таким образом, методы электродеионизации, обратного осмоса и электродиализа отвечают всем требованиям к современным системам фильтрации. Они не оказывают негативного влияния на экологию, просты в эксплуатации, потребляют небольшую мощность. При выборе способа очистки от солей руководствуются требованиями к воде, технической и экономической целесообразностью. Ионный обмен, обратный осмос и электродиализ - наиболее перспективные технологии очистки воды.