در سال‌های گذشته فناوری‌های الکترودیالیز تبدیل به یک فناوری جداسازی ویژه شده است. علت اصلی گسترش این فناوری، عدم استفاده از مواد شیمیایی و در عین حال استفاده از انرژی نسبتا کم و سادگی فرایند است. در این مقاله از دانشنامه شفا به بررسی فناوری الکترودیالیز می‌پردازد.
به طور سنتی در تولید آب با خلوص بالا از ترکیبی از فرآیندهای جداسازی غشایی و تبادل یونی استفاده می‌شود. EDI ترکیبی از فناوری غشائی نیمه‌نفوذپذیر با واسط‌های تبادل یونی است که یک فرآیند مینرال‌زدایی با بازده بالا را فراهم می‌کند.
الکترودیالیز از جریان الکتریکی و غشاهای ویژه نیمه نفوذپذیر به یون‌ها بر اساس بار آنها، جریان الکتریکی و قابلیت کاهش یون‌ها بر اساس بار آنها استفاده می‌کند.
غشاها کاتیون یا آنیون انتخابی است که یا یون‌های مثبت یا یون‌های منفی از طریق آن عبور می‌کنند. غشاهای انتخابی کاتیونی، پلی الکترولیت‌هایی با مواد با بار منفی است که مانع عبور یون‌های با بار منفی می‌شود و به یون‌های دارای بار مثبت اجازه عبور می‌دهد.
با قرار دادن غشاهای متعدد در یک ردیف که به طور متناوب اجازه عبور یون‌های با بار مثبت یا منفی را می‌دهد، می‌توان یون‌ها را از فاضلاب خارج کرد.
در بعضی از ستون‌ها تمرکز یون‌ها اتفاق می‌افتد و در ستون‌های دیگر یون‌ها حذف می‌شوند. جریان غلیظ آب شور تا زمانی که به مقداری برسد که باعث ریزش شود، سیرکوله می‌شود. در این مرحله جریان تخلیه می‌شود.
از این روش برای جدا کردن یون‌ها از آب استفاده می‌شود. ذراتی که بار الکتریکی ندارند، حذف نمی‌شوند.
غشا انتخابی کاتیون از پلی استایرن سولفوناته تشکیل شده است، در حالی که غشاهای انتخابی آنیونی از پلی استایرن با آمونیاک چهارتایی تشکیل شده است.
در الکترودیالیز یک پتانسیل الکتریکی اجزای باردار آبی را جابه‌جا و جدا می‌کند. جریان الکتریکی برای بازسازی مداوم رزین استفاده می‌شود و نیاز به بازسازی دوره‌ای را از بین می‌برد.
فرایند EDI با استفاده از كمتر از 95 درصد از محصولات شیمیایی مورد استفاده در فرآیندهای تبادل یونی معمولی، آب فرایند صنعتی را با خلوص بسیار بالا تولید می‌كند. با استفاده از غشاهای سیستم EDI و برق، میلیون‌ها گالن اسید و مواد شیمیایی سوزآور که فرآیندهای قدیمی به طور روزانه به آن نیاز داشتند، جایگزین می‌شوند.
بعضی اوقات قبل از الکترودیالیز پیش تصفیه لازم است. مواد جامد معلق با قطر بیش از 10 میکرون باید حذف شوند وگرنه منافذ غشایی را پر می‌کنند. همچنین موادی مانند آنیون‌های بزرگ آلی، کلوئیدها، اکسیدهای آهن و اکسید منگنز وجود دارد که قادرند غشا را خنثی کنند که اثر انتخابی غشا را مختل می‌کنند.
روش‌های پیش تصفیه برای پیشگیری از این اثرات، فیلتراسیون کربن فعال (برای مواد آلی)، لخته‌سازی (برای کلوئیدها) و روش‌های فیلتراسیون است.
یک EDI دارای ساختار اساسی یک محفظه دیونیزاسیون است. محفظه حاوی یک رزین تبادل یونی است که بین یک غشای تبادل کاتیونی و یک غشای تبادل آنیونی قرار گرفته است. یون‌ها فقط می‌توانند از غشا عبور کنند و از عبور آب جلوگیری می‌شود.
هنگامی که جریان وارد محفظه رقیق شده پر از رزین می‌شود، چندین فرآیند انجام می‌شود. یون‌های قوی توسط رزین‌های مخلوط از جریان خوراک بیرون می‌آیند. تحت تاثیر میدان جریان مستقیم قوی در عبور از اجزا، یون‌های باردار از رزین خارج شده و به سمت الکترودهای دارای بار مخالف متناوب کشیده می‌شوند. به این ترتیب این گونه‌های یونی قوی باردار به طور مداوم جدا و به محفظه‌های تغلیظ منتقل می‌شوند.
همچنان که یون‌ها به سمت غشا می‌روند، می‌توانند از داخل محفظه تغلیظ عبور کنند اما نمی‌توانند به الکترود برسند. آنها توسط غشای پیوسته شامل رزین با بار مشابه مسدود می‌شوند.
از آنجایی که یون‌های قوی از جریان فرآیند خارج می‌شوند، هدایت جریان کاهش می‌یابد. پتانسیل الکتریکی قوی اعمالی، آب را در سطح رزین تجزیه و یون‌های هیدروژن و هیدروکسیل تولید می‌کند. این یون‌ها به عنوان عوامل احیا کننده مداوم رزین تبادل یونی عمل می‌کنند.
این رزین‌های بازسازی شده، یونیزه‌کردن گونه‌های آبی خنثی یا یونیزه شده ضعیف مانند دی اکسید کربن یا سیلیس را امکان‌پذیر می‌سازند. پس از یونیزاسیون، حذف از طریق جریان مستقیم و غشای تبادل یونی دنبال می‌شود.
واکنش‌های یونیزاسیون که در رزین به شکل هیدروژن یا هیدروکسید برای از بین بردن ترکیبات یونیزه شده ضعیف اتفاق می‌افتد در زیر آمده است:
–CO2 + OH– ==> HCO3
-HCO3– + OH– ==> CO32
–SiO2 + OH– ==> HSiO3
–H3BO3 + OH– ==> B(OH)4
+NH3 + H+ ==> NH4
کاربردهای الکترودیالیز
EDI برای هر کاربردی که مستلزم حذف مداوم و اقتصادی ناخالصی‌های آب بدون استفاده از مواد شیمیایی خطرناک باشد، مفید است. برخی از نمونه کاربردها عبارتند از:
واحدهای EDI بسیار قابل اطمینان عمل می‌کنند به طوری که آبی با خلوص بالا را برای هر دو منبع تغذیه دیگ بخار نیروگاه‌ها یا شست وشوی میکروچیپ‌ها فراهم می‌کنند. آب تولید شده مشخصه‌های آب با خلوص بسیار بالا را دارد.
EDI به عنوان جایگزینی برای روش‌های سنتی‌تر تبادل یونی، در زمینه انرژی و کارایی در تصفیه آب با خلوص بالا بسیار پیشرفت کرده است. با حذف نیاز به بازسازی دوره‌ای رزین تبادل یونی، مزایای زیست محیطی با حذف دستکاری و فراوری اسید و مواد شیمیایی سوز آور که به سایت آورده می‌شوند نیز محقق می‌شود.
برخی از مزایای EDI در مقایسه با سیستمهای معمولی مبادله یونی عبارتند از:
EDI را نمی‌توان برای آب با سختی بالاتر از 1 استفاده کرد، زیرا کربنات کلسیم به بخش تجمع و غلیظ آسیب زده و عملکرد را محدود می‌کند. برای استفاده در آبهای با سختی بالا نیاز به فرایند پیش تصفیه و خالص سازی دارد.
دی اکسید کربن آزادانه از غشای RO عبور می‌کند و باعث تجزیه و بالا رفتن هدایت آب می‌شود. هر گونه‌ی یونی تشکیل شده از گاز دی اکسید کربن مقاومت خروجی آب تولید شده توسط EDI را کاهش می‌دهد. مدیریت CO2 در آب به طور معمول به یک یا دو روش صورت می‌گیرد: می‌توان pH آب را تنظیم کرد تا غشای RO بتواند مانع عبور گونه‌های یونی شود یا کربن دی اکسیده شده را با استفاده از گاز از آب خارج کند.
شبکه عرضه و تقاضا فناوری آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، با معرفی و شناسایی روش‌های الکتروغشایی، راه را در راستای بهبود و ارتقا کیفیت منابع آبی، هموار کند.
