טכנולוגיית טיפול במים באלקטרודיאליזה

אלקטרודיאליזה (ED) היא תהליך המשתמש בקרום חדיר למחצה ובשדה חשמלי זרם ישר כדי להעביר באופן סלקטיבי חלקיקים מומסים טעונים (כגון יונים) מתמיסה. תהליך הפרדה זה מרכז, מדלל, מזקק ומטהר תמיסות על ידי הפניית מומסים טעונים הרחק מהמים ומרכיבים אחרים שאינם טעונים. אלקטרודיאליזה התפתחה לפעולה כימית בקנה מידה גדול וממלאת תפקיד משמעותי בטכנולוגיית הפרדת ממברנות. היא מוצאת יישומים נרחבים בתעשיות כגון התפלה כימית, התפלת מי ים, מזון ותרופות וטיפול בשפכים. באזורים מסוימים, היא הפכה לשיטה העיקרית לייצור מי שתייה. היא מציעה יתרונות כגון צריכת אנרגיה נמוכה, יתרונות כלכליים משמעותיים, טיפול מקדים פשוט, ציוד עמיד, תכנון מערכת גמיש, הפעלה ותחזוקה קלים, תהליך נקי, צריכת כימיקלים נמוכה, זיהום סביבתי מינימלי, אורך חיים ארוך של המכשיר ושיעורי התאוששות מים גבוהים (בדרך כלל נעים בין 65% ל-80%).

טכניקות אלקטרודיאליזה נפוצות כוללות אלקטרודיוניזציה (EDI), היפוך אלקטרודיאליזה (EDR), אלקטרודיאליזה עם ממברנות נוזליות (EDLM), אלקטרודיאליזה בטמפרטורה גבוהה, אלקטרודיאליזה מסוג גליל, אלקטרודיאליזה של ממברנה דו-קוטבית ואחרות.

אלקטרודיאליזה יכולה לשמש לטיפול בסוגים שונים של שפכים, כולל ציפוי אלקטרוליטי של שפכים ושפכים מזוהמים במתכות כבדות. ניתן להשתמש בה כדי להפיק יוני מתכת וחומרים אחרים משפכים, מה שמאפשר שחזור ושימוש חוזר במים ובמשאבים יקרי ערך תוך הפחתת זיהום ופליטות. מחקרים הראו כי אלקטרודיאליזה יכולה לשחזר נחושת, אבץ ואף לחמצן Cr3+ ל-Cr6+ במהלך הטיפול בתמיסות פסיבציה בתהליך ייצור הנחושת. בנוסף, אלקטרודיאליזה שולבה עם חילוף יונים להשבת מתכות כבדות וחומצות משפכי כבישה חומצית ביישומים תעשייתיים. מכשירי אלקטרודיאליזה שתוכננו במיוחד, המשתמשים הן בשרפי חילוף אניונים והן בשרפי חילוף קטיונים כחומרי מילוי, שימשו לטיפול בשפכי מתכות כבדות, תוך השגת מיחזור בלולאה סגורה ואפס פליטה. אלקטרודיאליזה יכולה לשמש גם לטיפול בשפכים אלקליים ובשפכים אורגניים.

מחקר שנערך במעבדה המרכזית של המדינה לבקרת זיהום ושימוש חוזר במשאבים בסין בחן את הטיפול בשפכי שטיפה אלקלית המכילים גז זנב של כלור אפוקסי-פרופאן באמצעות אלקטרוליזה של ממברנת חילוף יונים. כאשר מתח האלקטרוליזה היה 5.0 וולט וזמן הסירקולציה היה 3 שעות, שיעור הסרת ה-COD של השפכים הגיע ל-78%, ושיעור השבת האלקלי היה גבוה עד 73.55%, מה ששימש כטיפול מקדים יעיל ליחידות ביוכימיות עוקבות. טכנולוגיית אלקטרודיאליזה שימשה גם לטיפול בשפכים חומציים אורגניים מורכבים בריכוז גבוה, עם ריכוזים הנעים בין 3% ל-15%, על ידי חברת הפטרוכימיה שאנדונג לוהואה. שיטה זו אינה מביאה לשאריות או זיהום משני, והתמיסה המרוכזת המתקבלת מכילה 20% עד 40% חומצה, הניתנת למחזור ולטפל, מה שמפחית את תכולת החומצה בשפכים ל-0.05% עד 0.3%. בנוסף, חברת Sinopec Sichuan Petrochemical Company השתמשה במכשיר אלקטרודיאליזה מיוחד לטיפול בשפכים מעובה, והשיגה קיבולת טיפול מקסימלית של 36 טון/שעה, כאשר תכולת האמוניום חנקתי במים המרוכזים הגיעה ליותר מ-20%, ושיעור התאוששות של מעל 96%. למים המתוקים המטופלים היה חלק מסה של אמוניום חנקן של ≤40 מ"ג/ליטר, ועומדת בתקני סביבה.