טכנולוגיית טיפול במים באלקטרודיאליזה

אלקטרודיאליזה (ED) היא תהליך המנצל קרום חדיר למחצה ושדה חשמלי זרם ישר כדי להעביר באופן סלקטיבי חלקיקים מומסים טעונים (כגון יונים) מתמיסה. תהליך הפרדה זה מרכז, מדלל, משכלל ומטהר תמיסות על ידי הפניית מומסים טעונים הרחק ממים ומרכיבים אחרים שאינם טעונים. אלקטרודיאליזה התפתחה לפעולת יחידה כימית בקנה מידה גדול וממלאת תפקיד משמעותי בטכנולוגיית הפרדת ממברנות. הוא מוצא יישום נרחב בתעשיות כגון התפלה כימית, התפלת מי ים, מזון ותרופות וטיפול בשפכים. באזורים מסוימים היא הפכה לשיטה העיקרית להפקת מי שתייה. הוא מציע יתרונות כמו צריכת אנרגיה נמוכה, יתרונות כלכליים משמעותיים, טיפול מוקדם פשוט, ציוד עמיד, עיצוב מערכת גמיש, תפעול ותחזוקה קלה, תהליך נקי, צריכת כימיקלים נמוכה, זיהום סביבתי מינימלי, תוחלת חיים ארוכה של המכשיר ושיעורי שחזור מים גבוהים (בדרך כלל נע בין 65% ל-80%.

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

ניתן להשתמש באלקטרודיאליזה לטיפול בסוגי שפכים שונים, לרבות ציפוי שפכים ושפכים מזוהמים במתכות כבדות. ניתן להשתמש בו כדי להפיק יוני מתכת וחומרים אחרים ממי שפכים, מה שמאפשר שחזור ושימוש חוזר במים ובמשאבים יקרי ערך תוך הפחתת זיהום ופליטות. מחקרים הראו כי אלקטרודיאליזה יכולה לשחזר נחושת, אבץ, ואף לחמצן את Cr3+ ל-Cr6+ במהלך הטיפול בפתרונות פסיבציה בתהליך ייצור הנחושת. בנוסף, אלקטרודיאליזה שולבה עם חילופי יונים להשבת מתכות כבדות וחומצות משפכים של כבישה חומצית ביישומים תעשייתיים. מכשירי אלקטרודיאליזה שתוכננו במיוחד, תוך שימוש בשרף חילופי אניונים וקטונים כחומרי מילוי, שימשו לטיפול בשפכי מתכות כבדות, תוך השגת מיחזור במעגל סגור ואפס פריקה. ניתן ליישם אלקטרודיאליזה גם לטיפול בשפכים אלקליים ובשפכים אורגניים.

מחקר שנערך במעבדת המפתח של המדינה לבקרת זיהום ושימוש חוזר במשאבים בסין חקר את הטיפול בשפכי שטיפה אלקליים המכילים גז זנב הכלור אפוקסי פרופאן באמצעות אלקטרוליזה של ממברנות חילופי יונים. כאשר מתח האלקטרוליזה היה 5.0V וזמן המחזור היה 3 שעות, שיעור סילוק ה-COD של מי שפכים הגיע ל-78%, ושיעור ההחלמה של האלקלי היה גבוה עד 73.55%, מה ששימש כטיפול מקדים יעיל עבור יחידות ביוכימיות עוקבות. טכנולוגיית אלקטרודיאליזה שימשה גם לטיפול בשפכי חומצה אורגנית מורכבת בריכוז גבוה, בריכוזים הנעים בין 3% ל-15%, על ידי חברת שאנדונג לוואה פטרוכימית. שיטה זו אינה גורמת לשאריות או זיהום משני, והתמיסה המרוכזת המתקבלת מכילה 20% עד 40% חומצה, הניתנת למחזור ולטפל, ומפחיתה את תכולת החומצה בשפכים ל-0.05% עד 0.3%. בנוסף, Sinopec Sichuan Petrochemical Company השתמשה במכשיר אלקטרודיאליזה מיוחד לטיפול בשפכי עיבוי, והשיגה יכולת טיפול מקסימלית של 36 ט'/שעה, כאשר תכולת האמוניום חנקתי במים המרוכזים מגיעה למעל 20%, והשגת שיעור החלמה של מעל 96 %. למים המתוקים המטופלים היה נתח מסת חנקן אמוניום של ≤40mg/L, העומד בתקנים סביבתיים.