الکترودیالیز (ED)

یکی از فرآیندهای جداسازی غشایی استفاده از روش الکترودیالیز (ED) می‌باشد. در این روش از اختلاف پتانسیل الکتریکی بعنوان نیروی محرکه برای انتقال یونها استفاده می‌شود. در واقع بیش‌ترین کاربرد آن در امر تصفیه آب شرب و صنعتی با کدورت کم‌تر از 5000 ppm است.

همانطوری که در این شکل نشان داده شده است، دستگاه الکترودیالیز دارای غشاء‌هایی از جنس پلیمر با قابلیت تبادل یونی می‌باشد. این توانایی توسط رزین‌های تبادل‌کنندۀ یونی ایجاد می‌شود. این رزین‌ها بر روی نوعی از پارچۀ پلیمری، همچون یک پوشش پلی اتیلنی قرار می‌گیرند. بر حسب نوع عملکرد رزین، غشاء‌ها به دو دستۀ کاتیونی و آنیونی تقسیم می‌شوند. غشاء‌های کاتیونی فقط نسبت به کاتیون‌ها تراوا هستند و غشاء‌های آنیونی نیز فقط به آنیون‌ها اجازۀ عبور می‌دهند. در نتیجه این نوع از غشاء‌ها دارای خاصیت انتخاب‌کنندگی بر حسب نوع یون‌های موجود در آب هستند.

نحوه عملکرد

در روش ED از جریان الکتریکی مستقیم و نیز غشاءهای انتخاب‌کنندۀ آنیون و کاتیون برای حذف انواع یون‌ها و نمک‌ها استفاده می‌شود. بر حسب ظرفیت مورد انتظار، هر دستگاه الکترودیالیز بین 300 تا 500 غشای کاتیونی دارد و به همین تعداد نیز دارای غشای آنیونی می‌باشد. در بین این غشاء‌ها نیز از توری‌های پلیمری بعنوان جداکننده استفاده می‌شود. فضای بین دو غشای غیر همنام را سل می‌نامند.
نیروی محرکه برای نقل و انتقال یون‌ها، اختلاف پتانسیل الکتریکی ما بین آندها و کاتدها است. زمانی‌که آندها و کاتدها در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، آندها دارای بار مثبت و کاتدها دارای بار منفی می‌شوند و در نتیجه یون‌های مثبت موجود در آب (کاتیون‌ها) بسمت کاتدها و یون‌های منفی (آنیون‌ها) بسمت آندها مهاجرت می‌کنند. یون‌ها در مسیر این حرکت به موانعی برخورد می‌کنند که همان غشاء‌های انتخاب‌کننده هستند. اگر غشاء از نوع آنیونی باشد فقط به آنیون‌ها اجازه عبور داده می‌دهد و کاتیون‌ها را نگه‌ می‌دارد، اما اگر غشاء از نوع کاتیونی باشد این اتفاق برعکس رخ می‌دهد و فقط کاتیون‌ها می‌توانند که از غشاء مورد نظر رد شوند. نتیجۀ کلی این فرآیند این است که در بخش‌هایی بطور متناوب آب غلیظ و آب عاری از یون تولید می‌گردد و بدین ترتیب است که مقدار TDS در برخی از سل‌ها با کاهش و در برخی دیگر با افزایش روبرو می‌شود. معمولاً آب تولید شده با استفاده از این روش خالص نیست و این دستگاه صرفاً بعنوان سیستم واسطه بکار برده می‌شود.

تجهیزات

لوازم و تجهیزات استفاده شده در دستگاه‌های الکترودیالیز بشرح زیر هستند:
1- غشاء : که از جنسی مشابه با رزین‌های تبادل‌کننده یونی است و در دو نوع کاتیونی و آنیونی موجود می‌باشد.
2- الکترودها : معمولاً این الکترودها را از تیتانیم با پوشش پلاتین و یا پالادیوم می‌سازند تا در برابر اعمال ولتاژ و نیز محیط‌های اسیدی و بازی بتوانند از خود مقاومت خوبی نشان دهند.
3- جداکننده‌ها : که از نوع تورهای پلیمری هستند و وظیفۀ جدا کردن غشاءها را بعهده دارند. ضخامت این توری‌ها معمولاً در مجاورت الکترودها در حد یک میلی‌متر و در فضای بین غشاء‌ها در حدود نیم میلی‌متر است.
4- پمپ‌ها : برای تأمین فشار مورد نیاز برای انجام فرآیند بکار برده می‌شوند.

مزایا

از مزیت‌های مهم دستگاه الکترودیالیز می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
1- در برابر آلودگی‌های ناشی از مواد آلی مقاومت زیادی دارد.
2- در برابر محیط‌های شیمیایی و نیز مواد شیمیایی اسیدی و بازی مقاوم است.
3- احتمال پوسته پوسته شدن غشاء حداقل می‌باشد.
4- غشاء دارای مقاومت قابل قبول در برابر وجود کلر است.

کاربرد در صنایع

بیشترین کاربرد سیستم الکترودیالیز در شیرین کردن آب‌های نیمه شور با TDS کم‌تر از 5000 میلی‌گرم در لیتر است. همچنین برای تولید آب مقطر و آب خالص نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این حالت لزوماً باید با دیگر روش‌های تصفیه از قبیل اسمز معکوس، سیستم‌های رزینی، میکروفیلتراسیون و سیستم‌های ضدعفونی کننده مانند اشعه فرابنفش بصورت همزمان بکار برده شود. از دیگر کاربردهای این سیستم می‌توان به استفاده در صنایع گوناگون از قبیل تولید آب ورودی بویلرها، صنایع دارویی در بخش تصفیه و نمک‌زدایی از داروهای حساس به دما، صنایع غذایی و … اشاره نمود.