دستگاه های آب شیرین کن صنعتی با روش های مختلفی کار می کنند. بسیاری از آنها از روش اسمز معکوس استفاده می کنند اما در برخی دیگر نیز تکنولوژی های جدید و متفاوت دیگری استفاده شده است. در این پست قصد داریم تا در مورد شیرین سازی آب با روش الکترودیالیز صحبت کنیم.
الکترودیالیز یکی از روش‌های بسیار کاربردی و رایج در تصفیه و شیرین سازی آب است، که بر پایه اختلاف پتانسیل الکتریکی استفاده از غشاهای تراوایی بنا می‌شود. با توجه به مشکلات و محدودیت منابع آب شیرین در دنیا و شیرین سازی آب، حذف املاح و نمک‌های موجود در آب از گذشته تا به حال به شدت مورد توجه قرار گرفته است. همچنین راه حل‌های متفاوتی ارائه گشته است که یکی از آنها الکترودیالیز است.
حذف املاح و یون‌هایی که موجب شور شدن آب می‌شوند، یکی از بهترین راهکارها برای استفاده از آب‌های دریا به عنوان آب آشامیدنی است. سیستم شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز یا EDR با استفاده از الکترودهای کاتدی و آندی، غشاهای تراوایی و جریان الکتریسیته به شیرین کردن آنها می‌پردازد. با ورود جریان الکتریکی به محلول آب شور، الکترودها به کاتد و آند تبدیل شده و یون‌های باردار با بار مثبت و منفی به سمت آنها جذب می‌شوند.
مهمترین و اصلی‌ترین بخش در این سیستم استفاده و بکارگیری از غشای تراوایی است، که می‌توان با کمک آنها از عبور یون‌های منفی یا مثبت جلوگیری به عمل آورد. غشاهای نیمه تراوا در سیستم، اگر کاتیونی باشند، اجازه عبور یون‌های مثبت آب را برای جذب به سمت الکترون می‌دهند. این در حالی است که یون‌های منفی، اجازه عبور را پیدا نمی‌کنند.
سیستم دستگاه‌های الکترودیالیز از چند جزء اصلی شامل غشا یا ممبران‌های آنیونی و کاتیونی تشکیل می‌شود. الکترودهای مورد استفاده از جنس تیتانیوم با روکش پالادیوم هستند که با اتصال به جریان الکتریکی در فضای داخلی، یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کنند. این میدان الکتریکی یون‌های مثبت را به الکترود کاتیونی و یون‌های منفی را به الکترودهای آنیونی جذب می‌گرداند. در زمان حرکتِ یون‌های منفی به سمت الکترودهای آنیونی، غشاهای کاتدی، مانع از عبور یون‌ها شده و برای یون‌ها با بار مثبت رفتاری مشابه به آن رخ می‌دهد. در نتیجه حجم بالایی از یون‌های مثبت و منفی امکان عبور از غشاها را پیدا نمی‌کنند و آب خروجی بدون املاح و شیرین می‌گردد. از این جهت کارکرد این روش تا اندازه زیادی شبیه دستگاه دیونایزر است.
در هر دو روش از غشاهای نیمه تراوا برای جدا کردن یون‌های منفی و مثبت آب استفاده می‌گردد. مهمترین تفاوت بین این دو روش، در معکوس شدن جریان به صورت دوره‌ای در EDR است. جلوگیری از عبور یون‌های منفی از سطح غشای کاتیونی، با گذشت زمان، موجب ایجاد رسوب روی آنها می‌گردد. برای جلوگیری از این محدودیت، باید جای کاتد و آند را به صورت دوره‌ای تغییر داد و در نتیجه یون‌ها غشا را مسدود نکرده و رسوب گذاری انجام می‌شود.
هدف از پیش تصفیه در در روش EDR
یکی از مهمترین گام ها برای بهبود روند شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز ، پیش تصفیه و حذف گل‌ولای و حجم بسیار زیادی از املاح است. هر چقدر پیش تصفیه با کارایی بهتر و مطلوب‌تری انجام گردد، به همان نسبت به غشاها آسیب کمتری وارد می‌شود و شیرین سازی آب با سرعت خیلی بالایی انجام می‌گردد. شیرین سازی آب با EDR نقش بسیار بالایی در کاهش طعم و بوی آب نخواهد داشت. به همین دلیل لازم است به پیاده‌سازی روش‌های پیش تصفیه توجه شود.
مزیت‌های تصفیه آب با الکترودیالیز
از مهمترین مزایای شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
معایب شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز
علیرغم مزایای متعددی که به آن اشاره شد، استفاده از شیرین سازی الکترودیالیز با کمی محدودیت مواجهه است که از مهمترین معایب آن موارد زیر است:
اولین عیب این روش، ایجاد رسوب و هزینه بالای تعویض غشای موجود در دستگاه است. به همین دلیل است که الکترودیالیز برای شیرین سازی و تصفیه آب با درجه سختی بالا کاربرد زیادی ندارند.
دومین عیب آن، مصرف انرژی بالای این روش است. مصرف انرژی در این روش نسبت به دیگر روش‌های شیرین سازی آب خیلی بیشتر است. به همین دلیل استفاده از آن در تصفیه خانه‌های بزرگ مورد استقبال نبوده و بیشتر در محیط‌های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سومین نقطه ضعف شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز ، نیاز به کنترل و بررسی مداوم مقدار سولفات، باریم، سولفات استرانسیوم، منگنز، آهن و آلومینیوم می‌باشد.
کاربرد و موارد استفاده از روش EDR
با توجه به روند جداسازی یون‌های مثبت و منفی موجود در آب و استفاده از غشای نیمه تراوا در این سیستم، کاربردهای متعددی برای آن وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
1. جداسازی مواد معدنی در روند بازیافت و تولید مجدد
2. شیرین سازی آب دریا و حذف املاح و نمک
3. تولید کنسانتره نمکی از آب دریا
4. حذف یون‌های موجود در پساب‌های صنعتی و کمک به بهبود کیفیت آنها
نکات مهم در شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز
به منظور دریافت بهترین و بالاترین بهره وری از روش الکترودیالیز، بهتر است شرایط آب موجود در دستگاه را بررسی کرده و چند نکته مهم در آنها مدنظر قرار داد. برخی از این نکات شامل موارد زیر هستند.