شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز EDR یکی از کاربردی ترین راه ها برای حذف املاح و یون های موجود در آب شور می باشد که بدون تولید مواد جانبی، روند شیرین سازی را انجام می دهد. این روش شباهت زیادی با الکترولیز دارد اما به منظور جلوگیری از رسوب گذاری در حین شیرین سازی آب، جهت جریان عکس شده و به همین دلیل به آن الکترودیالیز معکوس Electro Dialysis Reverse گفته میشود. در این بخش از آموزش تصفیه آب نحوه شیرین کردن آب با الکترودیالیز معکوس بررسی و اجزا و ساختار کلی آن معرفی خواهد شد.
شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز EDR چیست؟
حذف املاح و یون هایی که باعث شور شدن آب میشوند، یکی از بهترین راه کارها برای استفاده از آب های دریا به عنوان آب شرب به شمار می رود. الکترودیالیز معکوس یا EDR یکی از بهترین روش های غشایی می باشد که در آن با استفاده از غشاهای تراوایی و الکترولیت و جریان الکتریسیته جداسازی یون ها انجام میشود.
در حالت کلی در سیستم شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز EDR از الکترودهای کاتدی و آندی، غشاهای تراوایی و جریان الکتریسیته استفاده میشود. با ورود جریان الکتریکی به درون محلول آب شور، الکترود های به کاتد و آند تبدیل شده و یون های باردار با بارهای مثبت و منفی به سمت آنها جذب میشود. مهم ترین بخش در این سیستم ها، استفاده از غشاهای تراوایی می باشد که می توان با کمک آنها از عبور یون های منفی یا مثبت جلوگیری کرد.
غشاهای نیمه تراوای در نظر گرفته شده در سیستم اگر کاتیونی باشند، اجازه عبور یون های مثبت آب را برای جذب به سمت الکترود آند ارائه می دهند. این در حالیست که یون های منفی اجازه عبور را پیدا نمی کنند. غشاهای نیمه تراوا در تجهیزات تصفیه آب کاربرد بسیار زیادی داشته و روند جداسازی یون ها را بهبود می دهند.
تفاوت شیرین سازی آب با الکترودیالیز و الکترودیالیز معکوس
در حالت کلی در هر دو روش و سیستم های EDR و ED از غشاهای نیمه تراوا برای جداسازی یون های منفی و مثبت موجود در آب استفاده میشود. مهم ترین تفاوت بین این دو روش، در معکوس شدن جریان به صورت دوره ای در EDR است. جلوگیری از عبور یون های منفی از سطح غشای کاتیونی به مرور منجر به ایجاد رسوب روی آنها خواهد شد. برای جلوگیری از این مشکل، جای کاتد و آند به صورت دوره ای تغییر پیدا نموده و در نتیجه یون ها غشا را مسدود نمی کنند و رسوب گذاری صورت نمیگیرد.
ساختار الکترودیالیز معکوس برای شیرین سازی آب
به منظور پیاده سازی روند و روش شیرین سازی آب با الکترودیالیز معکوس EDR، ساختار کلی سیستم به صورت زیر در نظر گرفته میشود:
در هر سیستم EDR از چند غشای نیمه تراوا استفاده میشود و فضای بین آنها اصطلاحا سلول نام دارد. غشاهایی که به صورت یک در میان آنیونی و کاتیونی در نظر گرفته میشوند را اصطلاحا STACK نامیده شده است. به منظور برقراری ارتباط بین آنها و الکترودها و جریان آب از پمپ و لوله و سیم های برق و منبع تغذیه و غیره در آنها استفاده شده است.
به عبارت دیگر می توان ساختار کلی سیستم های شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز معکوس یا EDR را به این صورت بیان کرد:
- چندین استک که همان غشاهای نیمه تراوا می باشند به نام STACK در سیستم موجود است. این استک ها با لوله و سیم برق به هم مرتبط می باشند.
- بین استک ها فضاهای خالی موجود می باشد که به آن ها سلول گفته میشود.
- الکترودهای کاتد و آند برای جداسازی یون های مثبت و منفی در سیستم استفاده میشود.
اجزای سیستم شیرین سازی آب به روش الکترودیالیز EDR
با توجه به ساختار معرفی شده، از مهم ترین اجزای موجود در سیستم های EDR برای شیرین کردن آب می توان به گزینه های زیر اشاره نمود:
- الکترودهای مقاوم در برابر خوردگی از قبیل تیتانیوم، روبیدیم و ایدیدیوم آبکاری شده و سایر اکسیدهای فلزی
- غشاهای کاتیونی تولید شده با مواد پلی استایرن
- لوله، سیم برق، پمپ برای ورود آب و اتصالات و غیره
نقش پیش تصفیه در شیرین سازی آب با EDR
یکی از مهم ترین گام ها برای بهبود روند شیرین سازی آب به کمک EDR، پیش تصفیه و حذف گل و لای و حجم بسیار زیادی از املاح می باشد. هر اندازه پیش تصفیه با کارایی بهتری انجام شود، به همان نسبت به غشاها آسیب کمتری وارد شده و شیرین سازی با سرعت بالاتری انجام خواهد شد. علاوه براین، شیرین سازی آب با EDR نمی تواند نقش موثری در کاهش طعم و بو و رنگ داشته باشد و به همین دلیل لازم به پیاده سازی روش های پیش تصفیه وجود دارد.
مزایا و معایب شیرین کردن آب با الکترودیالیز
از مهم ترین مزایای این شیوه جداسازی یون های موجود در آب های شور می توان به گزینه های زیر اشاره نمود:
- در این گروه از روش ها هیچگونه ماده منعقد کننده و لخته ساز و مواد شیمیایی استفاده نمی شود. به همین دلیل ترکیبات جانبی خطرناک و مضر تشکیل نخواهد شد.
- مصرف انرژی در این روش نسبت به سایر روش ها و آب شیرین کن صنعتی بسیار زیاد می باشد. به همین دلیل پیاده سازی آن برای تصفیه خانه های بزرگ کارایی نداشته و در محیط های آزمایشگاهی استفاده میشود.
- به منظور کاهش مصرف انرژی و مقاومت الکتریکی می توان دمای آب تغذیه را افزایش داد. البته تنها تا 38 درجه سانتی گراد می توان این دما را افزایش دادد، در غیر این صورت به غشاها آسیب وارد خواهد شد.
- در روند شیرین سازی آب لازم است مقدار سولفات باریم، سولفات استرانسیوم، منگنز، آهن و آلومینیوم به طور مدارم بررسی و کنترل شوند.
- به دلیل تعویض قطبیت الکترودها در 2 تا 4 ساعت یک مرتبه، از رسوب گیری غشاها جلوگیری شده و به همین دلیل کارایی eDR نسبت به ER بیشتر است.
کاربرد شیرین سازی آب با الکترودیالیزمعکوس EDR
با توجه به روند جداسازی یون های مثبت و منفی موجود در آب و استفاده از غشاهای نیمه تراوا در این سیستم، کاربردهای متعددی برای آنها وجود دارد که عبارتند از:
- جداسازی مواد معدنی در روند بازیافت و تولید مجدد
- شیرین سازی آب دریا و حذف املاح و نمک
- تولید کنسانتره نمکی از آب دریا
- حذف یون های موجود در پساب های صنعتی و کمک به بهبود کیفیت آنها
