الکترودیالیز چیست؟

الکترودیالیز یا Electrodialysis Technology یا به عبارت دقیق تر Electrodeionization که به اختصار EDI نیز نامیده می شود، به شیوه ای خاص برای شیرین سازی آب شور و حذف املاح اضافی از آن اطلاق می گردد که از طریق جداسازی غشایی و انتقال یون عمل می نماید.

به طور کلی در این روش از مواد شیمیایی استفاده نمی شود و در نتیجه، شیوه ای سالم تر و سازگارتر با محیط زیست و سلامت انسان به حساب می آید. به علاوه، EDI به نسبت روش های دیگر، نیاز به صرف هزینه و زمان کمتری دارد. الکترودیالیز به نسبت روش های دیگر، فرآیندی ساده و آسان دارد.

بر اساس بررسی های انجام شده، می توان حداکثر نیمی از نمک و املاح موجود در آب را به روش الکترودیالیز از آن تفکیک کرد. اما لازم به ذکر است که در روش الکترودیالیز، صرفا ذرات باردار حذف می شوند و میکروارگانیسم ها و ذرات معلق و جامد دیگر، باید با شیوه های دیگر تصفیه آب، از آن جدا شوند. توصیه می شود پیش از آغاز فرآیند الکترودیالیز، دیگر مراحل تصفیه آب مانند انعقاد، فیلتراسیون و… به طور کامل طی شود تا وجود املاح و ذرات مزاحم، در عملکرد و سلامت دستگاه های این بخش، اخلالی ایجاد ننماید. چراکه در غیر این صورت، با ایجاد رسوب در دستگاه و در نتیجه مصرف بیشتر انرژی، هزینه های بسیاری را در پی خواهد داشت.

دستگاه الکترودیالیز

در این روش یک میدان الکتریکی توسط الکترودهایی چون تیتانیوم و نیوبیم با روکش پلاتین و پالادیوم ایجاد می شود و یک جریان انتقال یون میان آند با بار مثبت و کاتد با بار منفی ایجاد می کند. در اینجا یون های موجود در آند و کاتد به سمت قطب های متضاد حرکت می کنند. یعنی یون های مثبت یا کاتیون ها به سمت کاتد و بالعکس، یون های منفی (آنیون ها) به سمت آند جا به جا می شوند.

همانطور که می دانید، نمک (NaCl) از سدیم و کلر تشکیل شده است. در اینجا یون های کلر (Cl) دارای بار مثبت (کاتیون) و یون سدیم (Na) دارای بار منفی (آنیون) می باشد. بنابراین در فرآیند فوق، این ذرات از یکدیگر تفکیک می شوند. این فرآیند در خصوص بسیاری از مواد دیگر محلول در آب نیز صادق است.

اما در مسیر حرکت این یون ها، غشاءهایی رسانا از جنس رزین قرار دارند که هر دو نوع کاتیونی و آنیونی را شامل می شوند. غشاءهای آنیونی از پلی استایرن آمونیوم کواترنری و غشاءهای کاتیونی از پلی استایرن سولفونات تشکیل می شوند.در یک سیستم الکترودیالیز به طور میانگین 320 الی 500 غشاء از هر نوع موجود می باشد. این غشاءها صفحاتی هستند که به روی خود حفره هایی کوچک دارند و باید به شکلی طراحی شوند که در معرض آلودگی ها، ذرات جامد و آب پرفشار، عملکرد خود را از دست ندهند. آن ها به کمک تورهای پلیمری مانند پلی اتیلن، از یکدیگر جدا می شوند. به فضای میان دو غشاء غیر همنوع، سل (Cell) گفته می شود.

 در این فرآیند، کاتیون ها از غشاء کاتیونی می گذرند. اما توسط غشاء آنیونی بازگردانده خواهند شد و آنیون ها نیز به طور مشابه می توانند از غشاء آنیونی عبور نمایند، اما توسط غشاء کاتیونی پس رانده می شوند.

در اینجا یون هایی که درون سل و بین دو غشاء قرار گرفته اند، به سمت قطب غیرهمنام خود حرکت می کنند؛ یعنی کاتیون ها به سمت کاتد و آنیون ها به سمت آند می روند.

در نتیجه این فرآیند، یون ها از یکدیگر تفکیک می شوند و در برخی سل ها، غلظت یون به شکل قابل توجهی کاهش می یابد و آب شیرین به دست می آید. اما یون های جدا شده از آب موجود در آن سل، در قسمتی دیگر قرارگرفته و آب آن قسمت را به شدت شور و پر از املاح می کنند.

در نهایت می توان آب شیرین و دارای املاح و نمک استاندارد را از دستگاه الکترودیالیز خارج نموده و مورد استفاده قرار داد.

چند نکته درباره اصول کار الکترودیالیز

• ایجاد رسوب در میان غشاءها می تواند مشکلات و هزینه های بسیاری را به همراه داشته باشد. پس توجه کنید که برای آب با میزان سختی بالا، روش الکترودیالیز مناسب نمی باشد.
• آب های دارای کلرین و هیدروژن سولفاید، با این روش به خوبی تصفیه نخواهند شد و ممکن است به دستگاه الکترودیالیز نیز آسیب برسانند.
• میزان آهن موجود در آب نباید از 0.15ppm بیشتر باشد؛ چرا که در غیر این صورت، با افزایش مقاومت الکتریکی غشاء، عملکرد دستگاه را با مشکل مواجه می سازد. 
• دمای آبی که قرار است تصفیه شود، نباید کمتر از 12 و بیشتر از 40 درجه ی سانتی گراد باشد.
• بهتر است هر از گاهی سلامت و پاکیزگی غشاءها مورد بررسی قرار گیرد.
• غشاءها انتخاب یون، به طور میانگین هر 6 سال یکبار تعویض می شوند.
• برای از بین بردن املاح رسوب کرده در میان غشاءها، می توان هر چند وقت یکبار، قطب های الکتریکی را معکوس نمود.
• پمپ های مورد استفاده در دستگاه الکترودیالیز باید از نوع فشار پایین باشند.

الکترودیالیز در تصفیه آب

کاربرد الکترودیالیز در تصفیه آب، یکی از مهمترین موارد کاربرد تکنولوژی EDI است. حتما می دانید که 75 درصد سطح زمین را آب فراگرفته است. یعنی به ازای هر انسان که در زمان حال زیست می کند و یا قرار است در آینده متولد شود، حجم بسیار زیادی آب وجود دارد. با این اوصاف، بشر هرگز نباید با معضل کمبود آب و خشکسالی مواجه گردد و از بابت آن نگرانی و دغدغه داشته باشد! اما مشکل اینجاست که تنها درصد اندکی از آب موجود در سیاره زمین را آب شیرین تشکیل می دهد و در نتیجه، بسیاری از منابع آب وسیع مانند دریاها، خلیج ها، دریاچه ها و اوقیانوس ها نمی توانند نیازهای روزمره و طولانی مدت ساکنان زمین را تأمین نمایند. چرا که از آب شیرین برخوردار نبوده و دارای آب شور و غیرقابل استفاده می باشند.

در اینجاست که بسیاری از افراد و به ویژه متخصصان به راه هایی برای تصفیه آب شور و تهیه آب شیرین می اندیشند. خصوصا در کشورهای خشک و کم باران که اتفاقا در مجاورت دریاها و اقیانوس ها قرار دارند، مانند ایران، عربستان، امارات متحده عربی و… این راهکار می تواند بسیار مفید واقع شود. بنابراین، الکترودیالیز یکی از روش هایی است که بسیاری از کشورها به علت عدم دسترسی به منابع آب شیرین، برای تصفیه آب دریاها و اقیانوس ها از آن استفاده می کنند.

البته از آنجایی که آب دریاها و خلیج ها دارای نمک و املاح بسیار بیشتری هستند، ممکن است در فرآیند تصفیه، مشکلاتی را ایجاد نمایند. مثلا کشور عربستان با صرف انرژی و هزینه های بسیار بالا، از این شیوه برای تصفیه آب شور استفاده می کند که علاوه بر راندمان پایین، به علت مصرف بالای سوخت، برای محیط زیست نیز مشکلاتی را ایجاد خواهد کرد.

از دیگر موارد کاربرد الکترودیالیز در تصفیه آب، می توان به تصفیه پساب ها و فاضلاب اشاره نمود. در واقع علت غیرقابل استفاده بودن این نوع آب ها، افزوده شدن املاح و مواد تازه ای است که آب را از حالت سالم و استاندارد خارج می کند. جالب است بدانید که این املاح و ناخالصی ها، صرفا 0.1 درصد از حجم آب را تشکیل می دهند و 99.9 درصد باقی، همچنان سالم و پاکیزه است. در نتیجه صرف نظر کردن از پساب ها برای تأمین آب مورد نیاز شهروندان، نمی تواند تصمیمی منطقی به نظر برسد. از سوی دیگر می توان با تصفیه فاضلاب از هدر رفتن بسیاری از منابع آب جلوگیری نمود.

در اینجا روش الکترودیالیز به ما کمک می کند تا با حذف بسیاری از املاح و آلودگی ها، بخشی از فرآیند تصفیه پساب های شهری و خانگی را به انجام برسانیم.

اگر علاقمندید در رابطه با تصفیه پساب ها و فاضلاب خاکستری بیشتر بدانید، پیشنهاد می شود مقاله “آب خاکستری چیست؟“ را مطالعه نمایید.

کاربرد الکترودیالیز در صنعت

فناوری الکترودیالیز علاوه بر تأمین آب آشامیدنی و مصرفی مورد نیاز شهروندان در صنایع گوناگون، کاربردهای متنوعی دیگری هم دارد. به عنوان مثال برای تصفیه آب و فاضلاب برخی صنایع مورد استفاده قرار می گیرد تا امکان استفاده مجدد از آن ها و کاهش مصرف آب را فراهم سازد و همچنین مواد و املاح ارزشمند را از آن جمع آوری نماید.

به علاوه، در صنایعی که غلظت یون ها و میزان املاح آب مورد استفاده از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند تولید محصولات آرایشی و بهداشتی و داروسازی، استفاده از این دستگاه ها می تواند مفید واقع شود.

الکترودیالیز برای مینرال زدایی آب و برخی محصولات صنعتی نیز به کار می رود.