[На предыдущую главу]

Выше мы уже отметили высокую экологическую целесообразность мембранных методов опреснения (в том числе электродиализа). Ионный обмен и дистилляция все энергичнее вытесняются обратным осмосом и электродиализом. В то же время основным методом получения деионизованной воды для нужд микроэлектроники и медицины остается ионный обмен, хотя его недостатки в отношении загрязнения окружающей среды солевыми, а иногда щелочными и кислотными стоками хорошо известны [33, 34]. Замену ионному обмену в производстве высокоомной воды многие исследователи [15–16, 27, 35–39] видят в электродиализе с насадкой из ионообменных смол, или электродеионизации. Как уже отмечалось, это направление электродиализа сравнительно высоко развито в России.

Традиционный электродиализ, использующий инертные сепараторы-турбулизаторы, имеет естественные ограничения применимости в области разбавленных растворов. Принято считать, что область его рационального применения ограничивается получением растворов с солесодержанием 200–300 мг/л (4–6 мг-экв/л) [22]. Это вызвано следующими причинами. Если использовать “мягкие” токовые режимы, когда не происходит необратимого разложения воды на Н⁺ и ОН^– ионы вблизи границ мембрана/раствор [35–39], то с уменьшением концентрации раствора скорость процесса, контролируемая внешней диффузией, слишком снижается. Попытка использовать “форсированные” токовые режимы, когда плотность тока превышает свое “предельное” значение, приводит к росту скорости массопереноса [38–41], благодаря сопряженным эффектам электроконвекции [15, 42, 43] и экзальтации [15, 44, 45]. Однако несбалансированная генерация в объем обессоливаемого раствора H⁺ ионов на границе с ионообменной мембраной и ОН^– ионов на границе с катионообменной мембраной вызывает сдвиг рН раствора. Чаще всего генерация Н⁺ ионов идет более интенсивно, чем ОН^– ионов, и обессоливаемый раствор приобретает кислую реакцию. Величина рН снижается до 4–4,5, и концентрация Н⁺ ионов становится сравнимой с концентрацией катионов соли, что делает процесс электродиализа неэффективным. Введение ионообменного наполнителя в камеры обессоливания позволяет значительно расширить область эффективного применения электродиализа [15, 27]. Использование монослоя смеси гранул катионита КУ-2 и анионита АВ-17 c инертным спейсером [46] или гранул анионита с катион-проводящим спейсером [39] (рис. 2) обеспечивает получение деионизованной воды с электросопротивлением 2–3 МОмЧ см с достаточно высокой скоростью массопереноса [16, 39, 47, 48]. Другой способ развития поверхности массообмена в канале обессоливания заключается в использовании ионообменных мембран со специально модифицированной поверхностью [49]. Увеличение поверхности массообмена приводит к снижению локальной плотности тока при неизменной силе тока и через аппарат. Чем больше поверхность анионообменника (анионообменная мембрана + анионообменные гранулы), тем меньше локальная плотность тока, тем “мягче” токовый режим на этой границе, следовательно, тем меньше интенсивность генерации Н⁺ ионов в объем обессоливаемого раствора. Аналогично, увеличивая поверхность катионообменника, можно снизить скорость генерации ОН^– ионов в объем раствора. Таким образом, подбирая состав ионообменной насадки, можно регулировать рН обессоливаемого раствора. Развитие поверхности массообмена увеличивает скорость электродиализа. Кроме того, кривизна поверхности ионообменных гранул или выступов на поверхности мембраны способствует развитию электроконвекции [44, 50], частично разрушающей диффузионный слой (рис. 3) и облегчающей доставку ионов соли к поверхности ионообменников. Наличие сопряженной конвекции в области разбавленных растворов убедительно доказывается тем фактом, что с уменьшением концентрации коэффициент массопереноса (число Шервуда) заметно растет при фиксированном напряжении на парной камере [48, 52] (рис. 4). На рис. 5 представлена электродиализная установка производительностью 100 л/ч для получения апирогенной воды и воды для гемодиализа (конструкция и изготовление – центр “Мембранная технология”, Краснодар).

[На следующую главу] [На оглавление]

Copyright ©