Электрохимическая

Электрохимия - раздел физической химии, в котором изучаются свойства систем, содержащих подвижные ионы (растворов, расплавов или твердых электролитов), а также явления, возникающие на границе двух фаз, содержащих заряженные частицы вследствие их переноса (например, граница металла, содержащего электроны, и раствора электролита, содержащего ионы).

Вода является раствором электролита, так как содержит минеральные соли, которые диссоциируют на ионы при растворении.

Электролитами (от электро- и греч. lytos - разлагаемый, растворимый) называются жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют ионы, обуславливающие прохождение электрического тока.

Вода является раствором электролита, так как содержит минеральные соли, которые диссоциируют на ионы при растворении.

В основе электрохимической технологии обработки воды лежат процессы электролиза, электродиализа и электродеионизации. Аппараты (установки), в которых протекают эти процессы, называют, соответственно, электролизерами, электродиализаторами и электродеионизаторами.

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОРЫ

Электродиализаторы применяются, в основном, для обессоливания воды. Простейший аппарат (электродиализатор), реализующий эту технологию, представляет собой емкость, разделенную катионообменной и анионообменной мембраной на три изолированных друг от друга камеры. В крайних камерах расположены катод и анод. В электродиализаторах используются селективные ионообменные мембраны. Особенность этих мембран заключается в том, что они способны пропускать под действием электрического тока только ионы одного знака.

Принцип работы электродиализатора показан на прилагаемой схеме.

Схема электродиализатора

I - камера обессоливания (дилюатная); II - рассольные камеры;
1 - емкость с обрабатываемой водой; 2 - анод; 3 - анионообменная
мембрана; 4 - катионообменная мембрана; 5 - катод

Предположим, что обработке подвергается вода, содержащая NaCl, которая подается одновременно в три камеры. Под действием постоянного тока из средней камеры катионы Nа+ перемещаются к катоду, а анионы Cl- - к аноду. Из крайних камер ионы Nа+ и Cl- не могут перейти в среднюю камеру, так как установленные селективные мембраны препятствуют этому процессу.

Таким образом, в средней камере постепенно снижается концентрация катионом и анионов, т.е. происходит обессоливание воды. Камеры, в которых наблюдается снижение концентрации солей, называются дилюатными. А камеры, которые обогащаются солями в процессе электродиализа, называются рассольными.

В практике водообработки для обессоливания больших объемов воды применяются многокамерные электродиализаторы. Они состоят из большого количества ячеек, питаемых последовательно постоянным электрическим током. Дилюат и рассол удаляются из аппарата раздельно.

Описанные выше схемы представляют собой классический или однонаправленный электродиализ. Однонаправленным его называют потому, что полярность постоянного электрического поля не изменяется, ионы все время движутся в одном направлении и назначение камер электродиализа сохраняется неизменным. При однонаправленном электродиализе очень быстро происходит загрязнение поверхности мембран. Поэтому приходится очень часто останавливать процесс обессоливания для того, чтобы отмыть электроды и мембраны.

Для устранения этого недостатка применяют асимметричный ток или изменяют полярность прилагаемого электрического поля.

ЭЛЕКТРОДЕИОНИЗАТОРЫ

Электродеионизация предназначена для глубокого обессоливания воды. Электродеионизация объединяет два известных метода глубокой очистки воды, а именно: электродиализ (удаление катионов и анионов через ионселективные мембраны) и деионизацию с помощью ионообменных смол, и исключает необходимость применения химикатов для регенерации последних.

Принципиальная схема работы электродеионизатора показана на прилагаемом ниже рисунке. Смешанная катионитно-анионитная смола располагается между ионселективными мембранами, которые в свою очередь расположены между электродами в постоянном электрическом поле, создаваемом катодом и анодом. Смешанная смола работает в устойчивом состоянии и не является накопителем ионов, а выполняет функцию их проводника. Последовательная совокупность: катион-проницаемая мембрана - смешанная смола - анион-проницаемая мембрана называется ячейкой. Набор ячеек расположен между двумя электродами. Под влиянием прилагаемого постоянного потенциала, ионы перемещаются через мембраны из фильтрующей зоны в концентрирующую зону. Поскольку через фильтрующую зону постоянно движется вода, то она автоматически очищается от ионов.

Электродеионизация

Электрический ток направляет захваченные катионы через катион-проницаемую мембрану к катоду, а анионы через анион-проницаемую мембрану к аноду. Ионообменная смола с обеих сторон мембраны усиливает перенос катионов и анионов через мембраны. Катион-проницаемая мембрана предотвращает поступление анионов к аноду, а анион-проницаемая мембрана предотвращает поступление катионов к катоду.

С помощью процесса электродеионизации возможно удаление минеральных веществ. Эффективность метода зависит от исходного содержания примесей, скорости подаваемого потока воды в систему и предшествующих стадий водоподготовки. Метод электродеионизации целесообразно использовать после обратного осмоса.

Смотрите также: