Das
Prinzip der Elektrodialyse: nach oben
Die Elektrodialyse ist eine elektrochemischer
Prozeß, bei dem mit Ionenaustauschermembranen und der treibenden Kraft eines elektrischen
Feldes ionogene Bestandteile aus einer Lösung entfernt bzw. von ungeladenen Komponenten
wie Zucker, Proteinen, Eiweisen usw. abgetrennt und gegebenenfalls konzentriert werden.
Entsalzung, Trennung und Konzentrierung von Salzen,
Säuren und Basen sind die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens.
Das Herzstück einer Elektrodialyseanlage sind die Membranstapel. Ein
Elektrodialyse-Membranstapel besteht aus einem oder mehreren Elektrodenpaaren zwischen
denen eine Vielzahl (bis zu 1000) von alternierend angeordneten Anionen- und
Kationenaustauschermembranen eingebaut sind. Zwischen den Membranen sind Zellrahmen
eingefügt, die die Lösungszu- und -abführung ermöglichen.
Im elektrischen Feld passieren Anionen auf ihrem Weg in Richtung Anode die
Anionenaustauschermembranen und die Kationen auf Ihrem Weg zur Kathode die
Kationenaustauschermembranen. Sie werden danach von der jeweils nächsten Membran
zurückgehalten. Somit entsteht in jeder zweiten Zelle eine verdünnte Lösung (Diluat)
und in den Zwischenkammern das Konzentrat.
Schematische
Darstellung: nach oben
Technische
Daten der Membranstapel: nach oben
Membranstapel-Typ |
|
Typ 36 |
Typ 100 |
Typ 200 |
Typ 320 |
Typ 1750 |
eff.
Membranfläche |
cm² |
36 |
100 |
200 |
320 |
1750 |
Zellrahmengröße |
cm x cm |
13 x 6 |
15 x 15 |
50 x 10 |
25 x 25 |
50 x 50 |
Zellrahmendicke |
mm |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Membrananzahl pro Stapel |
Stück |
ca. 100 |
ca. 100 |
ca. 400 |
ca. 300 |
ca. 720 |
eff.
Membranfläche pro Stapel |
m² |
ca. 0,36 |
ca. 1 |
ca. 8 |
ca. 10 |
ca. 125 |
Durchsatz pro Stapel |
m³/h |
0,38 |
0,9 |
2,1 |
5 |
30 |
Die Membranstapeltypen 36 und 100 werden bei
Laborversuchen, die Typen 200 und 320 bei Pilotanlagen und kleinen Produktionsanlagen
eingesetzt. Der Typ 1750 ist für großtechnische Anlagen vorgesehen.
Großtechnische Elektrodialyseanlagen bestehen häufig aus mehreren
Membranstapeln und sind als Baukastensystem aufgebaut. Um eine höhere Entsalzungsleistung
zu erreichen, werden Membranstapel in Reihe geschaltet, während eine Parallelschaltung
eine Durchsatzerhöhung ermöglicht.
Vorteile
des Verfahrens: nach oben
- hoher Wirkungsgrad durch kleine Membranabstände (0,5 mm)
- hohe spezifische Entsalzungsleistung
- hohe Aufkonzentrierung von Salzen möglich
- hohe Produktausbeuten bei der Wasseraufbereitung
- geringer Betriebsdruck
- niedrige Entsalzungsenergie
- praktisch kein Chemikalienbedarf durch Polumkehr
- vollautomatischer Betrieb
- geringer Wartungsaufwand
- hohe Membranstandzeit
- für Spezialanwendungen stehen spezielle chemische und thermisch stabile Zellrahmen zur
Verfügung.
Anwendungen
der Elektrodialyse: nach oben
In den nachfolgend aufgeführten Bereichen wird die
Elektrodialyse bereits seit vielen Jahren sehr erfolgreich eingesetzt:
Wasseraufbereitung
- Entsalzung von Brackwasser
- Nitratentfernung aus Trinkwasser
- Senkung der Betriebskosten von Ionenaustauscheranlagen durch vorherige
Entsalzung mit Elektrodialyse
- Aufbereitung von Umkehrosmosekonzentrat zur Erhöhung der Produktausbeute
auf über 95 %
- Meerwasserkonzentrierung zur Kochsalzgewinnung
Lebensmitteltechnologie
- Entsäuerung von Fruchtsäften
- Entsalzung von Zuckerlösungen und Melasse
- Entsalzung von Molke
Biotechnologie
- Entfernung von Salzen, Säuren oder Laugen von organischen Produkten wie Farbstoffen,
Aminosäuren, Vitaminen usw.
Oberflächentechnik
- Wertstoffrückgewinnung aus galvanischen Spülwässern (Cu, Ni, Zn, Cd usw.)
- Rückgewinnung von Härtesalzen aus Spülwässern in Härtereien (NaNO3, KNO3
und NaNO2)
- Rückgewinnung von Säuren aus Spülwässern der Batterie- und Akkumulatorenfertigung
sowie aus Beizanlagen
Abwasseraufbereitung
- Durch Kombination mit anderen Verfahren wie z. B. Verdampfern und
Kristallisatoren ist eine rückstandsarme Entsorgung von hochversalzten Abwasserströmen
möglich
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Verfahrensbeschreibung
(technische Änderungen
vorbehalten)