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Elektrodialyse

Das Verfahren der Elektrodialyse unterscheidet sich grundsätzlich von den im allgemeinen besser bekannten, druckgetriebenen Trennprozessen.

Bei diesen Membranverfahren, zu denen die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration sowie die Umkehrosmose zählen, ist das anliegende Druckgefälle zwischen Innen- und Außenseite der Membran die treibende Kraft für den Trennvorgang und die zu trennenden Komponenten in der Lösung werden im wesentlichen nach deren Größe selektiert. Da mit dem Abscheiden der membrangängigen Komponenten gleichzeitig das Lösungsmittel die Membran passiert, findet stets eine Aufkonzentrierung der zurückgehaltenen Stoffe statt.

Bei der Elektrodialyse ist die treibende Kraft für den Trennvorgang das über den Membranstapel anliegende elektrische Feld und die Selektion der abzutrennenden Teilchen erfolgt im wesentlichen zwischen ionischen und nicht ionischen Inhaltsstoffen. Da bei der Elektrodialyse Wasser nur als Hydrathülle der Ionen transportiert wird, findet in der Rohlösung nur eine geringe Aufkonzentrierung der nicht ionischen Inhaltsstoffe statt.

Konventionelle Elektrodialyse

Die Elektrodialyseapparatur besteht aus einer Folge von Kammern, die durch Ionenaustauschermembranen wechselnder Polarität begrenzt werden. Über 2 Elektroden an beiden Enden wird ein elektrisches Feld quer zur Durchströmungsrichtung angelegt.

Unter seinem Einfluß wandern in den sogenannten Diluatkammern die Kationen durch die Kationenaustauschermembran und die Anionen durch die Anionenaustauschermembran in die jeweils benachbarten sogenannten Konzentratkammern. Ihre Weiterwanderung in Richtung Anode bzw. Kathode wird durch die nachfolgenden Ionenaustauschermembranen mit entgegengesetzter Ladung verhindert.

Auf diese Weise wird ein Feedstrom in ein weitgehend entsalztes Diluat und ein Konzentrat aufgespaltet. Die Grundeinheit besteht somit aus einer Diluat- und einer Konzentratkammer.

Bipolare Elektrodialyse

Bipolare Membranen bestehen aus zwei aufeinander kaschierten gegensätzlich geladenen monopolaren Membranen. Zwischen diesen beiden Membranlagen bildet sich ein dünner Wasserfilm, in dem bei Anlegen einer Spannung Wasserspaltung stattfindet. Die bei der Wasserspaltung gebildeten Hydroxylionen und Protonen wandern im elektrischen Feld entsprechend ihrer Ladung durch den Anionentauscherlayer in Richtung Anode (OH-) bzw. durch den Kationentauscherlayer in Richtung Kathode (H+).

Werden bipolare Membranen, anionenselektive und kationenselektive Membranen alternierend aufeinandergestapelt erhält man drei getrennte Kreisläufe. In der dem anionischen Layer der bipolaren Membran benachbarten Kammer werden die OH- -Ionen aufkonzentriert, in der dem kationischen Layer benachbarten Kammer die Protonen.

Wird durch die von der anionenselektiven und kationenselektiven Membran gebildeten Kammer eine Salzlösung zirkuliert, wandern die Kationen der Salzlösung im elektrischen Feld durch die begrenzende kationenselektive Membran und bildet mit den aus der bipolaren Membran eingewanderten Hydroxylionen die entsprechende Lauge.

Die Anionen der Salzlösung wandern durch die begrenzende anionenselektive Membran zurückgehalten und bilden zusammen mit den Protonen aus der bipolaren Membran die entsprechende Säure.

Das Funktionsprinzip einer 3-Kreis bipolaren Elektrodialyse ist nachfolgend schematisch dargestellt. 

Die Elektrodialyse steht als Verfahren zur Entsalzung von Prozeßlösungen in direkter Konkurrenz zum klassischen Ionenaustausch und zur Nanofiltration. Welches der genannten Verfahren für eine gegebene Entsalzungsaufgabe am geeignetsten ist, hängt von der Rohlösung und deren Zusammensetzung sowie von den Anforderungen an das Endprodukt ab.

Einsatzgebiete der Elektrodialyse sind beispielsweise:

  • Wasseraufbereitung
  • Nitratentfernung
  • Reduzierung der Wasserhärte
  • Brackwasserentsalzung
  • Kesselspeisewasseraufbereitung
  • Entsalzung von RO-Konzentraten
  • Vorentsalzungsstufe zur Herstellung von VE-Wasser

Säurerückgewinnung

  • Beizsäuren in der Galvanikindustrie
  • Abwasser aus der Akkumulatorenfertigung

Pharmazeutische und chemische Industrie

  • Entsalzung von Zwischen- und Endprodukten
  • Trennung von Aminosäuren
  • Entsalzung von Aminosäurelösungen
  • Entsalzung von Farbstoffen

Nahrungsmittelindustrie

  • Entmineralisierung von Molke
  • Entsalzung von Zuckerlösungen
  • Weinstabilisierung
  • Herstellung organischer Säuren
  • Fruchtsaftentsäuerung.

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