เทคโนโลยีการบำบัดน้ำด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไดอะลิซิส

กระบวนการอิเล็กโทรไดอะลิซิส (Electrodialysis หรือ ED) เป็นกระบวนการที่ใช้เยื่อกึ่งซึมผ่านได้และสนามไฟฟ้ากระแสตรงในการขนส่งอนุภาคตัวถูกละลายที่มีประจุ (เช่น ไอออน) ออกจากสารละลายอย่างเลือกสรร กระบวนการแยกนี้ทำให้สารละลายเข้มข้นขึ้น เจือจางลง บริสุทธิ์ขึ้น และสะอาดขึ้น โดยการนำตัวถูกละลายที่มีประจุออกจากน้ำและส่วนประกอบอื่นๆ ที่ไม่มีประจุ อิเล็กโทรไดอะลิซิสได้พัฒนาไปสู่หน่วยปฏิบัติการทางเคมีขนาดใหญ่และมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อ มีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแยกเกลือออกจากน้ำด้วยสารเคมี การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล อาหารและยา และการบำบัดน้ำเสีย ในบางภูมิภาค กระบวนการนี้ได้กลายเป็นวิธีการหลักในการผลิตน้ำดื่ม มีข้อดีหลายประการ เช่น การใช้พลังงานต่ำ ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูง การเตรียมการเบื้องต้นง่าย อุปกรณ์ทนทาน การออกแบบระบบยืดหยุ่น การใช้งานและการบำรุงรักษาง่าย กระบวนการสะอาด การใช้สารเคมีน้อย มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมน้อย อายุการใช้งานของอุปกรณ์ยาวนาน และอัตราการกู้คืนน้ำสูง (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 65% ถึง 80%)

เทคนิคการแยกสารด้วยไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การแยกสารด้วยไฟฟ้าไอออน (EDI), การแยกสารด้วยไฟฟ้าแบบย้อนกลับ (EDR), การแยกสารด้วยไฟฟ้าโดยใช้เยื่อเหลว (EDLM), การแยกสารด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง, การแยกสารด้วยไฟฟ้าแบบม้วน, การแยกสารด้วยไฟฟ้าโดยใช้เยื่อสองขั้ว และอื่นๆ

กระบวนการอิเล็กโทรไดอะลิซิสสามารถใช้ในการบำบัดน้ำเสียหลายประเภท รวมถึงน้ำเสียจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าและน้ำเสียที่ปนเปื้อนโลหะหนัก สามารถใช้ในการสกัดไอออนโลหะและสารอื่นๆ จากน้ำเสีย ทำให้สามารถนำน้ำและทรัพยากรที่มีค่ากลับมาใช้ใหม่ได้ ในขณะเดียวกันก็ลดมลพิษและการปล่อยก๊าซเรือนกระจก จากการศึกษาพบว่า อิเล็กโทรไดอะลิซิสสามารถกู้คืนทองแดง สังกะสี และแม้กระทั่งออกซิไดซ์ Cr3+ ให้เป็น Cr6+ ในระหว่างการบำบัดสารละลายพาสซิเวชันในกระบวนการผลิตทองแดง นอกจากนี้ อิเล็กโทรไดอะลิซิสยังถูกนำมาใช้ร่วมกับการแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อกู้คืนโลหะหนักและกรดจากน้ำเสียจากการดองกรดในงานอุตสาหกรรม อุปกรณ์อิเล็กโทรไดอะลิซิสที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนทั้งแอนไอออนและแคตไอออนเป็นสารเติมแต่ง ได้ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่มีโลหะหนัก ทำให้เกิดการรีไซเคิลแบบวงปิดและไม่มีการปล่อยของเสีย อิเล็กโทรไดอะลิซิสยังสามารถนำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่เป็นด่างและน้ำเสียอินทรีย์ได้อีกด้วย

งานวิจัยที่ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการหลักแห่งรัฐด้านการควบคุมมลพิษและการใช้ทรัพยากรซ้ำในประเทศจีน ได้ศึกษาการบำบัดน้ำเสียจากการล้างด้วยด่างที่มีก๊าซตกค้างจากการคลอรีนอีพ็อกซีโพรเพนโดยใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสด้วยเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอิเล็กโทรไลซิส 5.0 โวลต์ และเวลาหมุนเวียน 3 ชั่วโมง อัตราการกำจัด COD ของน้ำเสียสูงถึง 78% และอัตราการฟื้นตัวของด่างสูงถึง 73.55% ซึ่งสามารถใช้เป็นการบำบัดเบื้องต้นที่มีประสิทธิภาพสำหรับหน่วยชีวเคมีในขั้นตอนต่อไป เทคโนโลยีอิเล็กโทรไดอะลิซิสยังถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียกรดอินทรีย์เชิงซ้อนที่มีความเข้มข้นสูง ตั้งแต่ 3% ถึง 15% โดยบริษัท Shandong Luhua Petrochemical Company วิธีนี้ทำให้ไม่มีสารตกค้างหรือมลพิษรอง และสารละลายเข้มข้นที่ได้มีกรด 20% ถึง 40% ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่และบำบัดได้ ลดปริมาณกรดในน้ำเสียเหลือ 0.05% ถึง 0.3% นอกจากนี้ บริษัทซิโนเป็กเสฉวนปิโตรเคมีได้ใช้อุปกรณ์อิเล็กโทรไดอะลิซิสแบบพิเศษในการบำบัดน้ำเสียจากคอนเดนเสท โดยมีกำลังการบำบัดสูงสุด 36 ตันต่อชั่วโมง ปริมาณแอมโมเนียมไนเตรตในน้ำเข้มข้นสูงกว่า 20% และมีอัตราการฟื้นตัวมากกว่า 96% น้ำจืดที่ผ่านการบำบัดแล้วมีปริมาณแอมโมเนียมไนโตรเจนไม่เกิน 40 มิลลิกรัมต่อลิตร ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม