وحدة إلكترودياليز مخبرية لإزالة الأملاح

الإلكترودياليز ينقل الأيونات لا الماء. تقف بين قطبين حزمة متبادلة من أغشية تبادل كاتيوني وأنيوني؛ وعند تمرير تيار مستمر تهاجر الأيونات من حجيرات التخفيف إلى حجيرات التركيز، فيبقى تيار منزوع الأملاح ومحلول ملحي. لا يوجد تغيّر طور، لذا تذهب الطاقة كلها تقريباً إلى فصل الشحنة لا إلى تبخير الماء: ولهذا تحتفظ التقنية بمكانها أمام التناضح العكسي حيث تكون التغذية قليلة الملوحة والهدف إزالة جزئية للأملاح لا ماء شرب.

ما يقيّد الحزمة فعلاً

القيد الحاكم ليس مساحة الغشاء بل التيار الذي يمكن دفعه عبر الطبقة الحدية قبل أن تُستنفد الأيونات عند سطح الغشاء أسرع مما تعوّضها الانتشارية. وبعد كثافة التيار الحدية هذه يبدأ الماء نفسه بالتفكك، ويتمرجح pH عند الغشاء، وأول ما يحدث هو التقشّر: كبريتات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيزيوم تترسبان مباشرة على وجه الغشاء. والممارسة المخبرية المنشورة تعمل عند 10–50 mA/cm²، وطريقة إيجاد السقف لتغذية معينة هي منحنى الجهد-التيار: نقطة انكسار الميل هي كثافة التيار الحدية، ويجب تشغيل الحزمة عند 70–80 % منها.

ومن هنا القاعدة العملية: تُحدَّد سعة الوحدة بالتيار الحدي المقيس على المحلول الحقيقي لا بالرقم في الكتالوج. فالإلكتروليت المحمّل ذو الموصلية العالية، لكن مع أيونات متنافسة، قد يكون له حدّ مختلف عن محلول ملحي بسيط، ولا يبيّن ذلك إلا المنحنى.

حجيرتان أم ثلاث

الحزمة ذات الحجيرتين — تخفيف وتركيز — هي الأبسط وتُستخدم عندما يُراد نزع الأملاح فقط. والثلاثية تضيف حجيرة قطب منفصلة بغشاء إضافي، ووظيفتها حماية القطب من الكلور ومن pH المتطرف الناتجين عن تفاعل القطب؛ والثمن غشاء إضافي وحلقة غسل للكاثود أو الأنود.

وللتشغيل التجريبي في الهيدروميتالورجي يكون الثلاثي أفضل غالباً: فالمحاليل الحمضية والكلوريدية تهاجم طلاء أكسيد الروثينيوم على القطب، واستبداله مكلف مقارنةً بغشاء إضافي. أما الثنائي فيُترك لاختبارات قصيرة على محاليل نظيفة.

ما يجب أن تنتجه الحملة المخبرية

• منحنى الجهد-التيار على المحلول الحقيقي، ومنه كثافة التيار الحدية وهامش التشغيل.
• معدل إزالة الأملاح مقابل التيار المطبق، معبَّراً عنه كنسبة الملح المزال في التمريرة لا كرقم كتالوجي واحد.
• الطاقة النوعية بالـkWh لكل كيلوغرام ملح مزال، وهي الرقم الذي يقرر الجدوى أمام التبخير.
• تطور فقدان الضغط في الحزمة، وهو ينذر بانسداد الحشوة قبل ظهور التقشّر.
• ميزان الماء بين الحلقتين: النقل الأسموزي للماء إلى التركيز يقلّل حجم المخفَّف، ويجب قياسه لا افتراضه.

أين يناسب وأين لا

يناسب إزالة الأملاح الجزئية من المحاليل قليلة الملوحة، واستعادة الحمض أو القاعدة من تيارات العملية، وضبط الموصلية قبل راتنج التبادل الأيوني، وتركيز تيار مخفَّف إلى بضعة بالمئة قبل التبلور بالتبخير. ولا يبدل التناضح العكسي فوق تركيز ماء البحر حيث تنقلب كفة الطاقة، ولا يركّز حتى التبلور في حزمة واحدة.

ومتطلبات التغذية هي ما يقرر المشروع: مواد صلبة عالقة دون بضعة mg/L، ولا زيت حر ولا عضوي يغطي الغشاء. عملياً يعني ذلك ترشيحاً، وفي محاليل الاستخلاص بالمذيب مرحلة تجميع. والمواد العضوية هي السبب الأكثر شيوعاً لفقدان الحزمة كفاءتها دون تقشّر مرئي.