Электродиализ (ЭД) представляет собой перспективный метод очистки сточных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов, в частности никеля (Ni²⁺). В данной работе исследована кинетика процесса электродиализа с использованием анионо- и катионообменных мембран (МА-41П и МК-40Л) для удаления Ni²⁺ из растворов с начальными концентрациями от 40 до 160 мг/л. Установлено, что эффективность очистки достигает 99,3%, что подтверждает высокую селективность метода. Ключевым фактором, влияющим на скорость и эффективность процесса, является плотность тока. Оптимальное значение 20 А/м² обеспечивает баланс между высокой степенью очистки и энергозатратами. Увеличение плотности тока свыше этого значения не приводит к значительному росту эффективности, но существенно повышает расход электроэнергии. Кроме того, показано, что при высокой начальной концентрации никеля (160 мг/л) процесс замедляется из-за насыщения мембран и возможного образования осадков. Важным аспектом исследования стал анализ электродиффузионной проницаемости мембран. Установлено, что с ростом плотности тока коэффициент проницаемости снижается на 55%, что связано с увеличением градиента концентрации и изменением свойств мембраны под воздействием электрического поля. На основе экспериментальных данных предложена технологическая схема очистки промышленных стоков, включающая этапы нейтрализации, электродиализа и утилизации концентрата. Очищенная вода может быть возвращена в производственный цикл, а никельсодержащий концентрат — переработан для повторного использования. Результаты работы демонстрируют высокую эффективность электродиализа для очистки сточных вод от никеля и могут быть использованы для оптимизации промышленных процессов с учетом экономических и экологических требований.

1. Xiang H., Min X., Tang C., Sillanpää M., Zhao F. Recent advances in membrane filtration for heavy metal removal from wastewater: A mini review // Journal of Water Process Engineering. 2022. Vol. 49.

2. Juve J., Christensen F., Wang Y., Wei Z. Electrodialysis for metal removal and recovery: A review // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 435. No. 2.

3. Abdullah N., Rahman M.A., Othman M.H.D. et al. Recent trends of heavy metal removal from water/wastewater by membrane technologies // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2019. Vol. 76. Pp. 17–38. doi: 10.1016/j.jiec.2019.03.029

4. Шестаков К.В., Лазарев С.И., Полянский К.К., Игнатов Н.Н. Восстановление железа, никеля и меди из сточных вод производства печатных плат методом электродиализа // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. № 5. С. 547–542.

5. Benvenuti T., Krapf R.S., Rodrigues M.A.S. et al. Closing the loop in the electroplating industry by electrodialysis // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 155. Pp. 130–138.

6. Шестаков К.В., Лазарев С.И., Крылов А.В., Лазарев Д.С., Ломакина О.В. Влияние исходной концентрации ионов металлов в многокомпонентных растворах на процесс электродиализной очистки // Вестник Технологического университета. 2023. Т. 26. № 3. С. 21–25.

7. Benvenuti T., Bernardes A.M., Rodrigues M.A.S. Electrodialysis treatment of nickel wastewater // Electrodialysis and Water Reuse: Novel Approaches. 2014. Pp. 133–144.

8. Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б. Применение биполярного электродиализа с модифицированными мембранами при очистке хромсодержащих сточных вод гальванического производства // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 10. С. 4–9.

9. Бывшева О.С., Ильина С.И., Быков И.В. и др. Применение электрохимических методов очистки гальваностоков // Тенденции развития науки и образования. 2020. № 65–2. С. 84–92.

10. dos Santos C.S.L., de Almeida Neto A.F., Vieira M.G.A. Electrodialysis for removal of chromium (VI) from effluent: Analysis of concentrated solution saturation // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. Vol. 7. No. 5. Pp. 103380. doi: 10.1016/j.jece.2019.103380

11. Juve J.M.A., Christensen F., Wang Y., Wei Z. Electrodialysis for metal removal and recovery: A review // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 435. Pp. 134857.

12. Nemati M., Hosseini S.M., Shabanian M. Novel electrodialysis cation exchange membrane prepared by 2 acrylamido 2 methylpropane sulfonic acid; heavy metal ions removal // Journal of Hazardous Materials. 2017. Vol. 337. Pp. 90–104. doi: 10.1016/j.jhazmat.2017.04.074

13. Benalla S., Elazhar F., Zouahri A. et al. Feasibility of electrodialysis in heavy metals removal from brassware wastewaters // Desalination and Water Treatment. 2021. Vol. 240. Pp. 106–114.

14. Benvenuti T., Krapf R.S., Rodrigues M.A.S. et al. Closing the loop in the electroplating industry by electrodialysis // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 155. Pp. 130–138.

15. Yan K., Wei Y., Zhao S. et al. An efficient Two-Chamber Electrodeposition-Electrodialysis combination craft for nickel recovery and phosphorus removal from spent electroless nickel plating bath // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 295. Pp. 121283. doi: 10.1016/j.seppur.2022.121283

16. Wang C., Li Y., Liu X. et al. Removal of low concentrations of nickel ions in electroplating wastewater by combination of electrodialysis and electrodeposition // Chemosphere. 2021. Vol. 263. Pp. 128208 doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.128208

17. Klishchenko R., Chebotarova R. Removal of nickel from electroplating wastewater by a combination of electrodialysis and electrodeposition // Journal of Water Chemistry and Technology. 2023. Vol. 45. No. 4. Pp. 378–382.

18. Гонова В.А. Экспериментальное исследование очистки растворов от ионов никеля методом электродиализа // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2023. № 1 (73). С. 37–41.

19. Lv M., Zhang Y., Li Y. et al. Recovery of boron and zinc from wastewater via electrodialytic metathesis // Desalination. 2024. Vol. 586. Pp. 117900. doi: 10.1016/j.desal.2024.117900

20. Liu Y., Zhang H., Wang X. et al. Recovery of nickel, phosphorus and nitrogen from electroless nickel-plating wastewater using bipolar membrane electrodialysis // Journal of Cleaner Production. 2023. Vol. 382. Pp. 135326.

21. Li Y., Wang J., Chen X. et al. A novel electrochemical membrane filtration system operated with periodical polarity reversal for efficient resource recovery from nickel nitrate laden industrial wastewater // Water Research. 2024. Vol. 266. Pp. 122424. doi: 10.1016/j.watres.2024.122424.

22. Чепеняк П.А., Головашин В.Л., Лазарев С.И. Электродиффузионная проницаемость ультрафильтрационных мембран в водных фосфатсодержащих растворах // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2012. Т. 55. № 8. С. 52–56.