Die Elektrodialyse dient dazu, mit Hilfe elektrischen Stroms Salz von einer Lösung, dem Diluat, in eine andere, das Konzentrat ), zu transportieren. Dies wird in einer Elektrodialysezelle gemacht, die alle notwendigen Elemente des Prozesses bereitstellt. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Prozessfluss. Das Konzentrat und das Diluat sind durch Membranen voneinander getrennte unabhängige Prozess-Ströme. Durch Stromfluss über die Membranen werden Ionen bewegt.

In der Elektrodialyse-Einheit werden die Lösungen in zwei voneinander getrennten Kreisläufen durch einen Membranstapel gepumpt, in dem Anionen-Austauschermembranen, die nur für Anionen durchlässig sind, und Kationen-Austauschermembranen, die nur für Kationen durchlässig sind, abwechselnd angeordnet sind. Dadurch entstehen die beiden Arten von Kammersystemen (rot und blau in der Abbildung), die sich durch den Membrantyp, der in Richtung der Kathode liegt, voneinander unterscheiden. Wird ein Strom angeschlossen, bewegen sich die Kationen im Diluat (blaue Kammern) auf die Kathode zu und passieren dabei die Kationen-Austauschermembran, die auf dieser Seite liegt; entsprechend bewegen sich die Anionen zur Anode hin und passieren dabei die Anionen-Austauschermembran. Ein Weitertransport dieser Ionen, die sich jetzt in einer Kammer des Konzentrats befinden (rote Kammern), wird durch die jeweils nächste Membran verhindert.

Das folgende Bild zeigt eine Elektrodialyse-Zelle:

Die Zelle besteht aus zwei Elektroden-Endblöcken (PP, grau) und den dazwischen gestapelten Membranen. An den durch einen Stahlrahmen (blau) zusammengepressten Endblöcken befinden sich der Ausgangs- und Eingangsadapter sowie die elektrischen Anschlüsse.

Die folgende Skizze zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Elektrodialyse-Zelle:

Die Membranen sind durch Spacer (5) voneinander getrennt, die aus einem Dichtungsrahmen und einem Netz im aktiven Bereich bestehen. Dieses Netz ist mit dem Elektrolyten gefüllt und verhindert, dass die Membranen sich berühren. Aus den Löchern der Spacer bilden sich Röhren, die so angeordnet sind, dass zwei verschiedene Kanalsysteme entstehen. Auf diese Weise werden der Konzentrat- und der Diluatkreislauf aufgebaut.

Die Elektrodialyse ermöglicht es, Ionenverbindungen aus einer Kammer in eine andere zu transportieren, d.h., sie kann sowohl bei der Übertragung von Salzen als auch von Säuren von einer Lösung in eine andere zur Anwendung kommen. Ein typisches Beispiel ist die Meerwasserentsalzung.

Nicht nur salzige Lösungen können entsalzt und konzentriert werden, sondern auch Säuren. Beispiele für diese wichtige Anwendung sind die Rückgewinnung von Beizsäuren oder das Recycling von Spüllösungen beim Feuerverzinken (englische Zusammenfassung).

Wie bereits gezeigt, findet der Elektrodialyse-Prozess in der Zelle (Stapel) statt. Die Lösungen werden aus einem Vorratsbehälter durch die Zelle gepumpt. Jeder Kreislauf benötigt eine eigene Pumpe, einen Vorratsbehälter und eine Verschlauchung. Nach einem einmaligen Passieren des Stapels ist die Lösung normalerweise noch nicht fertig behandelt (entsalzt von einem Anfangswert zum Zielwert). Die Lösung muss den Stapel mehrmals passieren.

Bei dem einfachsten Verfahren, dem sogenannten Batch-Verfahren, wird eine Lösung so lange durch den Stapel geleitet, bis die Leitfähigkeit der Lösung im Tank ihren Zielwert erreicht. Dabei steigt der Energieverbrauch während des Prozesses an, da der Spannungsabfall über der Zelle zunimmt.

Zwei weitere ED-Zell-Verfahren sind der kontinuierliche Modus (siehe Abbildung oben) und der Feed-and-Bleed-Modus. Beide Verfahren sind unten dargestellt. Um zu entscheiden, ob ein Batch-Verfahren oder ein kontinuierlicher Modus geeignet ist, muss die Stapelkonstruktion berücksichtigt werden. Für einen kontinuierlichen Betrieb muss der Stapel die Lösung in einem Durchgang behandeln. Da eine bestimmte Zeit und eine bestimmte Lösungsgeschwindigkeit erforderlich sind, hat dies Auswirkungen auf die Verfahrenslänge.

Ein laufender ED-Prozess bedeutet, dass die in der Zelle befindlichen Ionen über die Membran bewegt werden. Dieser Schlüsselvorgang muss von allen am Verfahren beteiligten Komponenten, die die Membran umgeben, aufrecht erhalten werden: dem Stapel, den Lösungskreisläufen, dem Strom und der Temperatur.

Ein wichtiger Effekt ist die Konzentrationspolarisation der Ionen auf der Membranoberfläche: In der Lösung bewegen sich alle Ionen in Abhängigkeit von ihrer Konzentration und Beweglichkeit. Auf der Membranoberfläche ändert sich aber sowohl die Beweglichkeit als auch die Konzentration erheblich. Das heißt, es baut sich eine Ionen-Verarmungs- bzw. eine Ionen-Konzentrationsgrenzschicht auf. Vor allem der Aufbau einer Ionen-Verarmungsgrenzschicht sollte vermieden werden, denn diese führt zu einem Anstieg des Ohm'schen Widerstands, zu Wasserspaltung und kann sogar die Membranen verbrennen.