Погружной электрохимический модуль (ПЭМ) ПЭМ – это устройство, с помощью которого какую-либо емкость (ванну) с технологическим раствором или промывной водой можно превратить в мембранный электролизер. ПЭМ позволяет проводить процессы мембранного электролиза непосредственно в ваннах существующей гальванической линии без каких-либо переделок. Таким образом, устраняется потребность в специальном мембранном электролизере, дополнительной площади для его размещения, трубопроводах и насосах, связывающих его с рабочими ваннами.
Принципиальная схема двух- и трехкамерного мембранного электролизера на базе ПЭМ показана на рис. 1. 
Рис. 1. Схема двухкамерного (а) и трехкамерного (б) мембранного электролизера. 1 – корпус ПЭМ;
2 – внутренний электрод;
3 – ионообменная мембрана;
4 – внешний электрод;
5 – ванна с рабочим раствором или промывной водой. Мембраны и электроды Число и полярность электродов, а также количество мембран определяются поставленной задачей, т.к. каждая мембрана пропускает или, наоборот, не пропускает определенные виды ионов, а электроды, расположенные по обе стороны мембраны, при пропускании тока заставляют эти ионы двигаться в требуемом направлении. Помимо этого, большой (а иногда и решающий) вклад в изменение состава раствора внутри ПЭМ и в ванне вносят электрохимические реакции, протекающие на электродах. Так реакция образования водорода (на катоде) всегда снижает рН кислых растворов, повышает содержание щелочи в щелочных растворах и превращает нейтральный раствор в щелочной; реакция образования кислорода на аноде дает противоположный результат. Компоненты процесса Если необходимо удалять из раствора или промывной воды какие-либо ионы, то для решения этих задач мембранный электролиз обычно позволяет использовать сразу несколько возможных вариантов: (1) с помощью переноса через мембрану внутрь погружного модуля,
(2) путем участия в электродной реакции,
(3) за счет образования нерастворимых соединений с другими компонентами раствора. Примеры практического применения ПЭМ. В ванне улавливания после операции хромирования Хорошим примером, иллюстрирующим эти варианты, может служить процесс удаления ионов хромата из промывной воды в ванне улавливания после операции хромирования. ПЭМ с анионообменной мембраной установлен в ванне улавливания (рис. 1а). Анод – внутри модуля, катод – непосредственно в ванне улавливания. В ходе электролиза хромат-ионы удаляются из промывной воды: (1) – путем переноса внутрь модуля;
(2) – восстановления на катоде с образованием ионов Cr3+
(3) – за счет образования нерастворимого хромата, Cr2(CrO4)3.
Сочетание этих трех механизмов позволяет снизить вынос ионов хромата в сточные воды на 95-99% при минимальном расходе электроэнергии и возвращении до 50% хромата из модуля в рабочую ванну. Установив в ванну улавливания два модуля – один с анодом и анионитовой мембраной и второй с катодом и катионитовой мембраной (рис. 1б), удается устранить доступ ионов хромата к катоду и их восстановление. При этом большая часть хромат-ионов переносится внутрь модуля, а затем в виде хромовой кислоты возвращается в ванну хромирования. За счет этого процент рекуперации хромата с 50% до 98 – 99%. Следует особо отметить, что в обоих рассматриваемых вариантах хромовая кислота, накапливающаяся внутри модуля с анодом и возвращаемая в ванну хромирования, не содержит ионов катионных примесей, присутствовавших в электролите хромирования (железо, медь и др.). В ванне химической обработки в хромат-содержащих растворах Другая комбинация мембран и электродов используется для регенерации различных хромат-содержащих растворов, применяемых для осветления и пассивирования цинка, меди и кадмия или снятия соответствующих покрытий с основы. В процессе эксплуатации этих растворов Cr(VI) восстанавливается до Cr(III), обрабатываемый металл (Zn, Cd или Cu) растворяется. В результате в растворах накапливаются ионы трехвалентного хрома и растворяющегося металла, уменьшается концентрация ионов хромата и кислотность раствора в соответствии с уравнением реакции: 3Zn + 2CrO42- + 16H+ → 3Zn2++ 2Cr3+ + 8H2O (1) В литературе описан ряд экспериментов, в которых ПЭМ используют для регенерации технологических растворов и очистки промывных вод [1-16]. Если в ванне с таким раствором находится ПЭМ с катионитовой мембраной, внутренним катодом и внешним нерастворимым анодом (рис. 1а), то в процессе электролиза ионы Zn2+ будут переходить в ПЭМ, а ионы Cr3+ будут окисляться на аноде с одновременным подкислением раствора: Cr3+ + 4H2O →CrO42- + 8H++ 3е- (2)
Zn2+ перенос через мембрану в ПЭМ→ Zn2+
Регулируя силу тока, можно произвольно ускорять или замедлять реакцию (2) и т.о. поддерживать постоянный состав рабочего раствора, отвечающий оптимальным значениям отношения Cr(VI)/Cr(III). При этом, полностью ликвидируются периодические сбросы отработанного раствора, а корректировка сводится к минимуму – компенсации уноса раствора с обрабатываемыми деталями.
| 
