ED / EDR - Zero Liquid Discharge
- Giriş
- Süreç Fonksiyonu
- Avantajlar ve Dezavantajlar
- Süreç Endüstrisi Uygulamaları
1) Giriş
Elektrodiyaliz, Anot (+) ve Katot (-) arasına yerleştirilen, dönüşümlü olarak Anyon seçici membranlar (AM'ler) ve Katyon seçici membranlar (CM'ler) kullanan bir membran işlemidir. Uygulanan elektrik alanı nedeniyle anyonlar Anoda, katyonlar ise Katoda doğru hareket eder. Anyonlar CM'ler tarafından, katyonlar ise AM'ler tarafından durdurulur ve böylece düşük iyon konsantrasyonlu bir işlem akışı (Seyreltici) ve yüksek iyon konsantrasyonlu bir işlem akışı (Konsantre) oluşturulur.
Bir CM ve bir AM çifti ve bu membranlar arasındaki her iki alan bir Hücre Çifti'dir. Bir Hücre Çifti, bir yığının temel birimidir ve (n) kez tekrarlanır. Gerçek bir yığındaki hücre çifti sayısı, elektrodiyaliz sistemine bağlı olarak değişir; tipik bir endüstriyel ölçekli sistemde 600'e kadar hücre çifti bulunabilir. Elektrodiyalizde, pozitif veya negatif elektrik yükü taşıyan askıda katı maddeler, membranın direncini önemli ölçüde artırabilir ve membran yüzeyine çökelir. Bununla birlikte, elektrodiyalizde, uygulanan elektrik potansiyelinin polaritesinin belirli zaman aralıklarında tersine çevrilmesiyle bu sorun büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır; bu da membranlar üzerinde çökelmiş yüklü parçacıkların uzaklaştırılmasıyla sonuçlanır. Bu teknik, elektrodiyaliz ters çevirme (EDR) olarak adlandırılır.
2) Proses Fonksiyonu
Şekil 1, Elektrodiyaliz ters çevirme işleminin şematik açıklaması
Her bir EDR yığınında, elektrik akımı iletebilen ve yığın etrafında bir elektrik alanı oluşturulmasına olanak tanıyan sulu bir tuz çözeltisine batırılmış dış tarafta iki elektrot bulunur. İyon dengesini korumak için tuz çözeltisi pompalanır. Tuz çözeltisi (besleme akımı) iyon değişim membranları arasında da bulunduğundan, elektrik alanı iyon taşınmasına neden olur. Elektrotlar arasındaki, "Seyreltici" olarak işaretlenmiş boşluklarda, katyonlar CM'den negatif elektroda (katot) doğru yayılırken, anyonlar AM'den pozitif elektroda (anot) doğru yayılır. Seyreltici beslemesinden çıkan iyonlar, komşu konsantre besleme odasına doğru hareket eder ve bu da EDR prosesinin seyreltici odalarındaki iyon konsantrasyonunda bir düşüşe yol açar. Konsantre odalarında, katyonlar negatif elektroda doğru hareket etmeye çalışır ancak AM tarafından engellenir ve anyonlar pozitif elektroda doğru hareket etmeye çalışır ancak CM tarafından engellenir. Bu, konsantre odalarındaki ilgili konsantrasyonlarının artmasına yol açar. EDR'de, elektrotlardaki voltaj her 30-60 dakikada bir tersine çevrilir; bu da iyon taşınmasının yönünü tersine çevirir ve membran yüzeyinden ciddi, belki de onarılamaz hasara neden olabilecek elektriksel olarak yüklü maddelerin uzaklaştırılmasına neden olur. Genel olarak önceden çıkarılması tavsiye edilir:
- dağılmış parçacıklar,
- kolloidler
- hümik asitler
- yağlar ve katı yağlar
- dağılmış sızdır,
- kolloidler
- hümik asitler
- yağlar ve katılaştırıcılar
ED membranlarının ortalama ömrü 5 ile 7 yıl arasındadır.
3) Avantajlar ve Dezavantajlar
Avantajlar:
EDR'nin başarısını oluşturan avantajlı özellikleri vardır. İlki, polarite ters çevirme özelliği sayesinde çok yüksek su geri kazanımı sağlayabilmesidir; bu da, doygunluğun çok ötesinde konsantre tuz ölçek faktörlerine sahip beslemelerin herhangi bir kimyasal madde kullanılmadan arıtılmasına olanak tanır. Kireç önleyici eklenmesiyle EDR, tuz toleransını daha da artırır.
Basınçla çalışan bir işlem olan RO'nun aksine, EDR, besleme suyunu iyon değişim membranlarının yüzeyinden akıtarak çalışır; bu sırada bir elektrik alanı iyonları membranlar boyunca uzaklaştırır. EDR, RO'nun aksine, geri kazanım verimliliğini sınırlayan kompakt bir kirlenme tabakasına sahip değildir.
Dezavantajları:
En büyük dezavantajı, belirli bir akım yoğunluğunun (Akım Yoğunluğu Sınırı) ötesinde, iyonların EDR membranlarından difüzyonunun uygulanan voltaja doğrusal olmaması, bunun yerine suyun ayrışmasına (suyun H⁺ ve OH⁻ iyonlarına ayrılması) yol açması ve sistemin verimliliğini düşürmesidir. Bu nedenle EDR her zaman akım yoğunluğu sınırının altında çalışmalıdır. Belirli bir besleme için CDL'yi belirlemek için deneysel ölçüm prosedürleri mevcuttur.
EDR'nin bir diğer dezavantajı ise mikroorganizmaları ve organik kirleticileri gidermemesidir; bu nedenle yüksek kaliteli su gerekiyorsa her zaman bir son işlem gereklidir.
4) Proses Endüstrisi Uygulamaları
|
|||||
6. İyonların bir işlem akışından uzaklaştırılması veya konsantre edilmesi gereken sektörler (örneğin kimya endüstrisi) |
Elektrodiyaliz / ED Geri Dönüşü