Odwrócona Elektrodializa: Zasada Działania i Zastosowania
- Szczegóły
Współczesny przemysł coraz częściej stawia na najwyższą jakość i ekologię. Woda o wysokiej klasie czystości jest niezbędna w wielu procesach technologicznych. Demineralizacja wody jest wyzwaniem, które można skutecznie rozwiązać za pomocą technologii membranowych.
Elektrodializa odwracalna (EDR) jest procesem polegającym na transporcie jonów poprzez naprzemiennie ułożone membrany kationowo i anionowo selektywne z wykorzystaniem energii elektrycznej. Na końcach każdego z modułów EDR umieszczone są elektrody indukujące przepływ kationów i anionów przez poszczególne membrany. Specjalna konstrukcja membran jonoselektywnych umożliwia przepływ dwóch strumieni - odsolonego (diluat) oraz zatężonego (koncentrat).
W modułach EDR okresowo zmieniana jest polaryzacja elektrod, co powoduje zmniejszenie ryzyka foulingu oraz skalingu. System taki ma zastosowanie dla całego zakresu odczynu wody, tj. pH od 1 do 14. EDR stosuje się, gdy jest duże stężenie krzemionki w uzdatnianej wodzie.
Technologia EDR to niskociśnieniowa technologia membranowa o zaawansowanej konstrukcji. Zapewnia wyższy poziom odzysku, przy mniejszym zapotrzebowaniu energetycznym, w stosunku do metod konwencjonalnych.
Elektrodializa odwracalna, czyli odsalanie elektrochemiczne, jest postępem w odsalaniu wody. Jest to proces polegający na odsalaniu wody, poprzez transport jonów przez selektywne membrany, przepuszczające jony.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Zasada działania odwróconej elektrodializy
EDR jest to proces membranowy, w którym jony transportowane są przez membrany kationowo i anionowo selektywne, z użyciem prądu. Dodatnio oraz ujemnie naładowane jony są przyciągane przez elektrody, zlokalizowane na dwóch końcach obudowy modułu. Cały proces jest możliwy dzięki specjalnej konstrukcji membran jonoselektywnych, które przepuszczają dodatnio oraz ujemnie naładowane jony. Pary membran są agregowane w tzw. subblocki i umożliwiają przepływ dwóch strumieni o wysokiej i niskiej zawartości soli. Dzięki zmianie kierunku przepływu strumieni odbywa się samooczyszczenie modułu.
Dzięki zastosowaniu technologii elektrodializy odwracalnej możliwe jest zmniejszenie ilości ścieków powstających w zakładach przemysłowych.
W procesie odwróconej elektrodializy umieszcza się membrany jonowymienne naprzemiennie pomiędzy dwoma roztworami wodnymi o różnym zasoleniu. Różnica stężenia soli tworzy potencjał, który z kolei powoduje przepływ prądu elektrycznego do elektrod podłączonych do obciążenia elektrycznego.
Porównanie z odwróconą osmozą (RO)
Poznaj dwie najważniejsze metody: odwróconą osmozę (RO) i elektrodializę (ED). Obie te technologie mają unikalne zalety, które mogą zdecydować o ich wyborze w różnych zastosowaniach.
Aktualnie dominującą, membranową metodą odsalania wody jest technologia odwróconej osmozy. Odwrócona osmoza pozwala na uzyskanie średnio 75% odzysku oraz 99% odrzutu soli. EDR natomiast pozwala uzyskać 90-95% odzysku przy zachowaniu 50-90% odrzutu soli, w zależności od potrzeb.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Zjawisko odsalania wody w procesie odwróconej osmozy zachodzi pod wpływem przyłożonego ciśnienia oraz specjalnej membrany.
Technologie odwróconej osmozy pozwalają na odsolenie wody w 99%, przy czym są to technologie energochłonne (kosztowny proces). Stosowanie tej technologii ma sens wyłącznie wtedy, gdy priorytetem jest najwyższy poziom odsolenia wody - stosowanej do obiegów wodno-parowych na bloki energetyczne.
W wyniku pracy instalacji odwróconej osmozy produkowany jest permeat (woda uzdatniona) oraz koncentrat („ściek” - odpad uboczny procesu). Stosunek permeatu do koncentratu wynosi średnio 3/1 (75%/25%), a w przypadku wód wysokozasolonych stosunek ten wynosi 1/1 (50%/50%).
W przypadkach, gdzie nie jest wymagana wysokiej jakości woda (o bardzo niskim zasoleniu) - potrzebą rynkową są obniżone koszty eksploatacyjne, przy akceptacji niższego poziomu odsolenia.
Technologia EDR wymaga niskiego ciśnienia medium zasilającego (poniżej 1,7 bar), natomiast technologia odwróconej osmozy pracuje przy ciśnieniu od 10 do 110 bar. Dzięki temu, w technologii EDR mamy znacznie niższe zużycie energii.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
Proces odwróconej osmozy wymaga odpowiedniej jakości wody zasilającej. Zastosowanie technologii EDR sprawdza się dla wód zawierających substancje rozpuszczone, substancje zawieszone w wodzie, wolny chlor oraz inne utleniacze i wysoki współczynnik SDI (Salt Density Index) powyżej 5, które są ograniczeniem do stosowania w powszechnie znanych technologiach membranowych. Elektrodializa odwracalna dobrze pracuje przy wyższych poziomach mętności oraz wskaźnika SDI, a jej membrany są odporne na utleniacze. Jest również odporna na substancje organiczne, a w przypadku zanieczyszczenia cząstkami stałymi istnieje możliwość ich usunięcia.
Uśredniając, we wszystkich instalacjach odwróconej osmozy we wszystkich branżach, ok. 25% wody zasilającej instalacje nie jest ponownie wykorzystana - trafia do ścieków w postaci koncentratu. Zastosowanie technologii EDR jako rozwiązania wypełniającego niszę, pozwoli na zawrócenie do procesów produkcyjnych przynajmniej 50% z powstałego koncentratu.
Tabela porównawcza EDR i RO
| Parametr | Elektrodializa Odwracalna (EDR) | Odwrócona Osmoza (RO) |
|---|---|---|
| Odzysk wody | 90-95% | 75% |
| Odrzut soli | 50-90% | 99% |
| Ciśnienie robocze | Poniżej 1,7 bar | 10-110 bar |
| Wstępne uzdatnianie wody | Nie wymaga | Wymaga |
| Odporność na zanieczyszczenia | Wysoka | Niska |
| Zastosowanie | Gdy nie jest wymagana woda o bardzo niskim zasoleniu | Gdy wymagana jest woda o najwyższym poziomie odsolenia |
Zastosowania odwróconej elektrodializy
Jednym z podstawowych obszarów zastosowania EDR jest uzdatnianie wody przeznaczonej do spożycia. Technologia ta skutecznie usuwa z wody podziemnej i powierzchniowej nadmiar jonów, takich jak chlorki, siarczany czy azotany, które mogą występować w stężeniach przekraczających dopuszczalne normy. EDR wykorzystywana jest również do odsalania wód słonawych. W przypadku wód o wysokim zasoleniu stosuje się wielostopniową elektrodializę.
EDR wykorzystywana jest również w przemyśle spożywczym, m.in. do odsalania serwatki, oczyszczania wód technologicznych, koncentracji soków oraz dekationizacji roztworów owocowych. W przemyśle chemicznym i farmaceutycznym elektrodializa odwracalna służy do oczyszczania i zagęszczania roztworów zawierających sole nieorganiczne oraz inne związki jonowe.
EDR znajduje również zastosowanie w gospodarce ściekowej, gdzie może być używana do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających znaczne ilości soli oraz ich odzysku do ponownego wykorzystania. Ponadto technologia ta jest wykorzystywana do recyklingu wód procesowych, np.
tags: #odwrócona #elektrodializa #zasada #działania
