ההשפעה של ה- Electrodialysis Reversal על מלח נשלל במי שפכים תעשייתיים

פסולת תעשייתית לעתים קרובות נושאת עומסים גבוהים של מלחים מומסים, מציבה אתגרים משמעותיים עבור תאימות ושקפת מים. אלקטרודיאליזה רססל (EDR) התפתחה כטכנולוגיית הפרדה חזקה, המונעת מבחינה חשמלית, במיוחד מונדסה כדי להתמודד עם אתגרים אלה.על ידי מינוף שדה חשמלי יישומי ומשנה את רמות הקיטוב הנוכחיות, EDR מסיר ביעילות מלחים ומזהמים אחרים, בעוד שתורמים בדיקות מלחיות ו-ידיות נפוצות של בעיות מחקר נוכחיות, כולל, כולל, ומגבלות מחקר נוכחיות, מנגנונים מתקדמים, מנגנונים מתקדמים, EDR.

מה זה Electrodialysis Reversal?

אלקטרודיאליזה היא desmbrane מבוסס desalination ותהליך טיפול במים המשתמשת קרום אלקטרוני ופוטנציאל חשמלי להטיס מינים ליטוניים מהזנת מים לתוך זרם פסולת מרוכז.בניגוד אלקטרודיאליזה קונבנציונלית (ED), EDR מאז ההפוך באופן זמני את הקוטביות של אלקטרודות ואת הכיוון של זרימת יון, בדרך כלל כל 15 עד 30 דקות זה היה מחוספס באופן דרסטי ולהפחית את המערכת המסחרית במיוחד.

מערכת EDR

ערימה EDR מורכבת מסדרה של שינוי membranes (CEMs) ו anion-exchange membranes (AEMs) ממוקם בין זוג אלקטרודות.המים להאכיל זורם דרך תאים הקשורים מזכרים אלה.

  • (FLT:0Cation-exchange membranes: ⁇ 1) אלה מאפשרים באופן סלקטיבי בצלים (קווי ידיעות כגון Na+, Ca2+, Mg2+) לעבור תוך כדי דחיית סטיות.
  • (ב) [ה]היתר ה[[1790]]: [[המאה ה-20]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0) תאי חשמל:FLT:1rea כל ערימה מכילה תאות של אגדות וקטודה שיוצרים את השדה החשמלי.
  • (ב) ⁇ :0 ⁇ ו-Gelkets: FLT:1) אלה שומרים על גאומטריה ערוץ, לקדם את הבלבול, ולמנוע זרימת קצרי-השכרה.
  • (FLT:0) Power Supply and control: 1FLT:1 A DC Retifier ובקר לוגי בעל תכנות ניהול מתח, נוכחי ותזמון הפוך.

התפקיד של ה-Polarity Reversal

התכונה המגדירה של EDR היא הניתוק המחזורי של הכיוון הנוכחי החשמלי.במהלך הקוטביות הקדמית, הגזרות נודדות לעבר ה- Cathode וה anions לכיוון ה-aode, ומייצרות זרם מוצר צלול וזרם רחב מרוכז.כאשר הקצובות לאחור, תפקידי החלפת אלקטרודות, ואת התאים dilute ומרכזת גם את פעולתם של אלה משרתת מספר מטרות:

  • דיס לשכות מקיפים את הבשורות ואת הרעלים האורגניים משטחים של קרום לפני שהם יכולים ליצור פיקדונות קבועים.
  • חוסנים חלקיקים שיכולים לצבור בערוצי זרימה, המאפשרים להם להיסחף במהלך מחזור ההשמצה שלאחר מכן.
  • מינימלית ריכוז קוטב ושומר על ביצועים יציבים על פני פעולה מורחבת.

המרווח ההפוך ורצף השטף של ה-Folsh הם אופטימיזציה על בסיס קומפוזיציה מים של מזון, וניתן להתאים בזמן אמת.מערכות EDR מודרניות משלבות לעתים קרובות ניטור אוטומטי כדי לגרום לניתוק בהתבסס על מוליכות או לחץ שונה מאשר נתבים קבועים.

מכניזם של מלח נשלל ב- EDR

הסרת מלח ב EDR מתקדמת באמצעות עקרונות אלקטרודיאליזה המוגברת על ידי מחזור ההפיכה.המנגנון הבסיסי כרוך בשלושה תהליכים הקשורים: הגירה של יון על פני קרום סלקטיבית, קיטוב ריכוז על פני משטחים של קרום המוח, והסרת מלחים שנצברו במהלך מחזורי השבר והפלוש.

הגירה וממברה (Membrane Selectivity)

כאשר מתח DC מוחל על פני זוג אלקטרודה, שדה חשמלי מניע ions דרך הפתרון. Cations לנוע לעבר קטואדה ו anions לכיוון ה aode.הסידור המחליף של CEMs ו AEMs יוצר שינוי dilute ורכז תאים. בתוך תא dilute, cations לעבור דרך CEM בצד אחד חסום על ידי AEM באופן משמעותי על השני, בעוד שהוא מוגבל לתוך תא מים.

ריכוז Polarization והגבלת ההווה

כפי שהצלחות מוסרות מחדר dilute, ריכוז המלח המקומי טיפות פני השטח של membrane.תופעה זו, המכונה ריכוז הקיטוב, יכול להגביל את היעילות הנוכחית ולגרום למים פיצול (hydrolysis) במתחים יישומיים גבוהים. מערכות EDR לפעול מתחת לצפיפות הנוכחית כדי למנוע קיטוב יתר.ה מחזור ההפוגה מספק הקלה תקופתית על ידי משבשת ריכוזים יציבים בעייתיים ושכבת טווח זה מאפשר מעבר לדלקת אלקטרורדמת זרם גבוה יותר מאשר לדלקת הנוכחית.

ארכיון תגיות: Flush Cycle Mechanics

במהלך האירוע ההפוך, כוח אספקת מתגים קוטביות ובו זמנית מפנית מוצרים ומרכזת זרמים באמצעות שסתום ממונעים. לתקופה קצרה (בדרך כלל 1 עד 2 דקות), הזרם מכוון לבזבוז.צעד זה מסלק את הפתרון המאורגן כעת שהיה מכווץ בצד המוצר הקודם, יחד עם כל מקטעים מחוסנים ומופרעים.

היתרונות של אלקטרודיאליזה Reversal עבור מלח תעשייתי

EDR מציע מספר יתרונות משכנעים על טכנולוגיות אחרות של פלנציה ומלח, במיוחד עבור מי פסולת תעשייתי עם תוחלת בינונית עד גבוהה של סלמון ומאתגר פוטנציאל רעייה.

התנגדות גבוהה לממבריה ל-Fouling and Scaling

המנגנון המחזורי הוא EDR ’ היתרון החשוב ביותר. ב אלקטרודיאליזה קונבנציונלי ו-osmosis הפוכה (RO), פיזור בלתי הפיך ומדפי הם גורמים מובילים לירידה בביצועים והחלפת membrane. EDR & #8217; קוטביות משבשת פיזית את היווצרות של קנה מידה גבישי (קליום פחמן, סידן, שיתוק, לעומת שבועות קירור) וניקוי מוקדם יותר מכווץ במשך חודשים קשים, כגון קירור, כמו ריצה, כגון קירור, כגון מחזורי, או מכווץ, למשל, לחץ דם קשה, לחץ דם, או מטווח חודשים, למשל, לחץ דם, לחץ דם, כמו גם על פני כדוריות, כמו ריצה, כמו ריצה, לחץ דם קשה, למשל, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, או מכווץ, או מכווץ, על פני כדוריות, מכווץ, לחץ דם, מכווץ, על פני כדוריות, מכווץ במשך חודשים קשים, מכווץ, מכווץ במשך שנים קשה, כמו גם על פני כדוריות, 000 שנים של מחזורי, מכווץ, כמו גם על פני כדוריות, לחץ דם אורגני, מכווץ, מכווץ, מכווץ, מכווץ, מכווץ, מכווץ, מכווץ, 000 שנים של מחזור

חסכון במים גבוהים

EDR יכול להשיג שיעורי התאוששות מים של 85% עד 95% על מי פסולת ותעשייתיים, לעתים קרובות מעל RO התאוששות על מזון דומה.היכולת להתרכז זרמי ארסין עוד יותר להפחית את נפח הפסולת ואת עלויות ה-Sildation מוגבל בעיקר על ידי מגבלות של מלחים כהלוליים של מלחים מלוחים; EDR & #8217; מנגנוני התחדשות, המאפשרים לפעול קרוב יותר לתהליכי חיסרון אחרים מאשר תהליכי נשימה.

יעילות האנרגיה בהשוואה לתהליכים התרמו

עבור הסרת מלח מפתרונות עם סלין מתון (1,000 עד 10,000 מ"ג / L TDS), EDR צורכת 0.5 עד 2.0 קילוואטה למ"ק של מים מוצרים.זה נמוך משמעותית משיטות ההתפלה תרמיות כגון evaporation רב-אפקטי או דחיסה מכנית Vapor, אשר בדרך כלל דורש 10 עד 30 קילוואט / m3, בעוד osmosis לאחור יכול להיות יעיל יותר אנרגיה ברזולוציה נמוכה יותר, כלומר, כמות אלקטרוליטיות מופחתת, כגון צריכת חשמל מופחתת, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

היכולת לשמור על איכות מים

פסולת תעשייתית לעתים קרובות משתנה בהרכב עקב תהליכים אצווה, שינויים עונתיים, או מחזורי ייצור. מערכות EDR יכולים לסבול שינויים מהירים בסליליות, pH, וטמפרטורה יותר ברת חסד מאשר RO membranes, שהם רגישים מאוד ללחץ אוסמוטי ורמת.התהליך ההפוך מאפשר גם EDR להתאושש מאירועים מפגיעה מבלי צורך ניקוי כימי אגרסיבי זה כוח פעולה יעיל להפחית את המורכבות ותחזוקת זמן.

אין טיפול כימי הנדרש

תהליכים רבים של קרום דורש טיפול כימי נרחב כולל נוגדנים, הסתגלות pH, ו biocides כדי למנוע עבירה. מערכות EDR יכולות לפעול לעתים קרובות עם מינון מינימלי או ללא כימיקלים, כי המנגנון ההפוך השולט באופן לאין שיעור.זה מפחית עלויות התפעול, סיכונים כימיים, ואת טביעת הרגל הסביבתית הקשורה לכימיקלים לטיפול.

יישומים תעשייתיים של EDR עבור מלח

EDR הוא פרוס על פני מגוון רחב של תעשיות שבהן שיטות דיספלנציה קונבנציונליות נאבקים עם פוטנציאל מדרג גבוה, משתנה חסר השפעה או מטרות איכות מים קפדניות.

ייצור כימי

צמחים כימיים מייצרים זרמי פסולת עשירים בסויום כלוריד, סולפט, וצלומי מתכת כבדים מתהליכים כגון ייצור כלור-אלקלי, ייצור פיגמנט, וסינתזה אורגנית. מערכות EDR הותקנו כדי לטפל בזרמים אלה לשימוש פנימי, צמצום הביקוש במים מתוקים וצמצום דמי השחרור של מים מתוקים.לדוגמה, יצרנית כימית גדולה בדרום-מזרח ארה"ב משתמשת ב- 500 / יום להפחתה של מים מעורבים מנפח מים והשגת מים חמים להפחתה עמוקה.

עיבוד מזון ו Beverage

פעולות עיבוד מזון לייצר פסולת גבוהה מן ציוד ניקוי, rinsing המוצר, ונוסחאות בולטות. Dairies, חפיסות בשר, ותותחי ירקות אימצו EDR כדי desalinate תהליך מים ומאפשרים את השימוש שלה עבור יישומים שאינם ניתנים להחלפה כגון פלושינג קירור וקירור.ה ביעילות מסירת נתרן, כלור, אשלגן ללא היכרות עם כימיקלים שיכולים לבודד את המוצר ב-95% מ-iOSCenexreshin.

טקסטיל Dyeing ו-Switching

פסולת טקסטיל מפסולת המכילה רמות גבוהות של מלחי נתרן מ אמבטיות צבע, לתקן סוכנים, ותהליכי פיסול. מלחים אלה להפריע לטיפול ביולוגי והגבלת אפשרויות שימוש במים. צמחי EDR כבר מיושם לטיפול בזרמים חסרי צבע, צמצום התוכן מלח מ-5,000 ppm ל- פחות מ -100 ppm במעבר יחיד.המים האחוריים בשימוש מחדש בתהליך צבע, חסך עד 60% מ-R.

עיבוד מינרלי ו-מינרלי

פעולות מינון, במיוחד אלה העוסקים בפתרונות הרה של הירך והפליאה, מייצרים כמויות גדולות של מים היפרסאלין שחייב להיות מנוהל כדי למנוע זיהום סביבתי. EDR משמש יותר ויותר לטיפול בפתרונות הרותים של heap-leach ומעבדים זנבות מים דלים.היכולת להתמודד עם פוטנציאל דחיסה גבוהה של סידן ומגנזיום הופכת את EDR מתאים לזהב, נחושת, ו-Folststs.1,2002 משתמשים בתהליך מים מתוקים כדי להשיג מים מתוקים ו-Day.

הדור של כוח

מגדלי קירור בתחנות כוח דורשים מכווצות קבועות כדי לשלוט בצטברות מלח.מים אלה יכולים להכיל 5,000 עד 15,000 ppm TDS יחד עם מעכבי קורוזיה וביוצידס. מערכות EDR מותקנות במספר תחנות כוח משולבות במזרח התיכון וארה"ב מטפלות בפיצוץ המגדל קירור לאחור לשימוש חוזר כמו קירור מגדל איפור או האכלה רותחת.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלה, EDR יש מגבלות שיש לקחת בחשבון במהלך בחירת עיצוב ומערכת.

Membrane Degradation Over Time

Ion-exchange membranes ב EDR הם כפופים להשפלה כימית ומכנית על החיים התפעוליים שלהם. Cation ו anion Exchange membranes עשוי לחוות אובדן יכולת חליפין עקב התקפה חמצון (למשל, מכלור, מכלור השוכן), הידרוליזה ב pH קיצוני, או נזק פיזי מלחץ.

עלויות הון גבוהות

מערכות EDR בדרך כלל יש עלויות הון ראשוניות גבוהות יותר מאשר מערכות אוסמוזה הפוכה של אותה יכולת, בעיקר בשל אזור membrane גדול הנדרש ואת הצורך באספקת חשמל מיוחדת והתחדשות valving. עבור מערכות קטנות (< 100 m3 / יום), ההבדל העלות יכול להיות משמעותי.עם זאת, ניתוח עלות מחזור חיים הכולל מעדיף לעתים קרובות EDR כאשר פוטנציאל הוא גבוה כימי או טרום טיפול עבור עלויות RO הם מוגזם.

אנרגיה גבוהה מאוד

צריכת האנרגיה של EDR עולה לינארי עם כמות המלח הוסרו ועם המתח הישומי הנדרש כדי להתגבר על התנגדות חשמלית בתא הריכוז. עבור שפכים עם TDS מעל 30,000 ppm, EDR הופך פחות אנרגיה תחרותי בהשוואה לתהליכים תרמיים כמו דחיסה מכנית vapor.בנוסף, ההתנגדות המרכזית עולה כמו מלח הוסר, הדורש מתח גבוה יותר כדי לשמור על מערכות היברידיות עם tramosis משמשים לעתים קרובות עבור יישומים כגון evaalices.

המונחים:

כמו כל טכנולוגיות desalination, EDR מייצרת שפע מרוכז כי יש לנהל.נפח הנפח הוא בדרך כלל 5% עד 15% של זרימת להאכיל, בהתאם להחלמה.אפשרויות לרשות השתן כוללות הזרקת עמוק, בריכות evaporation, ושחרור לתפירה או קבלת מים תחת אישור.עבור מתקנים תעשייתיים של הקרקע, צמצום ושימוש מועיל (למשל, מלח) הם אזורי מחקר פעילים.

פיתוחים וחדשנות עתידיים

מאמצי המחקר והפיתוח של האונרך מתמקדים בהגדלת ה- EDR ’ המגבלות הנוכחיות והרחבת הכדאיות שלה לתחומים תעשייתיים חדשים.

חומרים מתקדמים

הדור הבא של membranes מפותח עם יציבות כימית משופרת, נחיתות גבוהה יותר, והתנגדות חשמלית נמוכה יותר. Composite membranes שילוב oxide גרפן, sulfonated פולית ישרונים (SPEEK), ופולימרים מתקדמים אחרים הוכיחו התנגדות משופרת לטעימה וחמצן מסחרי.

עיבוד תהליכים באמצעות מודלים ובקרה

תאומים דיגיטליים ואופטימיזציה של תהליכים בזמן אמת הם מועברים לפעולה בסדר גודל EDR. אלגוריתמים מתקדמים כי להתאים באופן דינמי מתח, קצב זרימה, ותזמון הפוך המבוסס על מוליכות להאכיל מיידית ומאינדיקטורים מרעימים יכול לשפר את יעילות האנרגיה ב -10% עד 20% ולהפחית את ההתערבות של מכונות למידה מודלים הכשרה על נתונים תפעוליים משמשים כדי לחזות ירידה קרום וניקוי פעיל.

תהליכים היברידיים ופולשים

שילוב EDR עם טכנולוגיות טיפול אחרות יכול להרחיב את יכולות הסרת מלח שלה.אלקטרודיאליזה metathesis (EDM) משתמש קבוצה שנייה של membranes כדי להמיר מלחים לא רצויים לצורות מלוטשות יותר, המאפשר התאוששות גבוהה יותר.מערכות היברידיות EDR-RO מאפשרות יחידת RO לטפל במים הגדולים בעוד EDR מטפל בפיצוץ, השגת התאוששות כוללת מעל 95%, בדומה לאלקטרוגנציה אלקטרורדית (re) לתהליכים אולטרה-סגולה).

עיצובים סקאלה ומודולאריים

יצרנים מפתחים מחסניות EDR מודולריות שניתן לשלוח כיחידות Plug-and-play וניתן בקלות בקנה מידה על ידי הוספת מודולים. גישה זו מפחיתה את עלויות ההתקנה של האתר ומאפשרת תעשיות להתחיל עם מערכות קטנות יותר ולהרחיב ככל צרכי טיפול במים לגדול. Integrated control לוחות עם ניטור מרחוק לפשט ניתוח ופתרון בעיות עבור מתקנים ללא צוות טיפול במים ייעודי.

Zero Liquid Discharge (ZLD) אינטגרציה

EDR משמש יותר ויותר כמרכיב מרכזי במערכות פריקה נוזליות אפס.על ידי ריכוז חשוף קרוב לעקביות, EDR Upstream של גבישיצר מפחית את האנרגיה התרמית הנדרשת עבור evaporation הסופי. כמה מתקני ZLD בהודו וסין משתמשים EDR כדי לטפל בשרט ובמים כימיים, השגת 99% התאוששות מים ומאפשרת שחזור מלח עבור שימוש חוזר בייצור.

מסקנה

אלקטרודיאליזה רססל הוכיחה להיות טכנולוגיה יעילה מאוד ונקייה להסרת מלחים ממי פסולת תעשייתית.הקוטביות תקופתית שלה מטפל בבעיות מרעישות ומדרגות שמגבות תהליכים אחרים, בעוד יעילות האנרגיה שלה והתאמה לתנאי מזון משתנים להפוך אותו אטרקטיבי יותר עבור מגוון רחב של תעשיות.

(ב) לקריאה נוספת על יסודות EDR ומחקרי מקרה תעשייתי, ייעוץ משאבים מה-FLT:0U.S. Environmental Protection Agency ’ תוכנית המחקר desalination של מחקר סימול 1LT:1, 2Lentech & #8217; סקירה טכנית של FLT 3:FLT 3: ו-FLT:4 מים  הערכה של EDR עבור Reuse תעשייתי:5;