ED / EDR - Zero Liquid Discharge
- Inleiding
- Procesfunctie
- Voordelen en nadelen
- Toepassingen in de procesindustrie
1) Inleiding
Elektrodialyse is een membraanproces dat gebruikmaakt van afwisselende anionselectieve membranen (AM's) en kationselectieve membranen (CM's), geplaatst tussen een anode (+) en een kathode (-). Door het aangelegde elektrische veld bewegen anionen naar de anode en kationen naar de kathode. Anionen worden tegengehouden door de CM's en kationen door de AM's, waardoor een processtroom met een lage ionenconcentratie (verdunningsmiddel) en een processtroom met een hoge ionenconcentratie (concentraat) ontstaat.
Een paar bestaande uit een CM en een AM, en de gebieden tussen deze membranen, vormen een celpaar. Een celpaar is de basiseenheid van een stapel en wordt (n) keer herhaald. Het aantal celparen in een daadwerkelijke stapel varieert afhankelijk vanhet elektrodialysesysteem, met wel 600 celparen in een typisch industrieel systeem.
Bij elektrodialyse kunnen zwevende deeltjes met positieve of negatieve elektrische ladingen de weerstand van het membraan dramatisch verhogen en worden afgezet op het membraanoppervlak. Bij elektrodialyse is dit probleem echter grotendeels opgelost door de polariteit van de aangelegde elektrische potentiaal in bepaalde tijdsintervallen om te keren, waardoor geladen deeltjes die op de membranen zijn neergeslagen, worden verwijderd. Deze techniek wordt elektrodialyse-omkering (EDR) genoemd.
2) Procesfunctie
Fig. 1, Schematische beschrijving van het elektrodialyse-omkeerproces
In elke EDR-stapel bevinden zich twee elektroden aan de buitenzijde die ondergedompeld zijn in een waterige zoutoplossing. Deze oplossing geleidt elektrische stroom en zorgt voor een elektrisch veld rond de stapel. De zoutoplossing wordt rondgepompt om de ionenbalans te handhaven. Omdat er ook zoutoplossing (toevoerstroom) tussen de ionenwisselingsmembranen aanwezig is, zorgt het elektrische veld voor ionentransport. In de ruimtes tussen de elektroden, aangeduid als 'Verdunningsmiddel', diffunderen de kationen door het CM naar de negatieve elektrode (kathode), terwijl de anionen door het AM naar de positieve elektrode (anode) diffunderen. De ionen die de verdunningskamer verlaten, bewegen zich naar de aangrenzende concentraatkamer. Dit leidt tot een daling van de ionenconcentratie in de verdunningskamers van het EDR-proces. In de concentraatkamers proberen de kationen naar de negatieve elektrode te bewegen, maar worden geblokkeerd door het AM. De anionen proberen naar de positieve elektrode te bewegen, maar worden geblokkeerd door het CM. Dit leidt tot een toename van hun respectievelijke concentraties in de concentraatkamers.Bij EDR wordt de spanning op de elektroden elke 30-60 minuten omgekeerd, waardoor ook de richting van het ionentransport omkeert en elektrisch geladen stoffen die ernstige, mogelijk onherstelbare schade kunnen veroorzaken, van het membraanoppervlak worden verwijderd. Het wordt over het algemeen aanbevolen om deze stoffen vooraf te verwijderen.
- verspreide deeltjes,
- colloïde
- humuszuren
- oliën en vetten
De gemiddelde levensduur van ED-membranen ligt tussen de 5 en 7 jaar.
3) Voordelen en nadelen
Voordelen:
EDR heeft gunstige eigenschappen die het tot een succes maken. Ten eerste is er het vermogen van EDR om een zeer hoge waterterugwinning te bereiken dankzij de polariteitsomkering, waardoor het mogelijk is om, zonder chemicaliën, voedingswater met een hoge concentratie zoutaanslag, die ver boven de verzadigingsfactor ligt, te behandelen. Met de toevoeging van een antikalkmiddel verhoogt EDR zijn zouttolerantie nog verder.
In tegenstelling tot RO, dat een drukgedreven proces is, werkt EDR door voedingswater over het oppervlak van ionenwisselingsmembranen te laten stromen, terwijl een elektrisch veld de ionen door de membranen verwijdert. EDR heeft geen compacte vervuilingslaag zoals RO, wat de terugwinningsefficiëntie beperkt.
Nadelen:
Een belangrijk nadeel is dat boven een bepaalde stroomdichtheid (Current Density Limit, CDL) de diffusie van ionen door de EDR-membranen niet langer lineair is met de toegepaste spanning, maar leidt tot waterdissociatie (het splitsen van water in H⁺- en OH⁻-ionen) en een lagere efficiëntie van het systeem. Daarom moet EDR altijd onder de stroomdichtheidslimiet werken. Er zijn experimentele meetprocedures beschikbaar om de CDL voor een bepaalde toevoer te bepalen.
Een ander nadeel van EDR is dat het geen micro-organismen en organische verontreinigingen verwijdert, waardoor een nabewerking altijd noodzakelijk is als water van hoge kwaliteit vereist is
4) Toepassingen in de procesindustrie
|
Elektrodialyse / ED-omkering