Electrodialyse reversal (EDR)

Introductie
Proces functioneren
Voordelen en nadelen
Procesindustrie toepassingen

1) Introductie

Elektrodialyse is een membraan gedreven proces wat gebruik maakt van een afwisseling tussen anion selectieve membranen (AMs) en kation selectieve membranen (CMs), geplaatst tussen een anode (+) en kathode (-). Door toepassing van een elektrisch veld, migreren anionen richting de anode en kationen richting de kathode. Anionen worden getransporteerd door het AM en gestopt door het CM. Het omgekeerde gebeurt voor kationen. Dit creëert een proces flow waarbij een oplossing ontstaat met een lage ion concentratie (diluaat) en een proces flow met een hoge ion concentratie (concentraat).

De combinatie van een CM en een AM inclusief de flow dispensers tussen de membranen noemt men een cel paar. Een cel paar is de basis unit van een stack. De hoeveelheid cel paren varieert per toepassing. De hoeveelheid cel paren kan oplopen tot 600 in een typisch industrieel systeem.

In elektrodialyse, kunnen positief of negatief geladen zwevende stoffen zich afzetten op het membraan oppervlak. Dit zorgt voor een drastische toename in de weerstand van de membranen. Dit probleem wordt in grote mate verholpen door het tijdelijk omdraaien van de polariteit van het toegepaste elektrisch potentiaal. Hierdoor komen de geladen zwevende deeltjes los en wordt het membraan oppervlak bevrijd. Deze techniek staat bekend als ‘elektrodialyse reversal’ (EDR).

2) Proces Functie

Fig.1, Schematische beschrijving van het electrodialysis reversal proces

Aan de uiteinden van elke EDR-stack zijn er twee elektroden welke zijn ondergedompeld in een waterige zoute oplossing. Hierdoor wordt een elektrisch veld gegenereerd om de stack heen. De zoutoplossing wordt rondgepompt om een ion balans te behouden. De zoutoplossing wordt rondgepompt tussen de ion uitwisselingsmembranen. Door toepassing van een elektrisch veld, worden ionen getransporteerd. In de ruimtes tussen de elektroden, gemarkeerd als ‘Dilutant’ in fig.1, migreren kationen door het CM richting de negatieve elektrode (kathode) en anionen migreren door het AM richting de positieve elektrode (anode).

De ionen die getransporteerd worden uit de dilutant feed, komen terecht in de aangelegen concentraat feed kamer. Hierdoor neemt de ion concentratie in de dilutant af. In de concentraat compartimenten worden de kationen tegengehouden door het AM en anionen tegengehouden door het CM. Hierdoor neemt de zout concentratie toe in de concentraat compartimenten.

In EDR wordt het voltage iedere 30-60 minuten tijdelijk omgedraaid. Dit verwijdert de potentieel schadelijke substanties van het membraan oppervlak. Het is aanbevolen alvorens behandeling met EDR de volgende stoffen te verwijderen:

Zwevende vaste stoffen
Colloïden
Humus zuren
Olie en vetten

De gemiddelde levensduur van ED membranen is tussen de 5 en 7 jaar..

3) Voordelen en nadelen

Voordelen:

EDR heeft voordelige karakteristieken die ervoor zorgen dat het een bewezen techniek is. Met EDR is het mogelijk om een zeer hoge water recovery te behalen zonder het toevoegen van chemicaliën. Feed wateren tot ver boven de saturatie waarde kunnen succesvol behandeld worden met EDR. Met potentiële toevoeging van antiscalant wordt deze zout tolerantie nog hoger.

In tegenstelling tot RO, wat een druk gedreven proces is, stroomt het feed water bij EDR over het oppervlak van de ion uitwisselingsmembranen terwijl een elektrisch veld ionen verwijdert uit de feed stroom. EDR heeft geen last van een compacte fouling laag zoals RO, welke de recovery efficiency limiteert.

Nadelen:

Een groot nadeel is dat boven een bepaalde stroomdichtheid (stroomdichtheid limiet), migratie van ionen door de EDR-membranen niet meer lineair schaalt met het toegepaste voltage. Dit lijdt tot de dissociatie van water tot H+ en OH- ionen. Dit verlaagt de efficiency van het systeem. EDR moet dus onder de stroomdichtheid limiet geopereerd worden. Experimentele meet procedures zijn beschikbaar om deze stroomdichtheid limiet te bepalen per feed water.

Een ander nadeel van EDR is dat het geen micro-organismen en organische verontreinigingen verwijdert. Als een hoge kwaliteit van het water beoogd is, kan een na zuivering stap noodzakelijk zijn.

4) Procesindustrie toepassingen