Türkçe metni rahat izleyebilmeniz için, "browser" ýnýzýn "document encoding" ini "Turkish" olarak deðiþtirdiniz mi ? ...

Ýleri ( Üçüncül ) Arýtma Yöntemleri - 2...

Elektrodiyaliz - 1...

Yazar : Ayþegül Ýyilikçi...

Elektrodiyaliz yöntemi ile desalinasyon ( tuz giderme ) iþlemi aþaðýdaki prensiplere dayanýr.

( 1 ) Su içinde çözünmüþ tuzlarýn çoðu iyonik özelliktedir.
( 2 ) Pozitif veya negatif olarak yüklenmiþ tuzlar zýt elektriksel yükler tarafýndan çekilir. Katyonlar negatif bir kutuba veya elektroda doðru yönlenir.
( 3 ) Membranlar, yüklü olan iyonlarý geçirecek veya geçirmeyecek þekilde seçici olacak tipte teçhiz edilmelidir. Negatif iyonlarý ( anyonlar ) geçirecek ancak katyonlarý geçirmeyecek membranlara " anyon geçirgen " membran denir. Tersi için " katyon geçirgen " terimi kullanýlýr.

Fiziksel Prensipler...

Tuzlu su içindeki çözünmüþ bileþenlerin pek çoðu iyoniktir. Su içinde disperse olan ve yayýlan bu gibi bileþenler, etkili bir þekilde kendi tekil yüklerini nötralize ederler. Elektrodlar direkt akým kaynaðýna baðlanarak, tuzlu su içeren bir kaba yerleþtirilirler. Çözelti içine akým taþýndýðýnda, iyonlar zýt yük taþýyan elektrodlara doðru hareket ederler. Böylece, anyonlar, örneðin Cl ^- pozitif elektroda, katyonlar, örneðin Na ⁺ negatif elektroda taþýnýrlar.



Suyun tuzunu alma iþleminde membranlar ya anyonlarýn ya da katyonlarýn geçmesine izin verecek þekilde elektrodlarýn arasýna sýrayla yerleþtirilirler. Elektrodlar yüklendikçe, anyonlar ana akýmdan ayrýlýrlar ve anyon seçici membran içinden geçerek konsantre hücrede yani yoðun tuz bulunan hücrede birikirler. Bitiþik hücre duvarý katyon seçici olduðundan, anyonlar buradan geçemezler. Benzer þekilde, katyonlar seyrelmiþ akýmdan, katyon seçici membranýn diðer tarafýndaki konsantre hücreye doðru hareket ederler. Burada, onlarýn anyon seçici membranlar tarafýndan daha ileride bulunan negatif elektroda doðru olan hareketleri engellenir. Bu düzenleme ile, konsantre hale gelmiþ ve seyrelmiþ çözeltiler birbirini izleyen membranlar arasýndaki boþluklarý doldurur. Bu gibi boþluklar, yani iki membran ile sýnýrlanmýþ boþluklar ( biri anyonik, diðeri katyonik ) hücre olarak adlandýrýlýrlar. Birisi iyonlarýn taþýndýðý, oluþum suyu için seyrelme hücresi, diðeri ise iyonlarýn konsantre olduðu tuzlu su konsantre hücresidir. Ýþletmede, ana akým, sürekli bir tuzlu ve arýnmýþ su çýkýþý saðlamak için tüm hücreler içinden paralel yörüngelerde eþ zamanlý olarak geçer.

Elektrodiyaliz Ünitesinin Elemanlarý...

Bir elektrodiyaliz ünitesi ; ( a ) DC güç kaynaðýna, ( b ) membran kümelerine, ( c ) çevrim pompasýna, ( d ) ön arýtým ve diðer mekanik aksama sahiptir.



( a ) DC güç kaynaðý : Güç temininin ana elemaný genellikle alternatif akýmý direkt akýma dönüþtüren güç düzenleyicisidir. Direkt akým, ana akýmdan iyonlarý gidermek için membran kümeler üzerindeki elektrodlara uygulanýr.

( b ) Membran kümeler : Kümeler ; elektrodlarý, anyonik ve katyonik geçirgen membranlarý, boþluklarý, suyu bir kümeden diðerine taþýmak için gerekli ekipmaný ve diðer gerekli mekanik aksamý içerir. Membranlar, düzgün tabakalardýr ve genellikle basýncý karþýlamak üzere cam arkasýna bir kumaþ kaplanmasý ile oluþturulmuþ plastik filmlerden yapýlýr. Anyon ve katyon geçirgen özellikler verilmiþ membranlar arasýna, iyon taþýným özellikleri ilave edilir. Membranlarýn kalýnlýðý uygulamaya ve ticari özelliklerine baðlýdýr. Kalýn membranlara daha büyük basýnç uygulanabilir. Bunlarýn ekonomik ömrü daha uzun olup arttýrýlmýþ erozyon dirençleri vardýr. Ýnce membranlar daha düþük elektriksel dirence sahiptir ve böylece enerji gereksinimini azaltýrlar. Tipik olarak, membranlar yaklaþýk olarak 0.56 mm kalýnlýða sahiptirler. Hücreler, arasýnda bir boþluk bulunan iki membrandan oluþur. Hücreler konsantre ve seyrelmiþ hücrelerin sýralanmasý ile kümelenir. Boþluklar farklý tiplerde akým yörüngeleri oluþturmak üzere düzenlenir. Tabaka þeklinde ve çarpýk þekilde akým tasarýmýnda kullanýlan en yaygýn iki akým tipidir. Bu akým tipleri ( boþluk ) aþaðýdaki þekilde verilmiþtir.



Katodda pH'ýn artmasý kalsiyum veya magnezyum birikimine neden olabilir. Bu nedenle katod akýmýný asidik koruma altýnda tutmak için elektrod akýmýna sýk sýk asit ilave etmek gerekir. Bunun sonucunda çözelti içinde çökelme oluþur. Ters elektrodiyaliz iþlemlerinde, anod ve katod elektriksel olarak saat baþýnda birçok kez ters çevrilir ve böylece elektrodlarda önemli ölçüde olan çökelme engellenmiþ olur.

( c ) Çevrim pompasý : Su pompasý sadece suyu kümeler içine çevrim amacý ile kullanýlýr. Genellikle, 3.5 - 5.0 atm'lik bir basýnç gerekir. Bu deðerler, " brackish " suyundaki ters osmoz için gerekli olan 17 - 27 atm'lik basýnçtan çok daha küçüktür. Birleþtirme borusu, vanalar ve diðer ekipman daha düþük basýnç aralýklarý için uygun tolerans sýnýrlarý ve malzeme ile yapýlabilir. Bu durumda standart plastik boru ve donatýlarýn kullanýmý mümkündür. Plastik boru kullanýmý paslanmaz çelik boru kullanýmý ile kýyaslandýðýnda maliyeti önemli ölçüde azaltacaktýr.

( d ) Ön arýtým : Ana akým suyuna belirli bir derecede ön arýtým gereklidir. Bunun nedeni, kümeler içindeki tuzsuzlaþtýrma iþlemi için ana akým suyunu hazýrlamaktýr. Ön arýtma arýtýlacak suyun özelliðine baðlý olarak deðiþir. Ana akýmýn içindeki askýda katý maddelerin veya çözünmüþ katý maddelerin membran yüzeylerine ters etki yaptýðý veya tekil hücreler içindeki dar geçitleri mekanik olarak bloklayarak ters bir etki yarattýklarý bilinmektedir. Ters elektrodiyaliz iþlemleri ile, standart ön arýtma gereksinimi büyük ölçüde azaltýlýr.

Elektrodiyaliz Proses Açýklamasý...

Elektrodlar arasýnda yerleþtirilmiþ hücreler içinden su geçirilir. Elektrodlar üzerindeki elektrik yükü, ana akým suyunu konsantre hale gelmiþ tuzlu su akýmýna membranlar içinden taþýmak için iyonlarý teþvik eden kuvveti saðlar. Ürün su ve tuzlu su sürekli olarak kümeler içindeki borularla taþýnýr. Bu sistem, tuzlu akým içindeki yersel olarak çözünmüþ tuzlarýn kümelerde çökelmesini engellemek için, sýk sýk ilave asit ve / veya polifosfat ilavesi gerektirir. Membran kümeler periyodik olarak çökelen maddeleri gidermek için temizlenmelidir. Ayrýca, yüzeyi aþýndýran maddeleri gidermek için de temizleme iþlemi yapýlmalýdýr. Birçok elektrodiyaliz ünitelerinde bu iþlem iki þekilde yapýlmaktadýr ; ( a ) yerinde temizleme ve ( b ) kümeleri deðiþtirme. Yerinde temizleme iþleminde özel temizleme çözeltileri kullanýlýr ve membran kümeleri içine sirküle edilir. Bu temizleme iþlemine yardýmcý bir iþlemdir. Düzenli aralýklarla kümelerin deðiþtirilmesi ve çökelme ve diðer yüzey aþýndýrýcý maddelerden mekanik olarak temizlenmesi daha etkin bir yöntemdir.

Ters Elektrodiyaliz Proses Açýklamasý...

Standart elektrodiyaliz üniteleri gibi ayný temel prensiplere dayanarak iþletilirler. Fakat, hem çýkýþ suyu ve hem de tuzlu su hücreleri ayný yapýda deðildir. 15 - 20 dakikalýk aralýklarla elektrodlarýn kutuplarý ters çevrilir ve akým da eþ zamanlý olarak kümeler içindeki otomatik vanalar yardýmý ile açýlýr. Böylece ; çýkýþ hücresi tuzlu su hücresi, tuzlu su hücresi de çýkýþ suyu hücresi haline gelir. Sonuçta, tuzlar membranlara zýt yönlerde taþýnýr. Akým ve kutuplarýn ters çevrilmesini takiben, arýnmýþ su hücre ve borular yýkanana ve istenen su kalitesi saðlanana kadar deþarj ettirilir. Bu iþlem yaklaþýk olarak 1 ila 2 dakikalýk bir süre alýr. Geri çevirme süreçleri, çökelmeleri yýkama ve kýrmada, hücreler içindeki diðer çökelti ve birikimleri gidermeye yardým eder. Bu otomatik temizleme iþlemi, ilave asit ve / veya polifosfat ilavesini gereksiz kýlar ve elektod bölmelerindeki çökelme oluþumunu en aza indirger. Böylece, kümelerin deðiþtirilmesi veya yenilenmesi gibi zaman tüketici bir iþlemin süresini uzatýr.

Özgül Enerji Kullanýmý...

Ana enerji gereksinimi ; ( a ) membran kümelerine bir yük uygulamak ve ( b ) kümeler içine atýk ve arýtýlmýþ akýmlarý pompalamak için gerekli güçlerin toplamýdýr. Kabaca, bir membran kümede gerekli enerji 0.7 kWh / m ³ 'tür. Bu deðer, giderilen 1,000 ppm toplam çözünmüþ katý madde için verilmektedir. Bu deðere, çýkýþ suyunun membran kümeye pompalanmasý için gerekli olan 0.5 - 1.0 kWh / m ³ 'lük enerji gereksinimini ilave etmek gerekir. Ayrýca, % 5'lik bir enerji kaybý da dikkate alýnmalýdýr. Toplam enerji kullanýmý, süreçte giderilen toplam çözünmüþ katý madde miktarýna baðlýdýr. Herhangi bir su için, proses verimi birçok faktöre baðlýdýr ; ( a ) motor verimi, ( b ) pompa verimi, ( c ) güç düzenleyicilerin verimi, ( d ) kümelerdeki kayýplar ve ( e ) su sýcaklýðý. Motor ve pompalardaki verim sadece direkt elektrik yolu ile deðil, ayný zamanda uygun motor ve pompa seçimine baðlýdýr.

Su Sýcaklýðýnýn Önemi...

Su sýcaklýðý, hücreler içindeki iletkenliði etkiler. Sýcaklýk artýnca iletkenlik de artar, güç tüketimi ve kümelerdeki mukavemet azalýr. 1 ^O C baþýna % 1.8'den biraz daha fazla oranda mineral giderimi artar. Birçok elektrodiyaliz membranlarý 38 ^O C'ye kadar kararlýdýr. Bununla birlikte, sýcaklýktaki artýþ ilk olarak kümeler içindeki güç tüketimini etkiler. Bundan pompalar da etkilenir ve enerji tüketimi artar. Sýcaklýktaki artýþýn yüksek TDS içeren tesislerde, daha az TDS içeren tesislere göre daha belirgin ölçüde olduðu söylenebilir.

Nihai Arýtým...

Nihai arýtým besleme suyunun tipine ve ön arýtým derecesine baðlýdýr. Ters elektrodiyaliz iþleminde nihai arýtým sadece dezenfeksiyonla sýnýrlanabilir.

Ekipman Seçimi ve Optimizasyonu...

Tasarým ve imalatta yapýlabilecek bir optimizasyon için, ekipman ve kullanýlan güç arasýnda bir denge saðlanmalýdýr. Giderilen çözünmüþ katý maddelerin miktarý kullanýlan akým ile orantýlý olmalýdýr. Daha yüksek akým yoðunluðunda, belirli bir membran yüzeyi ve daha düþük ilk yatýrým maliyeti ile daha fazla desalinizasyon mümkündür. Arttýlan akým miktarý ile birim güç baþýna giderilen çözünmüþ katý maddelerin maksimizasyonu polarizasyon etkisi ile sýnýrlanýr. Elektrodiyaliz esnasýnda seyrelmiþ ( çýkýþ suyu ) hücrelerinde polarizasyon oluþur. Özellikle yüksek bir oranda iyon taþýnýmý membrana bitiþik su içindeki iyonlarýn tüketimine neden olduðunda bu olay gerçekleþir. Bu da suyun iletkenlik deðerini azaltýr ve mukavemet hýzlý bir þekilde artar. Bu durumda kümeler içinde daha yüksek enerji kullanýmý gereklidir.

Ýþletme Sorunlarý...

( 1 ) " Scaling " ( Çökelme / Birikim ) : Polarizasyon, tuz akýmlarýnýn süpersaturasyonu ve diðer faktörler membran kümelerinde çökelmeye neden olur. Çökelme membran yüzeylerini týkar, kümeler içindeki akým yollarýný akým yolunu deðiþtirmek sureti ile engeller ve direnç alanlarý oluþturur. Yüksek dirençli bu alanlar " sýcak nokta " olarak adlandýrýlýr. Bu sýcak noktalar besleme suyu durdurulduðunda veya yavaþlatýldýðýnda oluþur. Yavaþ olarak hareket eden su bu durumda yüksek olarak desalinizasyon meydana getirir. Yüksek oranda desaline olmuþ su düþük bir iletkenliðe sahiptir ve elektrik akýmýna yüksek bir direnç gösterir. Sýcak noktalar aþýrý bir güç tüketir ve kümelerin verimi düþer.

( 2 ) Sýzma : Sýzma iki þekilde oluþur ; ( a ) kümelendirilmiþ membranlar ve boþluklar arasýnda ve ( b ) membranlarýn içinde. Membranlar kullanýlan kümeler ve çarpýk yörüngeli boþluklar iskambil kaðýdýna benzer þekilde yapýþtýrýlmadan veya özel bir conta sistemi kullanýlmaksýzýn yerleþtirilir. Su geçirme kümelerin kullanýmý sýkýca birlikte malzemenin yerleþtirilmesine baðlýdýr. Bazý kümeler 1,200 - 1,800 toplam membran ve boþluk içerdiði için ( 300 - 450 hücre çifti ) bu bir sorun olabilir. Diðer sýzmalar üretim hatalarý nedeni ile çatlaklardan oluþur. Sýzma, uygun olmayan yerleþtirme ve kümelerin aþýrý sýkýþtýrýlmasý nedenleri ile de oluþabilir. Bu durumda, tuzlu ve seyrelmiþ hücreler arasýndaki sular genellikle karýþýr ve düþük kaliteli su çýktýsý meydana gelir.

( 3 ) Elektodlarýn " Degredasyonu " : Bir küme içindeki elektriksel kademenin herbir ucundaki elektrodlar tüm membranlar üzerine akýmý daðýtýrlar. Bu elektrodlar düz metal tabakalardýr ( niobium veya titanium gibi ). Karbon ve platin de kullanýlmaktadýr. Bunlarýn katod olmasý durumunda paslanmaz çelik ile kaplanmasý gerekir. Ters elektrodiyaliz süreçlerinde hem katod hem da anod elektrodlar platin ile kaplýdýr. Elektrodlarda anotda yükseltgenme ve katotda indirgenme oluþur. Bu reaksiyonlar ; ( a ) oksidasyona neden olan anotda elektrodlarýn degredasyonuna ve metalin erozyonuna neden olur ve ( b ) pH'a baðlý olarak klor ve / veya oksijen üretimine neden olur. Katod üzerindeki etki hidrojen oluþumu ile sonuçlanýr. Yüksek bir pH sonucu çökelme oluþabilir.