Elektrodiyaliz proseslerinden (KED/BMED) kaynaklanan konsantre akımın minimizasyonu ve yönetimi

Öz

Membran prosesler içerisinde en önemli dezavantajın konsantre akım olduğu kabul edilmektedir. Sürücü kuvvetin basınç olduğu klasik membran proseslerinde %10-35 boyutlarında bir konsantre akım oluşmaktadır. Benzer şekilde sürücü kuvvetin elektrik akımı olduğu elektrodeiyonizasyon proseslerinde de uygulamada %10 mertebelerinde bir konsantre akım olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada konsantre kısmın yeniden kullanımı üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu sayede klasik elektrodiyaliz ve bipolar membranlı elektrodiyaliz proseslerinde konsantre kısmın sırasıyla %0.5 ve %1 seviyelerine indirgenmesi sağlanmıştır. Ayrıca bipolar membranlı elektrodiyaliz prosesinde konsantre akımın asidik ve alkali çözeltiler olduğu düşünülürse asidik ve alkali çözeltilerin yoğunlaştırılması sağlanmıştır. Sonuç olarak kirletici iyon 0.01 M H⁺ ve 0.01 M OH^- iyon konsantrasyonlarında yapılan asit yoğunlaştırma işlemi sonucunda yaklaşık 0.72 M H⁺ iyon konsantrasyonuna ulaşılabilmiştir. Benzer şekilde OH^- iyon konsantrasyonu da 0.5 M mertebelerine kadar ilerletilmiştir. Bu şekilde eş zamanlı olarak membran proseslerde karşılaşan en önemli problemlerden olan konsantre kısmın minimizasyonu sağlanmıştır. Ayrıca eş zamanlı olarak oldukça yoğun asidik ve alkali çözeltiler elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Konsantre akım,Konsantre minimizasyonu,Elektrodiyaliz,Bipolar membranlı elektrodiyaliz

Management and minimization of concentrated stream from electrodialysis processes (CED/BMED)

Abstract

The most significant disadvantage of membrane processes is considered to be concentrated flow. In classical membrane processes where the driving force is pressure, a concentrated flow of 10-35% occurs.  Similarly, in electrodeionization processes, where the driving force is electricity current, a concentrated flow of 10% is known to occur in practice. In this paper, studies were conducted on the reutilization of the concentrated part.  Thus, the concentrated part was reduced to 0.5% and 1% in the classical electrodialysis and bipolar membrane electrodialysis processes, respectively. Furthermore, considering that the concentrated flow in the process is acidic and alkaline solutions, these solutions were concentrated. In consequence of the acid concentration process carried out in relation to the contaminant ion 0.01 M H and 0.01 M OH ion concentrations, an ion concentration of 0.72 M H could be achieved. Similarly, OH ion concentration rose to 0.5M. Thus, minimization of the concentrated part, one of the most important problems encountered in membrane processes, could be ensured simultaneously. Moreover, quite acidic and alkaline solutions were obtained simultaneously.

Keywords

• Concentrated stream,Concentrated minimization,Electrodialysis,Bipolar membrane electrodialysis

References

1. Malack ME, Rahman MM. Treatment of Refinery Wastewater Using Membrane Processes. Editors: Mohanty K, Mihir K, Purkait, Membrane Technologies and Applications, 120-129, Boca Raton, NY, USA, CRC Press, 2011.
2. Lipp P, Witter M, Baldauf G, Povorov AA, “Treatment of reservoir with a backwashable MF/UF spiral wound Membranes”. Desalination, 179(1-3), 83-95, 2005.
3. Shui Y, Yan L, Xiang CB, Hong LJ, “Treatment of oily wastewater by organic-inorganic composite tubular ultrafiltration (UF) membranes”. Desalination, 196(1-3), 76-83, 2006.
4. Banerjee P, Dey TK, Sarkar S, Swarnakar S, Mukhopadhyay A, Ghosh S. “Treatment of cosmetic effluent in different configuration of ceramic UF membrane based bioreactor: Toxicity evaluation of the untreated and treated wastewater using catfish (Heteroneuptes fossilis). Chemosphere, 146, 133-144, 2016.
5. Andrade L, Aguiar AO, Pires WL, Grossi LB, Amaral MCS. “Comprehensive bench and pilot scale investigation of NF for Gold mining effluent treatment: Membrane performance and fouling control strategies”. Separation and Purification Technologies, 174, 44-56, 2017.
6. Escalona J, Grooth J, Font J, Nijmeijer K. “Removal of BPA by enzyme polymerization using NF membranes”. Journal of Membrane Sciences, 468, 192-201, 2014.
7. Song Y, Gao X, Li T, Gao C, Zhou J. “Improvement of overall water recovery by increasing RNF with recirculation in a NF-RO inegrated membrane processes for seawater desalination”. Desalination, 361, 95-104, 2015.
8. Tang W, Yong NG H. “Concentration of brine by forward osmosis. Performance and influence of membrane structure”. Desalination, 224, 143-153, 2008.

9. Australian Water Recycling Centre of Excellense. “Australian Meat Processor Corporaton Reverse Osmosis Brine Management”. http://www.australianwaterrecycling.com.au/_literature_144753/RO_brine_management, (15.03.2017).
10. Ji X, Curcio E, Obadani SA, Profio GD, Fontananova E, Drioli E. “Membrane distillation-cyristallizaton of seawater reverse osmosis brine”. Sepaaration and Purification Technology, 71, 76-82, 2010.
11. Qin G, Liu CCK, Richman NH, Moncur JET. “Agriculture wastewater treatment and Reuse by wind-driven reverse osmosis membrane technology: A Pilot Study on Coconut Island, Hawai”. Agriculture Engineering, 32, 365-378, 2005.
12. Eriksson P, Kyburz M, Pergande W. “NF Membrane characteristics and Evaluation for Seawater Applications” Desalination, 184, 281-294,2005.
13. Ladewig B, Asquith B. Characreristic of Membrane Concentrate. Editors: Ladewig B, Asquith B. Desalination Concentrate Management, 5-15, Berlin, Germany, Springer, 2011
14. Water Reuse Association. “Seawater Concentrate Management”. Desalination Committee. White paper, 1-38, 2011.
15. Voutchkov N, Seiat R. Seawater Desaination. Editors: Li NN, Fane AG, Ho WSW, Matsumoro T. Advanced Membrane Tecnology and Applications, 47-86, Wiley Online Library, 2008.
16. Gonzaes AP, Urtaga AM, Ibanez R, Ortiz I. “State of the art and review on the treatment technologyof water reverse osmosis concentrate”. Water Research, 46(2), 267-283, 2012.
17. Xu T, Huang C. “Electrodialysis-Based separation technologies: A critical review”. Separation and Purification Techology, 54(12), 3147-3159, 2008.
18. Kappel C, Kemerman AJB, Temmink H, Jwijnenburg A, Rijnaarts HHM, Njmeijer K. “Impacts of NF concentrate recirculation on membrane performance in an integrated MBR and NF membrane processes for wastewater treatment”. Journal of Membrane Science, 453, 359-368, 2014.
19. Stoughton KLM, Duan X, Wender EM. “Reverse Osmosis Optimization”. 1. Introduction the reverse osmosis, US Department of Energy, Washington, USA, PNNL-22682, 2013.
20. Giwa A, Dufour V, Al Marzooqi F, Al Kaabi M, Hasan SW. “Brine management methods: Recent innovatons and current status”. Desalination, 407, 1-23, 2017.
21. Unal S, Koyuncu I, “Önsöz”, Endüstriyel Atıksu Membran Teknolojileri İle Su/Ürün Kazanımı ve Konsantre Yönetimi Çalıştayı, (Membran Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi) MEMTEK, İstanbul, Türkiye, 19 Nisan 2017.
22. Balçık-Canbolat Ç, Ölmez-Hancı T, Şengezer Ç, Şakar H, Karagündüz A, Keskinler B. “Tekstil endüstrisi atıksularının NF/RO hibrit membran sistemi ile arıtımı sonucu oluşan NF ve RO membran konsantrelerinin bertarafı”. (Membran Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi) MEMTEK, Endüstriyel Atıksu Membran Teknolojileri ile Su/Ürün Kazanımı ve Konsantre Yönetimi Çalıştayı, İstanbul, Türkiye, 19 Nisan 2017.
23. İmer DY, Altınay AD, Koyucu İ. “Membran konsantreleri için arıtım teknolojileri”. (Membran Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi) MEMTEK, Endüstriyel Atıksu Membran Teknolojileri ile Su/Ürün Kazanımı ve Konsantre Yönetimi Çalıştayı, İstanbul, Türkiye, 19 Nisan 2017.
24. Altınay AD, Bitmez M, Aouni A, İmer DY, Hafiani A, Koyuncu İ. “Tekstil atık sularının membran teknolojiler ile arıtımı ve geri kullanımı ve membran konsantrelerinin fiziksel/kimyasal metotlar ile uzaklaştırılması”. (Membran Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi) MEMTEK), Endüstriyel Atıksu Membran Teknolojileri ile Su/Ürün Kazanımı ve Konsantre Yönetimi Çalıştayı, 19 Nisan 2017.
25. United States Environmental Protection Agency(USEPA), “Membrane Sepertion”. Drinking Water Database, 2007.
26. Voltea. “Membrane Capacitivedeionization (CapDI)” http://voltea.com/wp-content/uploads/2016/03/402D002_Rev01_Tech-Bulletin_Technology-Comparison-1.pdf, (15.03.2017).
27. Ilhan F, Guvenc SY, Avsar Y, Kurt U, Gonullu MT. “Optimization of treatment leachates from young, middle aged and elderly landfils with bipolar membrane electrodialysis”. Environmental Technology, 38(21), 2733-2742, 2017.
28. Ilhan F, Kabuk HA, Avsar Y, Gonullu MT. “Recovery of Mixed Acid and Base from Wastewater with bipolar Membrane Electrodialsis-a Case Study”. Desalination and Water Treatnent, 57(11), 5165-5173, 2016.
29. American Puplic Health Association. Standart Methods fort the examination of water&wastewater, 21. Ed.“SM-2510, Conductivity”, Washington, USA, 2005.
30. Ilhan F, Kabuk H A, Kurt U, Avsar Y, Sari H, Gonullu MT. “Evaluation of treatment and recovery of leachate by bipolar membrane electrodialysis process”. Chemical Engineering and Processing, 75, 67-74, 2014.
31. PCCell , “PCA Ion Exchange Memb.: Technical Data Sheet”, http://www.pca-gmbh.com/publi/PCAMembranes.pdf. (02.05.2017)
32. AM Bernardes, MAS Rodrigues, JZ Ferreira. General Aspects of Electrodialysis. Editors: AM Bernardes, MAS Rodrigues, JZ Ferreira. Electrodialysis and Water Reuse: Novel Aproache, Chapter 3, 11-24, Germany, Springer, 2014.
33. Shen J, Huang J, Liu L, Ye W, Lin J, Bruggen VB. “The use of BMED for glyphosate from glyphosate neutralization liquor in view of zero discharge”. Journal of Hazardous Materials, 260, 660-667, 2013.
34. Winniewska J, Winniewski, Winnicki T. “Aplication of bipolar eectrodialysis to the recovery of acids and bases from water solutions”. Desalination, 169, 11-20, 2004.
35. Malack ME, Rahman MM. Electrodialysis in the Food Industry. Editors: Peinemann KV, Nunes SP,Ciorno L, Membrane Technology, Volume 3, Membranes for Food Applications, 71-84, Weinheim, Germany, Wiley-VCH, 2010.
36. Enerji Enstitüsü. “Güncel Elektrik Tarifesi”. http://enerjienstitusu.com/elektrik-fiyatlari/ (05.05.2017).
37. Karagiannis IC, Soldatos PG. “Water desalination cost literatüre: Review and assesment”. Desalination, 223, 448-456, 2008.