Sertlik gideriminde elektrodiyaliz ve elektrodeiyonizasyon yöntemlerinin kullanılması

Abstract

Su yalnızca evsel kullanımlar için değil aynı zamanda endüstriyel uygulamalar için de çok kullanılan bir akışkandır. Yüksek saflıktaki su için en büyük endüstriyel alanlar, kazan besleme suları, elektronikler, metal işlemi, tıp ve ilaç endüstrileridir. Elektrik akımının yürütücü güç olarak etkili olduğu membran proseslerinden elektrodiyaliz (ED), su sertliğinin giderilmesinde kullanılırken, iyileştirilmiş bir elektrodiyaliz konsepti olan elektrodeiyonizasyon (EDI) ise ticari olarak, uygun su kaynaklarından yüksek saflıkta su üretmek için kullanılır. Bu çalışmada, model çözeltilerden sertlik veren iyonların giderimi için ED ve EDI yöntemleri kullanılmıştır. Ionac MC 3470 ve MA 3475 iyon değişim membran çifti kullanılarak yapılan elektrodiyaliz işleminde uygulanan gerilimin, besleme derişimi, akış hızı ve pH değerlerinin sertlik giderimi, akım verimi ve enerji tüketimi üzerinde etkileri incelenmiş, elde edilen optimum koşullarda iyon değişim reçineli elektrodiyaliz hücreleri kullanılarak yüksek saflıkta su üretimine çalışılmıştır. ED ile yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre uygulanan gerilim, besleme derişimi, besleme akış hızı ve besleme pH değeri sırasıyla, 10 V, 0.01 M, 2.6 mL/s, 6.8, optimum değerler olarak bulunmuştur. Diğer taraftan, 20 V gerilim uygulandığında ise daha yüksek giderim değerlerine, yüksek enerji tüketim değerleriyle daha çabuk ulaşılmıştır. EDI çalışmalarından elde edilen sonuçlarda ise, Tip II şeklinde tasarlanmış ED hücresinde en yüksek giderim (~% 82), 10 V gerilim uygulanmasıyla 200. dk.’da 6,29 kWh/L’lik enerji tüketim değeri ile sağlanırken, Tip I şeklinde tasarlanan ED hücresi ile en yüksek giderime (~% 90), 20 V gerilim uygulanmasıyla, 150. dk.’da 9 kWh/L’lik enerji tüketim değeri ile ulaşılmıştır.

Water is the most widely used fluid not only for domestic but also for industrial applications. The major industrial areas for high purity water are boiler feed water, electronics, metal processing, medical and pharmaceuticals. Electrodialysis (ED) , one of the membrane processes in which an electrical potential difference acts as the driving force, is used in hardness removal from water. Electrodeionization (EDI), a combined ED and ion-exchange system is useful in producing high purity water from potable water sources on a commercial level. In this study, both ED and EDI processes were used for removal of hardness producing ions from model solutions. The effects of the applied potential, feed concentration, feed flow rate and pH on hardness removal, current efficiency and energy consumption were investigated by using ED methods. High purity water production was aimed by using ED cells including ion- exchange resins under the determined optimum conditions in the ED process. The ion-exchange membranes used both in two methods were Ionac MC 3470 and MA 3475. According to the experimental results from the ED studies, the optimum values for applied potential, feed concentration, feed flow rate and feed pH were determined as 10 V, 0.01 M, 2.6 mL/s and 6.8 respectively. On the other hand, when 20 V potential was applied, higher removal values were achieved in shorter times with higher energy consumptions. According to the results obtained from EDI experiments, the highest removal (~90 %) was reached in Type-1 ED at the conditions of 20 V applied potential, 150 minutes duration and 9 kWh/L energy consumption while the highest removal (~82 %) in Type II ED cell was obtained by applying 10 V potential with the energy consumption of 6.29 kWh/L in 200 minutes.