Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Membránové procesy

Název procesu

Elektrodeionizace

Popis technologie

Membránové separační procesy využívají selektivní polopropustné membrány. Voda vstupuje do modulu s membránou, na které dochází k rozdělení na dva proudy: membránou prostupuje permeát, zbavený části znečištění, oddělené znečištění zůstává v tzv. retentátu.

Membránové procesy se liší hnací silou, principem separace a charakterem separovaných/propouštěných látek.

Elektrodeionizace kombinuje principy elektrodialýzy a iontové výměny. V elektrodeionizačním modulu jsou mezi anodou a katodou vloženy střídavě anexové a katexové membrány (desítky až stovky párů). Katexová membrána má záporný náboj, a je proto propustná pouze pro kationty, anionty jsou odpuzovány. U anexové membrány je tomu přesně naopak. Výjimkou jsou vodíkové a hydroxidové ionty schopné migrovat bez omezení. Diluátové komory mezi membránami jsou vyplněny směsným ionexem (schopným vyměňovat kationty i anionty). Ionty v elektrickém poli migrují k opačně nabité elektrodě a membrány je podle svého charakteru propouštějí nebo zadržují. Přítomnost ionexu koncentruje procházející ionty a výrazně tak zvyšuje vodivost v diluátových komorách. Současně s odsolením vody dochází k její disociaci za vzniku hydroxidových a vodíkových iontů, které kontinuálně regenerují ionexovou náplň. Díky tomu lze dosáhnout vysokého stupně odsolení, až na úroveň demineralizované vody. Za patřičných podmínek je elektrodeionizace používána pro produkci až ultračisté vody.

Např. v energetice elektrodeionizace spolu s mikrofiltrací nebo ultrafiltrací a RO umožňuje výrobu demineralizované vody nejvyšší čistoty bez použití chemikálií a bez produkce agresivních odpadních vod.

Aktuálnost

ve vývoji

Vhodné pro srážkové vody

ano

Typické reaktory a jejich uspořádání

Membrány jsou uloženy v tzv. membránových modulech, které se liší jednak materiálem membrán, jednak vnitřním uspořádáním (tvar membrán, směr toku kapaliny vůči membráně).

Běžné materiály membrán: iontově selektivní (ionexové), tj. polymerní s funkčními skupinami nesoucími kladný nebo záporný náboj.

Typy membránových modulů: deskové.

Typické schéma

Cílené znečištění

Ionty, především anorganické

Typické koncentrace cílového znečištění

od desítek po tisíce mg/l

Inhibiční vlivy

Potenciál vstupní vody k zanášení membrán. Tvorba anorganických inkrustací, gelových organických vrstev a biofilmů může vést k nevratnému znehodnocení membrány.

Podle typu materiálu mohou mít některé membrány omezenou chemickou nebo biologickou odolnost.

Další relevantní parametry

Vložené stejnosměrné napětí

Tok permeátu (objem permeátu na jednotkovou plochu membrány za časovou jednotku): desítky l/(m².h)

relativní podíl permeátu (podíl permeátu ku vstupu): 75 - 90 % (podle vstupní koncentrace solí)

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Účinnost může dosahovat i více než 90 %. Výstupní koncentrace záleží na koncentraci na vstupu. Pro výrobu ultračisté vody se jako vstup používá permeát z reverzní osmózy.

Hygienizační funkce

ne

Investiční náklady

Nižší než u elektrodialýzy nebo reverzní osmózy.

Prostorová náročnost

kompaktní zařízení

Energetická náročnost

Dána spotřebou elektrické energie na samotný proces, která záleží na koncentraci látek ve vstupním proudu.

Náročnost na obsluhu

Nízká

Provozní náklady

Dané především spotřebou elektrické energie.

Měření a regulace

Průtok, napětí, prošlý proud, kvalita vstupu, diluátu a koncentrátu (typicky pomocí parametru konduktivita).

Kapalné

Koncentrátový proud, vypouštěný, případně čištěn/zpracován odděleně (např. reverzní osmózou nebo na odparce).

Vyžadovaná předúprava

Dokonalá separace nerozpuštěných látek a rozpuštěných organických látek.

V případě produkce ultračisté vody je nutné jako první stupeň použít předčištění na úrovni reverzní osmózy.

Vyžadované dočištění

Koncový stupeň

Typická průmyslová odvětví

Povrchová úprava kovů Těžba - čištění důlních vod Energetika Veškerá odvětví využívající ultračistou vodu Odsolování vody

Zagorodni, A. A. (2007). Ion Exchange Materials: Properties and Applications.

Harland, C. E. (1994). Ion Exchange: Theory and Practice. Cambridge, Royal Society of Chemistry.

Judd, S. and B. Jefferson (2003). Membranes for industrial wastewater recovery and re-use. Kidlington, Elsevier.