Membran Kapasitif Deiyonizasyon Prosesi ile Sertlik Giderimi

Kalsiyum ve Magnezyum elementlerinin (+2) değerlikli iyon halleri sularda sertlik oluşturmaktadır. İnsan sağlığı açısından ciddi riskler oluşturmasa da sert sular sanayide üretim kalitesinin düşmesi, boruların ömrünün azalması, sıcak su üreten ya da tüketen cihazların ömrünün azalması gibi olumsuzluklara sebep olur. Sular CaCO3 eşdeğeri olarak (0 – 75 mg/L) yumuşak, (75 – 150 mg/L) orta sert, (150 – 300 mg/L) sert, ( >300 mg/L) çok sert su şeklinde sınıflandırılmaktadır. Membran Kapasitif deiyonizasyon (MCDI), sertlik türlerinin giderilmesinde etkili bir prosestir. Bu çalışmada sertlik gideriminde arıtılmış suyun kullanım alanı da göz önünde bulundurularak çok sert su sınıfına giren farklı oranlarda Ca2+ ve Mg2+ içeren sular MCDI ile arıtılarak proses suyu ve içme suyu elde edilmeye çalışılmıştır. Çalışmalar neticesinde 300 mg CaCO3/L sertlik içeren sular proses suyu üretiminde %90 - %97 aralığında; içme suyu eldesinde ise %71 - %82 oranlarında arıtılmıştır. Enerji için Maliyet analizi yapıldığında proses suyu için maliyetler 0,01 – 0,02 $/m3 aralığında değişirken içme suyu eldesi için bu maliyet 0,009 – 0,016 $/m3 aralığında değişmektedir.

Hardness Removal by Membrane Capacitive Deionization Process

Calcium and Magnesium elements (+2) valued ion states form hardness in waters. Although it does not pose serious risks for human health, hard water causes negative effects such as decreasing production quality in the industry, shorten the life of the pipes and the life of the devices that produce or consume hot water. Water is classified as CaCO3 equivalent (0 - 75 mg / L) soft, (75 - 150 mg / L) medium hard, (150 - 300 mg / L) hard, ( >300 mg / L) as hard water. Membrane Capacitive deionization (MCDI) is an effective process for removing hardness types. In this study, taking the usage area of treated water in hardness removal, into account, water with different proportions of Ca2+ and Mg2+, which are classified as hard water, have been treated with MCDI to produce process water and drinking water. As a result of the studies, water containing 300 mg CaCO3 / L hardness in the process water production in the range of 90% - 97%; in drinking water treatment, it was treated with% 71 -% 82. When cost analysis is performed, costs for process water vary between 0.01 - 0.02 $ / m3 , while this cost for drinking water varies between 0.009 - 0.016 $ / m3 .

PDF

___

[1].J. M. Symons, L. C. Bradley, T. C. Cleveland, "The drinking water dictionary", American Water Works Association. Mc Graw Hill, 2000.

[2].Ö. F. Tekbaş, G. Mahir, “Suların Sertlik Dereceleri ve Sağlık Etkileri,” TSK Koruyucu Hekim. Bülteni, vol. 3.7, pp. 156–161, 2004.

[3].C. Gabrielli, G. Maurin, H. Francy-Chausson, P. Thery, T. T. M. Tran, and M. Tlili, “Electrochemical water softening: principle and application,” Desalination, 2006.

[4].J. S. Park, J. H. Song, K. H. Yeon, and S. H. Moon, “Removal of hardness ions from tap water using electromembrane processes,” Desalination, 2007.

[5].B. Boysal, F, Şengörür, “Su Sertliğinin İnsan Sağlığı İçin Önemi,” SAÜ Fen Bilim. Derg., vol. 13:1, pp. 7–10, 2009.

[6].J. G. Dean, F. L. Bosqui, and K. H. Lanouette, “Removing heavy metals from waste water,” Environ. Sci. Technol., 1972.

[7]. A. R. Hauck, S. Sourirajan, “Performance of porous cellulose acetate membranes for the reverse osmosis treatment of hard and waste waters,” Environ. Sci. Technol., vol. 3.12, pp. 1269–1275, 1969.

[8].M. K. Nagarajan and H. L. Paine, “Water hardness control by detergent builders,” J. Am. Oil Chem. Soc., 1984.

[9].B. H. Wiers, R. J. Grosse, and W. a Cilley, “Divalent and trivalent ion exchange with zeolite A.,” Environ. Sci. Technol., 1982.

[10].S. Ghizellaoui, A. Chibani, and S. Ghizellaoui, “Use of nanofiltration for partial softening of very hard water,” Desalination, 2005.

[11].K. H. Yeon, J. H. Song, and S. H. Moon, “A study on stack configuration of continuous electrodeionization for removal of heavy metal ions from the primary coolant of a nuclear power plant,” Water Res., 2004.

[12].J. H. Song, K. H. Yeon, J. Cho, and S. H. Moon, “Effects of the operating parameters on the reverse osmosis- electrodeionization performance in the production of high purity water,” Korean J. Chem. Eng., 2005.

[13].P. Čuda, P. Pospíšil, and J. Tenglerová, “Reverse osmosis in water treatment for boilers,” Desalination, 2006.

[14].Y. Oren, “Capacitive deionization (CDI) for desalination and water treatment - past, present and future (a review),” Desalination, vol. 228, no. 1–3, pp. 10–29, 2008.

[15].S. Porada, R. Zhao, A. Van Der Wal, V. Presser, and P. M. Biesheuvel, “Review on the science and technology of water desalination by capacitive deionization,” Progress in Materials Science. 2013.

[16].M. E. Suss, S. Porada, X. Sun, P. M. Biesheuvel, J. Yoon, and V. Presser, “Water desalination via capacitive deionization: What is it and what can we expect from it?,” Energy and Environmental Science. 2015.

[17].H. J. Ahn, J. H. Lee, Y. Jeong, J. H. Lee, C. S. Chi, and H. J. Oh, “Nanostructured carbon cloth electrode for desalination from aqueous solutions,” Mater. Sci. Eng. A, 2007.

[18].J. F. Farmer, J. C., Fix, D. V., Mack, G. V., Pekala, R. W., & Poco, “Capacitive deionization of NaCl and NaNO3 solutions with carbon aerogel electrodes,” J. Electrochem. Soc., vol. 143(1), p. 159–169., 1996.

[19].P. M. Biesheuvel and A. van der Wal, “Membrane capacitive deionization,” J. Memb. Sci., vol. 346, no. 2, pp. 256–262, 2010.

[20].J. B. Lee, K. K. Park, H. M. Eum, and C. W. Lee, “Desalination of a thermal power plant wastewater by membrane capacitive deionization,” Desalination, vol. 196, no. 1–3, pp. 125–134, 2006.

[21].T. J. Welgemoed and C. F. Schutte, “Capacitive Deionization TechnologyTM: An alternative desalination solution,” Desalination, vol. 183, no. 1–3, pp. 327–340, 2005.

[22].H. I. Uzun and E. Debik, “Economical approach to nitrate removal via membrane capacitive deionization,” Sep. Purif. Technol., vol. 209, 2019.

[23].P. Długołecki and A. Van Der Wal, “Energy recovery in membrane capacitive deionization,” Environ. Sci. Technol., 2013.

[24].E. Debik, H. İ., Uzun, F. İlhan, Y. Avşar, “Yeni Bir Deiyonizasyon Prosesi: Kapasitif Deiyonizasyon,” Uluslararası Katılımlı Çevre Sempozyumu, vol. 1, pp. 172– 177, 2014.

[25].S. J. Seo, H. Jeon, J. K. Lee, G. Y. Kim, D. Park, H. Nojima, J. Lee, and S. H. Moon, “Investigation on removal of hardness ions by capacitive deionization (CDI) for water softening applications,” Water Res., vol. 44, no. 7, pp. 2267–2275, 2010.