El tratamiento de agua por desalación es cada vez mayor en todo el mundo para satisfacer las crecientes demandas de agua

El tratamiento de agua por desalación es cada vez mayor en todo el mundo para satisfacer las crecientes demandas de agua, preservar el valor del agua regenerada, proporcionar suministros a prueba de sequía, y proteger la salud pública y ecosistemas acuáticos de contaminantes emergentes. La implementación de desaladoras, sin embargo, puede ser limitada por el reto de gestionar el subproducto concentrado que se genera cuando el agua es desalinizada mediante procesos de membrana.

Las opciones para la gestión de concentrado son:

• La descarga directa.
• Inyección en pozos profundos.
• La descarga a una planta de tratamiento de aguas residuales.
• Zero descarga de líquidos.

Las opciones de descarga que no logran eliminar las sales y contaminantes del ciclo del agua se consideran cada vez más insostenibles. En el líquido de descarga de desalación cero (ZLD), con centrifugado se trata para producir agua producto y no hay descargas de residuos líquidos del proceso.

Actualmente la desalación por ZLD se aplica principalmente a los flujos de residuos industriales o el agua de enfriamiento de la planta. Las tecnologías establecidas para ZLD son la desalación térmica y estanques de evaporación. Cada uno tiene desventajas que pueden hacer que su uso sea prohibitivo para aplicaciones de agua potable.

La investigación se llevó a cabo para evaluar la desalación de agua salobre ZLD utilizando una nueva tecnología de electrodiálisis denominado metátesis electrodiálisis (EDM). El objetivo de este trabajo fue reducir los costos y las necesidades de energía para la desalinización ZLD.

Se ilustra el enfoque de tratamiento ZLD en la Figura 1. El concentrado de ósmosis inversa (RO) se desaliniza con EDM para generar una corriente de producto y dos corrientes de concentrado EDM. Concentrado de EDM se trata con desalinización térmica, en este caso un cristalizador de compresión mecánica de vapor.

Las fuentes de agua evaluados en este proyecto se encuentran en Florida, donde el clima húmedo impide el uso de lagunas de evaporación. En los climas áridos, lagunas de evaporación pueden ser una alternativa económica a la desalación térmica como el paso ZLD final. El agua producto final es una mezcla de permeado de OI, EDM diluido, y destilado cristalizador.

La electrodiálisis se ha utilizado durante décadas para eliminar los iones de agua. En aplicaciones de agua potable, el objetivo es producir agua desalinizada para uso potable. En la industria química y de alimentos, la electrodiálisis se ha utilizado para concentrar soluciones para recuperar valiosas sales o productos de salmuera y para producir productos químicos.

El proceso se ilustra en la Figura 2. Una pila de electrodiálisis convencional se compone alternando  membranas selectivas aniónicas y  catiónicas entre el cátodo y el ánodo. La fuerza motriz es el gradiente de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Los aniones son atraídos hacia el ánodo cargado positivamente, y los cationes son atraídos hacia el cátodo cargado negativamente. Los cationes pasan a través de la membrana de intercambio de cationes con carga negativa y son rechazada por la membrana de intercambio de aniones con carga positiva. Del mismo modo, los aniones pasan a través de la membrana de intercambio aniónico y son rechazados por la membrana de intercambio de cationes. Como resultado, el agua fluye a través de los compartimentos alternos está agotado de iones y se concentra con iones.

En la terminología utilizada típicamente en la industria de la electrodiálisis, la solución que está siendo agotado de iones se conoce como diluido, y la solución de recepción de iones se conoce como con concentrado. La unidad básica de la electrodiálisis es un par de células que comprende un compartimento de diluido, un compartimento de concentrado, una membrana de intercambio de aniones, y una membrana de intercambio catiónico.

Una pila de electrodiálisis típica contiene cientos de pares de celdas.

La electrodiálisis se ha adaptado para objetivos específicos a través de la disposición de las membranas y el uso de las membranas de la especialidad.

Las membranas bipolares se han utilizado para producir ácido y base, HCl y NaOH, a partir de NaCl (Mazrou et al, 1998;.. Wilhelm et al, 2002). Japón, Corea, Taiwán y el uso de electrodiálisis seguidas de cristalización por evaporación para producir sal del agua de mar (El Centro de la Industria de Sal de Japón 2009). Alheritiere, Ernst, y Davis (1998) propusieron usar para producir sulfato de magnesio y cloruro de sodio a partir de cloruro de magnesio y sulfato de sodio.

EDM fue evaluado para el tratamiento de concentrados de RO en esta investigación. El DIF primaria

rencia entre EDM y electrodiálisis es el uso de cuatro compartimentos solución y cuatro membranas, en lugar de dos de cada uno en la unidad que se repite.

La configuración de la membrana EDM se muestra en la Figura 3. La unidad de repetición comprende un compartimento de diluido, dos compartimentos de concentrado, un compartimiento de solución de NaCl, uno de intercambio aniónico ordinario (A), uno de intercambio catiónico ordinario (C), uno de intercambio aniónico monovalente selectiva (SA), y un catión monovalente selectiva (SA) . Esta configuración única está diseñada para separar EDM concentrado en dos corrientes de sales altamente solubles de sodio que contiene: uno con aniones y la otra que contiene cloruro con cationes.

Esta característica de EDM proporciona una ventaja significativa en el tratamiento de concentrado de RO porque los potenciales de membrana-incrustantes de incrustantes típicos tales como CaSO4 y CaCO3 no aumentan con la recuperación, como es el caso con el RO, nanofiltratción, y otras formas de electrodiálisis, tales como electrodiálisis reversión (EDR).

En este experimento, se utilizó un patín piloto para evaluar el tratamiento de electroerosión de nanofiltración,

RO y EDR concentran muestras de cuatro plantas de tratamiento de agua de desalinización. Dos de las muestras de concentrado tenían concentraciones de carbono orgánico total de altas (> 50 mg / L), y estas muestras se pretrataron con intercambio de iones (MIEX ®) para la reducción de carbono orgánico total.

Los componentes de pila piloto EDM se describen en la Tabla 1. El área activa de cada membrana fue de 10 centímetros de ancho y 20 centímetros de largo. La pila contiene cinco unidades que se repiten, y el área de la membrana EDM activo total de la pila fue de 0,1 metro cuadrado.

Las membranas selectivas de iones eran NEOSEPTA ® por la Tokuyama Corporation.

La unidad EDM contenía rotámetros para medición de flujo y sensores de presión en la alimentación, concentrar, y corrientes de electrolitos. Todos los flujos y presiones se registraron con regularidad.

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