इलेक्ट्रोडायनीकरण: Difference between revisions
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इलेक्ट्रोडायनीकरण या इलेक्ट्रोडायोनाइजेशन (ईडीआई) एक तरीके का जल उपचार तकनीक है जो शुद्ध जल डिआयोनाइजेशन जल में एकदिश धारा (डीसी), आयन-एक्सचेंज झिल्ली और आयन विनिमय रेजिन का उपयोग करती है। ईडीआई सामान्यतः विपरीत परासरण (आरओ) के लिए एक पॉलिशिंग उपचार है। ईडीआई अन्य आरओ पॉलिशिंग प्रौद्योगिकियों, जैसे कि रासायनिक रूप से पुनर्जीवित मिश्रित बेड, से भिन्न है, क्योंकि यह निरंतर है और किसी रासायनिक पुनर्जनन की आवश्यकता नहीं है।
ईडीआई को कभी-कभी निरंतर इलेक्ट्रोडायनीकरण (सीईडीआई) के रूप में जाना जाता है क्योंकि विद्युत प्रवाह लगातार आयन एक्सचेंज रेजिन द्रव्यमान को पुनर्जीवित करता है। सीईडीआई तकनीक 0.1 सीमेंस (इकाई) /सेमी के क्रम पर उत्पाद चालकता और कभी-कभी 18.2 एमΩ/सेमी जितनी उच्च प्रतिरोधकता के साथ उच्च शुद्धता प्राप्त कर सकती है।
इलेक्ट्रोडायनीकरण (ईडीआई) तीन अलग-अलग प्रक्रियाओं का एक संयोजन है: इलेक्ट्रोलीज़ , जहां लगातार लागू विद्युत एकदिश धारा के साथ, घनात्मक और ऋणात्मक आयन दोनों को इलेक्ट्रोड पर निर्देशित किया जाता है जिसमें एक विपरीत विद्युत चार्ज होता है; विद्युत संभावित ऊर्जा आयनों और धनायनों को तनु कक्षों से, धनायन या आयन विनिमय झिल्लियों के माध्यम से, सांद्रण कक्षों में खींचती है। आयन एक्सचेंज, जहां आयन एक्सचेंज रेज़िन तनु कक्ष बनाता है और जैसे ही जल रेज़िन बेड से गुजरता है, धनायन और आयन रेज़िन स्थलों पर चिपक जाते हैं; और रासायनिक पुनर्जनन, जो जल के विभाजन से होता है। रासायनिक रूप से पुनर्जीवित मिश्रित बेड में, हाइड्रोजन (H+) अम्ल धनायन रेजिन को पुनर्जीवित करता है। हाइड्रॉक्साइड (OH-) सोडियम हाइड्रॉक्साइड (कास्टिक सोडा) आयन रेजिन को पुनर्जीवित करता है। ईडीआई में, विद्युत प्रवाह के कारण जल H2O से विभाजित हो जाता है H+और OH-, बाहरी रसायनों को जोड़ने की आवश्यकता के बिना रेजिन को पुनर्जीवित करता है।
फ़ीड की गुणवत्ता
उत्पाद की शुद्धता को अधिकतम करने के लिए, ईडीआई फीडवाटर को पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है, जिसे सामान्यतः रिवर्स ऑस्मोसिस द्वारा किया जाता है। उपकरण को क्षति से बचाने के लिए फीडवाटर को कुछ आवश्यकताओं का पालन करना होता है।
सामान्य पैरामीटर हैं:
- चारा जल की कठोरता: CaCO3 के रूप में 1 प्रति मिलियन भाग (पीपीएम), 2 पीपीएम तक सीमित अपवादों के साथ होता है।
- सिलिका सामग्री (SiO2) अधिकांश ईडीआई कोशिकाओं में 1 पीपीएम या पतले-सेल मॉड्यूल में 2 पीपीएम होना चाहिए।
- CO2 आयन एक्सचेंज रेजिन की अत्यधिक लोडिंग को रोकने के लिए निगरानी की जानी चाहिए।
- कुल कार्बनिक कार्बन, जो रेजिन और झिल्लियों को गंदा कर सकता है, को निम्न किया जाना चाहिए।
- क्लोरीन, ओजोन और अन्य ऑक्सीडाइज़र रेजिन और झिल्लियों को ऑक्सीकरण कर सकते हैं और स्थायी क्षति उत्पन्न कर सकते हैं, जिसे निम्न किया जाना चाहिए।
इतिहास
उस समय के इलेक्ट्रोलिसिस सिस्टम में उपलब्ध एकाग्रता ध्रुवीकरण घटना को समाप्त करने या कम करने के लिए, 1950 के दशक की प्रांरम्भ में इलेक्ट्रोडायनीकरण विकसित किया गया था। प्रौद्योगिकी पर एक पेटेंट 1953 में दायर किया गया था, और बाद के प्रकाशनों ने प्रौद्योगिकी को लोकप्रिय बना दिया।[1]
कुल घुलित ठोस पदार्थों, कठोरता और कार्बनिक पदार्थों की निम्न सहनशीलता के कारण प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग सीमित था। 1970 और 1980 के दशक के दौरान, उच्च टीडीएस वाले जल के लिए आयन विनिमय रेजिन के लिए रिवर्स ऑस्मोसिस एक पसंदीदा तकनीक बन गई है। जैसे ही आरओ ने लोकप्रियता प्राप्त की, यह निर्धारित किया गया कि ईडीआई एक उपयुक्त पॉलिशिंग तकनीक होगी। रासायनिक रूप से पुनर्जीवित आयन एक्सचेंज सिस्टम को विस्थापित करने के लिए पैकेज्ड आरओ और ईडीआई सिस्टम का उपयोग किया गया था।
1986 और 1989 में, मिलिपोर, आयनप्योर, एचओएच वॉटर टेक्नोलॉजीज और आयोनिक्स इंक सहित कई कंपनियों ने इलेक्ट्रोडायनीकरण डिवाइस विकसित किए गए थे। प्रारंभिक उपकरण बड़े, महंगे और प्रायः अविश्वसनीय थे। हालाँकि, 1990 के दशक में, छोटे और कम महंगे मॉड्यूलर डिज़ाइन पेश किए गए, जिनमें से कुछ ने रिसाव को कम कर दिया। बहरहाल, इन डिज़ाइनों और उनके समकालीन वंशजों को अभी भी लागत और सीमित संक्रियात्मक अन्वालोप जैसी सीमाओं का सामना करना पड़ता है।[2][3]
अनुप्रयोग
जब कम कुल घुलनशील ठोस फ़ीड जल (उदाहरण के लिए, आरओ द्वारा शुद्ध) के साथ खिलाया जाता है, तो उत्पाद 0.5 एस/सेमी के क्रम पर चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक) के साथ बहुत उच्च शुद्धता स्तर तक पहुंच सकता है। आयन एक्सचेंज रेजिन आयनों को पकड़ने का काम करते हैं, जिससे उन्हें आयन एक्सचेंज झिल्ली के पार ले जाया जा सकता है। ईडीआई प्रौद्योगिकी का मुख्य अनुप्रयोग इलेक्ट्रॉनिक्स, फार्मास्यूटिकल्स और बिजली उत्पादन में है। इलेक्ट्रॉनिक्स में, विनिर्माण के दौरान घटकों को धोने के लिए विआयनीकृत जल का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक चिप्स बहुत छोटे होते हैं, जिनमें घटक तत्वों के बीच बहुत कम खाली जगह होती है। इसलिए, घटकों के बीच अवांछित बिजली का संचालन करने के लिए बहुत निम्न संख्या में आयन आवश्यक हैं। यदि ऐसा होता है, तो शार्ट सर्किट (लघु पथ) हो सकता है और चिप अनुपयोगी हो सकती है। फार्मास्युटिकल उद्योग में, दवा के विकास में उपयोग किए जाने वाले जल में आयनों की उपस्थिति से अवांछित दुष्प्रभाव हो सकते हैं और हानिकारक अशुद्धियाँ आ सकती हैं। बिजली उत्पादन में, बॉयलर फीडवाटर में आयनों की उपस्थिति से ठोस पदार्थों का निर्माण हो सकता है या बॉयलर की दीवारों का क्षरण हो सकता है, जो दोनों बॉयलर की दक्षता को कम कर सकते हैं और सुरक्षा खतरे उत्पन्न कर सकते हैं। इन उद्योगों में उपलब्ध बड़ी वित्तीय और सुरक्षा चिंताओं के कारण, वे ईडीआई डेवलपर्स के लिए राजस्व का बड़ा हिस्सा प्रदान करते हैं। खनन, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और परमाणु प्रक्रियाओं से विभिन्न प्रकार के अपशिष्ट जल से भारी धातुओं को हटाने के लिए इलेक्ट्रोडायनीकरण सिस्टम भी लागू किया गया है। इन प्रक्रियाओं में निकाले गए प्राथमिक आयन क्रोमियम, तांबा, कोबाल्ट और सीज़ियम हैं, हालांकि ईडीआई दूसरों को हटाने में भी उपयोग देखता है। [4]
सिद्धांत
इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में इलेक्ट्रोड को एनोड या कैथोड कहा जाता है। एनोड को उस इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर इलेक्ट्रॉनों कोशिका छोड़ते हैं और ऑक्सीकरण होता है, और कैथोड वह इलेक्ट्रोड है जिस पर इलेक्ट्रॉन कोशिका में प्रवेश करते हैं और रिडॉक्स होता है। सेल पर लागू वोल्टेज के आधार पर प्रत्येक इलेक्ट्रोड या तो एनोड या कैथोड बन सकता है।
प्रत्येक विआयनीकरण सेल में आयनों के साथ एक इलेक्ट्रोड और एक इलेक्ट्रोलाइट होता है जो या तो ऑक्सीकरण या कमी से गुजरता है। क्योंकि इनमें सामान्यतः घोल में आयन होते हैं, इलेक्ट्रोलाइट्स को प्रायः आयनिक घोल के रूप में जाना जाता है, लेकिन पिघला हुआ और ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स भी संभव है।
जल को एनोड और कैथोड के बीच से गुजारा जाता है। आयन-चयनात्मक झिल्ली घनात्मक आयनों को जल से ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर और ऋणात्मक आयनों को घनात्मक इलेक्ट्रोड की ओर अलग होने की अनुमति देती है। परिणामस्वरूप, आयन कोशिका से बाहर नहीं निकल पाते हैं और विआयनीकृत जल उत्पन्न होता है। [3]
स्वस्थानी (इन सीतु) पुनर्जनन
आयनों की गति के लिए आवश्यक धारा से अधिक धारा का उपयोग करते समय, आपतित जल का एक भाग विभाजित हो जाएगा, जिससे हाइड्रोजन (OH-) और हाइड्रोजन ऑक्सीजन (H+) आयन बनेंगे। यह प्रजाति रेजिन में अशुद्धता आयनों और धनायनों को प्रतिस्थापित कर देगी। इस प्रक्रिया को रेजिन का यथास्थान पुनर्जनन कहा जाता है। जैसा कि यह विआयनीकरण प्रक्रिया के दौरान होता है, इसमें अन्य विआयनीकरण तकनीकों में मैन्युअल रूप से रासायनिक रूप से आयन एक्सचेंज रेजिन को पुनर्जीवित करने के लिए ऑपरेशन में ठहराव की आवश्यकता के विपरीत निरंतर शुद्धिकरण की अनुमति देने का लाभ होता है। [5]
संस्थापन योजना
विशिष्ट ईडीआई स्थापना में निम्नलिखित घटक होते हैं: इलेक्ट्रोड, आयन एक्सचेंज झिल्ली, कटियन एक्सचेंज झिल्ली, और रेजिन सबसे सरल विन्यास में तीन डिब्बे सम्मिलित हैं। उत्पादन बढ़ाने के लिए डिब्बों या कोशिकाओं की संख्या इच्छानुसार बढ़ाई जा सकती है।
एक बार जब सिस्टम स्थापित हो जाता है और फ़ीड जल इसके माध्यम से प्रवाहित होना प्रारम्भ हो जाता है, तो धनायन कैथोड की ओर प्रवाहित होते हैं और आयन एनोड की ओर प्रवाहित होते हैं। केवल ऋणायन ही ऋणायन विनिमय झिल्ली से गुजर सकते हैं, और केवल धनायन ही धनायन विनिमय झिल्ली से गुजर सकते हैं। यह विन्यास झिल्ली की चयनात्मकता और विद्युत बल के कारण आयनों और धनायनों को केवल एक ही दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है, जिससे चारा जल आयनों से मुक्त हो जाता है। यह धनायन और ऋणायन सांद्रण प्रवाह के अलग-अलग संग्रह की भी अनुमति देता है, जिससे अधिक चयनात्मक अपशिष्ट निपटान का अवसर उत्पन्न होता है; यह भारी धातु धनायनों को हटाने में विशेष रूप से उपयोगी है।
सांद्रण प्रवाह (फ़ीड प्रवाह के दाएं और बाएं) को अस्वीकार कर दिया जाता है, और उन्हें बर्बाद किया जा सकता है, पुनर्चक्रित किया जा सकता है, या किसी अन्य प्रक्रिया में उपयोग किया जा सकता है।
आयन एक्सचेंज रेज़िन (आयन विनिमय राल) का उद्देश्य फ़ीड जल के स्थिर संचालन को बनाए रखना है। रेजिन के बिना, आयनों को प्रारम्भ में हटाया जा सकता है, लेकिन आयनों की सांद्रता कम होने पर चालकता नाटकीय रूप से कम हो जाएगी। निम्न चालकता के साथ, इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को निर्देशित करने और उन्हें हटाने में कम सक्षम होते हैं; रेजिन जोड़ने से, निष्कासन की एक स्थिर दर संभव है, और संसाधित जल में शेष आयन सांद्रता परिमाण के क्रम से कम है। [4]
यह भी देखें
- इलेक्ट्रोडायलिसिस
- आयनीकरण
- शुद्ध पानी
- जल शोधन
- जल उपचार
संदर्भ
- ↑ Kollsman, Paul (1953-10-23). डायलिसिस द्वारा आयनिक तरल पदार्थ के उपचार की विधि और उपकरण (in English). United States Patent Office.
- ↑ "इलेक्ट्रोडायोनाइजेशन (ईडीआई) प्रौद्योगिकी के बुनियादी सिद्धांत". WCP Online (in English). 2007-03-10. Retrieved 2022-08-05.
- ↑ 3.0 3.1 Rathi, B. Senthil; Kumar, P. Senthil (July 2020). "इलेक्ट्रोडायोनाइजेशन सिद्धांत, तंत्र, और पर्यावरणीय अनुप्रयोग। एक समीक्षा". Environmental Chemistry Letters (in English). 18 (4): 1209–1227. doi:10.1007/s10311-020-01006-9. ISSN 1610-3653. S2CID 216031814.
- ↑ 4.0 4.1 Wardani, Anita Kusuma; Hakim, Ahmad Nurul; Khoiruddin, null; Wenten, I. Gede (June 2017). "उच्च शुद्धता वाले पानी के उत्पादन के लिए संयुक्त अल्ट्राफिल्ट्रेशन-इलेक्ट्रोडिओनाइजेशन तकनीक". Water Science and Technology. 75 (12): 2891–2899. doi:10.2166/wst.2017.173. ISSN 0273-1223. PMID 28659529.
- ↑ Alvarado, Lucía; Chen, Aicheng (2014-06-20). "Electrodeionization: Principles, Strategies and Applications". Electrochimica Acta (in English). 132: 583–597. doi:10.1016/j.electacta.2014.03.165. ISSN 0013-4686.
बाहरी संबंध
- video.
- Bộ lọc nước phèn
- Electrodeionization Technology
- EDI History
- Electrodeionization Systems, Electrodeionization Systems
- Advanced Electrodeionization Technology for Product Desalting, Argonne National Laboratory
