Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Elimination of selected anions and cations from water by means of the Donnan dialysis

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M.

Environment Protection Engineering

|

2017

|

Vol. 43, nr 3

189--205

EN

The usefulness of the Donnan dialysis has been assessed for the elimination of harmful (bromide, bromate and nitrate) or troublesome (calcium and magnesium) ions from water. The rate and efficiency of ion exchange were examined. For anion removal Selemion AM V or Neosepta ACS membranes were used while for cation removal - Neosepta CMX or Selemion CMV ones. The influence of membrane properties and salt concentration in the receiver was investigated.

2

Zastosowanie procesów membranowych do oczyszczania wody. Część 2: Procesy z membranami jonowymiennymi

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2014

|

Nr 1

30--34

PL

W pracy scharakteryzowano ważniejsze procesy membranowe, które są stosowane do odsalania i usuwania niepożądanych składników jonowych z wody: elektrodializę, elektrodejonizację i dializę Donnana. W procesach tych stosowane są membrany jonowymienne, które umożliwiają selektywny transport określonego rodzaju jonów: anionów (membrany anionowymienne) lub kationów (membrany kationowymienne). W grupie omawianych procesów największe znaczenie aplikacyjne w oczyszczaniu wody ma elektrodializa. Proces ten stosowany jest przede wszystkim do odsalania wód o stosunkowo niskim zasoleniu (do 5 g/ dm3) w celu otrzymania wody do picia. W wyniku zastosowania w elektrodializerze membran monosełektywnych, możliwe jest skuteczne usunięcie z wody szkodliwych anionów: azotanów i fluorków. Elektrodejonizacja jest końcowym procesem demine-ralizacji wody, w którym otrzymuje się wodę wysokiej jakości wymaganą m.in. w energetyce i przemyśle elektronicznym. Dializa Donnana umożliwia, w wyniku wymiany jonów, usunięcie z wody szkodliwych anionów (azotanów i fluorków) lub zmiękczenie wody przed odsalaniem w procesie elektrodializy.

EN

In the paper were characterized prime processes applied for water desalination and undesirable ion removal: electrodialysis, electrodeionization and Donnan dialysis. In these processes ion-exchange membranes are used: anion-exchange membranes, for selective anion transport and cation-exchange membranes, for selective transport of cations. Of the covered processes, electrodialysis is a process of the dominant importance in water treatment. It is applied for desalination of brackish water (with salinity up to 5 g/L) for drinking purposes. When the process involves mono-anion-selective membranes, it makes possible to remove harmful anions from potable water: nitrates and fluorides. Electrodeionization is applied for water demineralization and the process delivers highrquality water that is required in power industry and electronics. Donnan dialysis, the process based on ion exchange, enables harmful anion removal from potable water (nitrates and fluorides) or water softening before electro-dialytic desalination.

3

Usuwanie bromków i bromianów z wody w procesie wymiany anionów przez membranę jonowymienną

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M., Łakomska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2013

|

Tom 15, cz. 2

1260--1273

EN

Bromide ions are present both in surface and ground water and their concentration ranges from several to 800 µg/L. Bromides are not reported to be detrimental to human health but their presence in the water being disinfected is a contributing factor in the formation of harmful disinfection by-products (DBP). During water disinfection with chlorine, bromides are oxidized to hypobromous acid (HOBr), which reacts with natural organic matter (NOM) to form carcinogenic brominated trihalomethanes (BrTHM). When ozone is used in water disinfection, bromides are oxidized to hypobromite ions (OBr-/) and thereafter to bromates (BrO3-). Bromates are ions exerting a carcinogenic effect on human organisms. According to the data published by the US Environmental Protection Agency, the lifetime risk of cancer disease amounts to 10-4, for a man consuming daily 2 L of water containing 5 μg BrO3-/L. The above data prove that bromides or bromates should be removed from drinking water. Among the methods used for this purpose, coagulation (for bromide removal) and granular activated carbon adsorption or reverse osmosis (for bromate removal) provide the highest removal efficiency. We proposed Donnan dialysis with anion-exchange membrane for removal of bromides or bromates from water. In this process, an anion-exchange membrane separates two solutions: the feeding solution (with harmful anions) and the receiver (with a simple salt of a relatively high concentration). Transport of the driving anions (e.g. chlorides) from the receiver to the feeding solution induces an equivalent, oppositely directed anion flow to the receiver. In this way the harmful anions that occur in the solution being treated (bromides or bromates) are replaced with neutral ions from the receiver (i.e. chlorides). Donnan dialysis was performed in a laboratory dialytic set-up containing 20 cell pairs with anion-exchange membranes, Selemion AMV (Asahi Glass) or Neosepta ACS (Tokuyama Corp.). The working area of the membranes amounted to 0.140 m2. The feed was natural water enriched with bromide salt (500 µg Br-/L) or with bromate salt (50 µg BrO3-/L). The receiver was NaCl solution with concentration ranging from 50 to 300 mM. It was found that Donnan dialysis with the anion-exchange membrane Selemion AMV enables high removal efficiency of bromides from natural water containing 500 µg Br-/L. The efficiency of bromide removal amounts to 86% at a relatively low NaCl concentration in the receiver (100 mM). The exchange of bromide ions for chloride ions is paralleled by the exchange of associated anions: sulphates (with 76% efficiency) and bicarbonates (with 70% efficiency). Compared to the anion-exchange process with Selemion AMV, the process involving Neosepta ACS (an anion-exchange membrane of a compact surface structure) provides a higher efficiency of bromide removal that amounts to 90%. In this process, retention of the associated anions is relatively high: sulphates are exchanged for chlorides with the efficiency of 3% and bicarbonates – with the efficiency of 43%. The anion-exchange process with the membrane Selemion AMV offers complete removal of bromates from natural water (containing 50 µg BrO3-/L), when salt concentration in the receiver is low (100 mM NaCl). There is aconcomitant exchange of other anions for chloride ions: sulphates are exchanged for chlorides with the efficiency of 93% and bicarbonates – with the efficiency of 73%. The anion-exchange process also provides complete removal of bromates from natural water, when use is made of the Neosepta ACS membrane. However, the exchange of sulphate ions and bicarbonate ions for chloride ions is poor (3% efficiency and 47% efficiency, respectively). Such treatment approach may be recommended for implementation, when the concentration of anions (especially that of bicarbonates) in the water to be treated is low.

4

Zastosowanie procesów membranowych do oczyszczania wody. Część 1: Ciśnieniowe procesy membranowe

Kabsch-Korbutowicz M., Wiśniewski J. A.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 12

481--486

PL

Pogarszająca się jakość wód naturalnych, ich malejące zasoby oraz coraz wyższe wymagania stawiane wodzie przeznaczonej do spożycia powodują, że ciągle trwają poszukiwania nowych, wysokosprawnych i ekonomicznych technik uzdatniania wody. Takimi technikami są procesy membranowe. Najczęściej do tego celu wykorzystywane są procesy, w których siłą napędową, wymuszającą transport przez membranę, jest różnica ciśnień. Do tej grupy zaliczane są mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza. W artykule omówiono możliwości wykorzystania tych technik do usuwania zanieczyszczeń fizycznych, chemicznych oraz mikrobiologicznych.

EN

Deterioration of natural waters quality, decrease of its reserves and increase of requirements concerning the quality of potable water, results in search of new, efficient and economic techniques of water treatment. Such a method are membrane processes, among which pressure driven processes are the most often applied. This group of processes contains microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis. In the paper the possibilities of physical, chemical and microbiological pollutants removal from water intended for consumption are discussed.

5

Membranowy proces wymiany anionów jako metoda zmiany składu jonowego wody

Kliber S., Wiśniewski J. A.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2009

|

Tom 11

995-1005

PL

Celem pracy było określenie wpływu wybranych parametrów procesowych (ze szczególnym uwzględnieniem temperatury) na efektywność usuwania uciążliwych anionów (azotanów, siarczanów i wodorowęglanów) z roztworów wodnych w procesie dializy Donnana z membraną anionowymienną. Azotany są szkodliwe dla zdrowia człowieka, toteż ich stężenie jest ściśle normowane w wodzie do picia. Z kolei siarczany i wodorowęglany są jonami uciążliwymi ze względu na odsalanie wody, ponieważ mogą wytrącać się w postaci osadów: CaSO4 i Ca(HCO3)2, na powierzchni membran. Zatem wymiana tych anionów na jony obojętne (tj. chlorki) w procesie dializy Donnana pozwala na bardziej efektywne odsalanie wody słonawej metodą elektrodializy.

EN

Qualification of influence of selected process parameters (with special regard of temperature) on efficiency of noxious anions (nitrates, sulphates and bicarbonates) removal from aqueous solutions in the process of Donnan dialysis with anion-exchange membrane was the aim of the work. Nitrates are harmful for human health, therefore their concentration is closely standardized in the drinking water. Sulphates and bicarbonates are noxious ions during desalination of water, because they can precipitate in the form of CaSO4 and Ca(HCO3)2, on surface of membranes. Therefore exchange of those anions on inactive ones (e.g. chlorides) during Donnan dialysis allows to desalinise salty water with application of electrodialysis more effectively. Donnan dialysis (DD) is ion-exchange membrane technique which consists in exchange of ions with the same sign between two solutions divided by ion exchange membrane. Gradient of chemical potentials of solutions on two sides of membrane is the driving force of process. Donnan dialysis with anion-exchange membrane is at present applied for removal of fluorides from water [1, 2, 3]. The process allows to conduct effective defluorisation. Fluorides concentration after the process is lower than admissible value (1.5 mg/dm3). Donnan dialysis process with the anion-exchange membrane (Selemion AMV) was applied for the removal of troublesome anions (NO3-, SO42-, HCO3-) from water solutions. It was found that ions removed with the highest rate are nitrates, however sulphates are removed with the highest efficiency (91%). As a result of anion exchange, advantageous conversion in the water ionic composition occurs: molar share of sulphates decreases from 25,8 to 2,1%, molar share of nitrates - from 28,1 to 5,2% and that of bicarbonates - from 24,1 to 11,2%. It was observed that the increase of NaCl concentration (from 100 to 300 mM) in the receiving solution caused the increase of removed anion flux as well as the process efficiency. Analyzing the effect of the solution temperature on the Donnan dialysis process it was found that with the higher temperature of the solutions, anion exchange was faster: average flux of nitrates and sulphates increased by 50-60% and that of bicarbonates increased by over 90% (with the increase of temperature from 17 to 37°C).

6

Produkt czy odpad? [Odzyskiwanie kwasów ze ścieków po trawieniu metali]

Wiśniewski J. A.

Wodociągi - Kanalizacja

|

2008

|

nr 9

40-42

7

Donnan dialysis - A useful method of troublesome anion removal from water

Wiśniewski J. A., Kliber S.

Environment Protection Engineering

|

2008

|

Vol. 34, nr 2

95-104

EN

Donnan dialysis with the anion-exchange membrane (Selemion AMV, Asahi Glass) was applied to the removal of troublesome anions (nitrates, sulphates and bicarbonates) from multi-component water solutions. The authors examined the effect of selected parameters on the rate and on the removal efficiency of anions from the feed. It was observed that at a higher salt (NaCl) concentration in the receiver, the ion exchange was faster and the equilibrium concentration of the removed anion in the feed was lower. It was also found that anion species had a decisive effect on the process rate and efficiency: average fluxes of nitrates and sulphates were over two times as high as that of bicarbonates. In turn, the highest removal efficiency (91%) was obtained for sulphates, whereas bicarbonate were removed with the lowest efficiency (37%). Analyzing the effect of temperature on the Donnan dialysis process it was found that with the rising temperature of the solutions (the feed and the receiver) anion transport was accelerated: the average flux of nitrates and sulphates was increased by 50-60% and that of bicarbonates - by over 90%. Simultaneously, bicarbonate removal efficiency increased from 37% (at 17 °C) to 46% (at 37 °C).

PL

Zastosowano dializę Donnana z membraną anionowymienną (Selemion AMV, Asahi Glass) do usuwania uciążliwych anionów (azotanów, siarczanów i wodorowęglanów) z wody. Zbadano wpływ wybranych parametrów na szybkość i skuteczność usuwania anionów. Zaobserwowano, że wzrost stężenia soli (NaCl) w roztworze odbierającym przyśpiesza proces wymiany jonów, a stężenie równowagowe usuwa nego anionu w roztworze zasilającym jest niższe. Stwierdzono, że rodzaj usuwanego anionu ma duży wpływ na szybkość i skuteczność procesu: średni strumień azotanów i siarczanów jest ponad dwukrotnie większy od średniego strumienia wodorowęglanów. Z kolei najwyższą skuteczność uzyskano w procesie usuwania siarczanów (91%), podczas gdy skuteczność usuwania wodorowęglanów była najniższa i wynosiła 37%. Analizując wpływ temperatury na wymianę jonów w procesie dializy Donnana, stwierdzono, że w wyższej temperaturze roztworów (zasilającego i odbierającego) transport jonów jest szybszy: średni strumień azotanów i siarczanów rośnie o 50-60%, a strumień wodorowęglanów - o ponad 90% (gdy temperatura rośnie z 17 do 37 °C). Jednocześnie skuteczność usuwania wodorowęglanów wzrasta z 37 do 46%.

8

Prądowe techniki membranowej separacji

Wiśniewski J. A.

Wodociągi - Kanalizacja

|

2007

|

nr 4

26-28

PL

Początki membranowych procesów prądowych sięgają schyłku XIX w., kiedy to w 1890 r. przeprowadzono demineralizację syropu cukrowego w polu elektrycznym. W pierwszych badaniach stosowano membrany nienaładowane, a tym samym nieselektywne. Przedstawiono rodzaje elektrodializy: elektrodializę z membranami monopolarnymi, z membraną bipolarną oraz elektrodejonizację.

9

Ekonomiczne aspekty odzyskiwania kwasów i soli metali ze ścieków przemysłowych

Wiśniewski J. A., Różańska A.

Ochrona Środowiska

|

2007

|

R. 29, nr 2

43-47

PL

W pracy scharakteryzowano dialityczne procesy membranowe - dializę dyfuzyjną, elektrodializę monopolarną i elektrodializę bipolarną oraz przedstawiono możliwości zastosowania tych procesów do odzyskiwania wartościowych składników ze ścieków przemysłowych. Przeprowadzono analizę ekonomiczną odzyskiwania kwasów nieorganicznych (siarkowego oraz azotowego i fluorowodorowego) ze ścieków po trawieniu metali oraz soli niklu z wody z płukania po galwanizacji. Określono koszty związane z wprowadzeniem technologii membranowej do układu technologicznego oczyszczania ścieków w trawialni i galwanizerni i porównano je z kosztami klasycznej technologii oczyszczania opartej na neutralizacji ścieków. Stwierdzono, że w każdym z analizowanych przypadków koszt wprowadzenia nowej technologii (tj. technologii membranowej) jest niższy od kosztu technologii klasycznej. W procesie odzyskiwania kwasu ze zużytej kąpieli trawiącej metodą dializy dyfuzyjnej osiąga się czas zwrotu inwestycji (3-5 lat) nawet przy niskiej wartości rynkowej kwasu. Elektrodializa bipolarna, jako metoda odzyskiwania kwasu ze stężonych ścieków potrawiennych, jest korzystna ekonomicznie w przypadku kosztownych kwasów. Procesem szczególnie atrakcyjnym ekonomicznie jest odzyskiwanie metodą elektrodializy monopolarnej soli niklu z wody z płukania po galwanizacji. Z powodu wysokiej wartości rynkowej soli niklu, poniesione nakłady zostają zwrócone już po jednym roku eksploatacji instalacji do elektrodializy. Ponadto w procesie tym otrzymuje się wodę o obniżonym stężeniu soli niklu, która jest ponownie wykorzystywana w procesie płukania po galwanizacji.

EN

The paper includes a characterization of dialytic membrane processes, i.e. diffusion dialysis, monopolar electrodialysis and bipolar electrodialysis, and presents potential applications of these processes to the recovery of valuable substances from industrial effluents. Cost analysis was carried out for the recovery of inorganic acids (sulfuric, nitric and hydrofluoric) from metal-etching effluents, and the recovery of nickle salt from post-electroplating wash water. The costs involved in the implementation of the membrane technology into the treatment trains for the effluents from etching and electroplating plants were assessed and compared with the costs of the conventional treatment technology involving the neutralization of the effluents. In every instance the costs of implementing the membrane technology were found to be lower than those of applying the conventional neutralization technology. As for the process of acid recovery from spent etching bath by diffusion dialysis, the repayment of the investment takes from 3 to 5 years even if the market price of the acid is low. Bipolar electrodialysis as a method of acid recovery from concentrated etching effluents is cost-effective when the market price of the acids is high. Of the membrane processes analyzed, monopolar electrodialysis was found to be particularly attractive (in economic terms) when used for the recovery of nickel salt from post-electroplating wash water. Owing to the high market price of nickle salt, relevant expenditure is repaid after only one year of operation of the electrodialysis system. What is more, the process yields water of a reduced nickle salt concentration and thus enables its reuse for rinsing purposes after electroplating.

10

Electroseparation techniques using membranes

Wiśniewski J. A.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2003

|

Vol. 5, nr 2

33-39

EN

The paper presents membrane separation processes involving ion exchange membranes: monopolar electrodi-alysis, bipolar electrodialysis and other electrodialysis-related processes such as diffusion dialysis and Donnan dialysis. The principles of the processes, as well as related phenomena, are described. Major applications of electromembrane processes in water and wastewater treatment and in the recovery of valuable components from industrial wastewater are discussed. On the basis of the literature, it was found that the most important use where electrodialysis applies is production of drinking water from brackish water. Another common application of the process is the recovery of water and valuable metal salts from electroplating rinse water. Of great importance is also diffusion dialysis-widely used process allowing the recovery of some components (especially acids) from industrial wastewater.

11

Application of electrodialysis to water and acid recovery

Wiśniewski J. A., Wiśniewska G.

Environment Protection Engineering

|

1999

|

Vol. 25, nr 3

145-150

EN

Studies on water and acid recovery from the effluent after metal etching rinse are presented. Water recovery was studied using two alternative systems: electrodialysis 1 (ED1)-cation exchange-electrodialysis 2 (ED2) (System 1) and cation exchange-ED1-ED2 (System 2). System 1 yielded acid-free water which contained trace amounts of metal salts and had a conductivity of 30 mS/cm. System 2 provided water of a better quality - with no acid and metal salts content and its conductivity was 3 mS/cm. only. In order to recover hydrochloric acid from the ED1 concentrate, monoselective electrodialysis was applied. It was found that the acid solution recovered from the concentrate obtained in System 1 was 49 times concentrated comparing to raw wastewater, whereas the acid recovered in System 2 was 74 times concentrated. The calculated cost of water and acid production amounted to 0.4 and 1.55 DEM/m3 in System 1 and System 2, respectively.

PL

Przedstawiono wyniki badań nad odzyskiem wody i kwasu ze ścieków pochodzących z płukania metali po trawieniu. Do odzysku wody wykorzystano dwa alternatywne układy technologiczne: elektrodializę 2 (ED2) (system 1) oraz wymianę kationów - ED1 -ED2 (system 2). W systemie 1 otrzymano wodę pozbawioną kwasu, ze śladową zawartością soli metali, o przewodności 30 mS/cm. W systemie 2 otrzymano wodę o lepszej jakości (pozbawioną kwasu i soli metali), a jej przewodność wynosiła 3 mS/cm. Aby odzyskać kwas solny z koncentratu po procesie ED1, zastosowano elektrodializę monoselektywną. Stwierdzono, że roztwór kwasu otrzymany z koncentratu w systemie 1 był zatężony 49-krotnie w stosunku do ścieków surowych, roztwór kwasu natomiast odzyskany w procesie elektrodializy monoselektywnej w systemie 2 był zatężony 74-krotnie. Obliczony koszt wody i kwasu wyniósł 0,4 DEM/m3 wody w systemie 1 i 1,55 DEM/m3 wody w systemie 2.