Membrane capacitive deionization (MCDI): a flexible and tunable technology for customized water softening

电容去离子 工艺工程 海水淡化 材料科学 锅炉给水 水处理 饮用水净化 环境科学 环境工程 废物管理 锅炉(水暖) 工程类 化学 生物化学
作者
Zhizhao He,Christopher J. Miller,Yunyi Zhu,Yuan Wang,John Fletcher,T. David Waite
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:259: 121871-121871
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121871
摘要

There is a growing demand for water treatment systems for which the quality of feedwater in and product water out are not necessarily fixed with "tunable" technologies essential in many instances to satisfy the unique requirements of particular end-users. For example, in household applications, the optimal water hardness differs for particular end uses of the supplied product (such as water for potable purposes, water for hydration, or water for coffee or tea brewing) with the inclusion of specific minerals enhancing the suitability of the product in each case. However, conventional softening technologies are not dynamically flexible or tunable and, typically, simply remove all hardness ions from the feedwater. Membrane capacitive deionization (MCDI) can potentially fill this gap with its process flexibility and tunability achieved by fine tuning different operational parameters. In this article, we demonstrate that constant-current MCDI can be operated flexibly by increasing or decreasing the current and flow rate simultaneously to achieve the same desalination performance but different productivity whilst maintaining high water recovery. This characteristic can be used to operate MCDI in an energy-efficient manner to produce treated water more slowly at times of normal demand but more rapidly at times of peak demand. We also highlight the "tunability" of MCDI enabling the control of effluent hardness over different desired ranges by correlating the rates of hardness and conductivity removal using a power function model. Using this model, it is possible to either i) soften water to the same hardness level regardless of the fluctuation in hardness of feed waters, or ii) precisely control the effluent hardness at different levels to avoid excessive or insufficient hardness removal.

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