Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Ciśnieniowe techniki membranowe w gospodarce wodno-ściekowej

Pressure-driven membrane techniques for water and wastewater management
Fot. bricareau.com

Częściowym rozwiązaniem problemu rosnącego zanieczyszczenia środowiska wodnego jest wdrażanie nowych technologii. Stąd do układów technologicznych uzdatniania wody i oczyszczania ścieków wprowadzane są nowe procesy jednostkowe, które pozwalają na usunięcie bardzo różnych zanieczyszczeń.

Większość współczesnych dużych systemów uzdatniania wód powierzchniowych i podziemnych oraz oczyszczania ścieków charakteryzuje się bardzo złożonymi układami technologicznymi zakładającymi sekwencję wielu procesów.

W gospodarce wodno-ściekowej w coraz większym zakresie wykorzystywane są procesy membranowe, przede wszystkim te, których siłą napędową jest różnica ciśnień po obu stronach membrany [1, 2].

Membrany

W najbardziej ogólnym ujęciu membrana syntetyczna to przegroda między dwiema fazami ciekłymi lub gazowymi, ograniczająca transport substancji w taki sposób, że mogą być one wymieniane między fazami z szybkością zależną od własności membrany oraz charakterystyki faz [3, 4]. Transport masy przez membrany odbywa się dzięki odpowiedniej sile napędowej, do której zalicza się różnicę ciśnień hydraulicznych, ciśnień cząstkowych składników separowanych, ich stężeń po obu stronach membrany czy też potencjału elektrycznego.

Rozwój inżynierii materiałowej umożliwił wytwarzanie w skali technicznej szerokiej gamy membran o zróżnicowanych właściwościach transportowych wykorzystujących różne siły napędowe.

Przeczytaj także: Projektowanie i eksploatacja układów hydroforowo-pompowych >>

Uwzględniając stan skupienia oraz rodzaj materiału, z którego membrana jest wytworzona, rozróżniamy membrany stałe i ciekłe oraz organiczne (polimerowe) i nieorganiczne. Biorąc natomiast pod uwagę strukturę oraz morfologię membran, można je podzielić na porowate i lite (nieporowate), symetryczne i asymetryczne oraz kompozytowe, które uważa się za odmianę membran asymetrycznych [3–7].

Rozmiar porów membran porowatych określa separacyjne właściwości membrany, a wysoką selektywność uzyskuje się wtedy, gdy wielkość substancji rozpuszczonej lub koloidalnej (rozproszonej) jest znacznie większa od wielkości porów membrany [7]. Mechanizm transportu jest więc rodzajem mechanizmu sitowego.

Membrany nieporowate nie zawierają porów w znaczeniu makroskopowym, a transport substancji jest określony przez tzw. mechanizm rozpuszczania (sorpcji) – dyfuzji, tzn. substancja ulega najpierw rozpuszczeniu (sorpcji) w membranie, a następnie dyfunduje przez nią dzięki odpowiedniej sile napędowej [6–9]. Separacja jest wynikiem różnicy w rozpuszczalności i/lub szybkości dyfuzji.

Membrany symetryczne mają jednakową strukturę w całym przekroju poprzecznym – obydwie powierzchnie są „równocenne”, tzn. mogą być użyte w procesie separacji [6–9]. Otrzymuje się je z polimerów organicznych i materiałów nieorganicznych (ceramika, metale, szkło). Asymetryczne membrany mikroporowate są zbudowane z warstwy naskórkowej o grubości 0,1–0,5 mm oraz matrycy (podłoże) o grubości 50–200 mm.

Membrany asymetryczne mogą być zbudowane z jednego polimeru lub z różnych, są to tzw. membrany kompozytowe [7]. O podstawowych własnościach membrany asymetrycznej decyduje warstwa naskórkowa, a jej mała grubość umożliwia uzyskanie wysokiej przepuszczalności hydraulicznej, natomiast zwartość decyduje o selektywności.

Charakterystykę pracy membrany definiują dwa parametry [7]:

  • przepuszczalność (strumień permeatu), która określa wydajność membrany,
  • selektywność, która charakteryzuje zdolność membrany do separacji.

Strumień permeatu określa objętość, masę lub liczbę moli substancji, która przechodzi przez jednostkową powierzchnię membrany w jednostce czasu, natomiast własności separacyjne membran podaje się za pomocą współczynnika retencji (R) kluczowego składnika:

(1)

gdzie:
Cp – stężenie składnika w permeacie,
Cn – stężenie składnika w nadawie.

Membrany w urządzeniach technicznych konfiguruje się w pięciu zasadniczych rodzajach: moduły płytowo-ramowe, spiralne, rurowe oraz kapilarne i z włókien kanalikowych. Rozwiązania płytowo-ramowe i spiralne są oparte na membranach w postaci płaskich arkuszy, natomiast rurowe, kapilarne i z włókien kanalikowych na membranach o przekroju kołowym [9–12].

W module płytowo-ramowym podstawowy zestaw tworzą: dwie membrany płaskie, pomiędzy którymi płynie nadawa, ułożone równolegle względem siebie (w przypadku membran asymetrycznych warstwy naskórkowe są skierowane do strumienia nadawy), przedzielone płytą dystansującą (np. siatka plastikowa) oraz płytą nośną porowatą/falowaną prowadzącą permeat [7–9].

Przeczytaj także: Praktyczne zastosowanie ciśnieniowych technik membranowych w gospodarce wodno-ściekowej >>

Wysokość tych kanałów pomiędzy elementami jest na ogół mniejsza niż 1 mm (typowo 0,5–1,0 mm). Arkusze membran mają kształt kołowy, eliptyczny lub prostokątny, a cały moduł jest konstrukcyjnie podobny do płytowego wymiennika ciepła lub płytowo-ramowej prasy filtracyjnej.

W module spiralnym płaska membrana wraz z płytą dystansującą są nawinięte spiralnie na centralną rurę zbiorczą. Płyty dystansujące od strony nadawy i permeatu są zgrzewane z trzech stron, tworząc kopertę/kieszeń dla dwóch membran [7–9]. Roztwór zasilający płynie równolegle do rury centralnej, a permeat promieniowo. W kanałach o wysokości rzędu 1,0 mm panują laminarne warunki przepływu, a gęstość upakowania membran jest większa niż w modułach płytowo-ramowych.

Zasada konstrukcji modułów rurowych polega na uformowaniu membrany w kształcie rury i osadzeniu jej we wnętrzu lub na zewnątrz porowatej albo perforowanej rury nośnej. W pierwszym rozwiązaniu roztwór zasilający przepływa najczęściej wewnątrz rury, a permeat po przejściu przez membranę płynie w porowatym suporcie lub poprzez otwory perforacji opuszcza suport. W drugim natomiast porowaty rurowy suport pokrywany jest często warstwą membranotwórczą, tworząc zwarty układ membrana–rura nośna. W typowym układzie stosuje się rury o średnicy 10–25 mm [7–9].

Czytaj dalej: Ciśnieniowe techniki membranowe >>

   20.03.2014

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl