Nanofiltracja i Osmoza Odwrócona

Nanofiltracja

Nanofiltracja to technika używana w przeciągu ostatnich kilku lat. Dziś, nanofiltracja jest stosowana głównie w odniesieniu do procesu oczyszczania wody pitnej, np. zmiękczanie wody, dekoloryzacja oraz usuwanie mikro zanieczyszczeń. Podczas procesów przemysłowych nanofiltracja jest aplikowana do usuwania specyficznych komponentów, takich jak środki koloryzujące.

Nanofiltracja to proces związany z ciśnieniem, podczas którego zachodzi separacja na podstawie wielkości molekuł. Separacja zachodzi dzięki membranom. Technika ta jest stosowana głównie w usuwaniu substancji organicznych, takich jak mikro zanieczyszczenia i jony wielowartościowe. Membrany nanofiltracji mają średnią zdolność zatrzymania w stosunku do jonów jednowartościowych.  

Inne zastosowania nanofiltracji to:
· Usuwanie pestycydów z wody gruntowej
· Usuwanie metali ciężkich ze ścieków
· Recykling wody zanieczyszczonej w pralniach
· Zmiękczanie wody
· Usuwanie azotanów

Odwrócona osmoza (RO)

Odwrócona Osmoza opiera się na podstawowej zasadzie poszukiwania równowagi. Dwie ciecze zawierające rożne stężenia substancji rozpuszczonych, które są ze sobą w kontakcie, będą się mieszac aż do osiągnięcia jednolitego stężenia. Jeśli te dwie ciecze rozdzielone są półprzepuszczalna membraną (pozwalającą na przepływ cieczy przez nią a zatrzymującą substancje rozpuszczoną), ciecz zawierająca mniejsze stężenie będzie przechodzić przez membranę w kierunku cieczy o większym stężeniu stałej substancji rozpuszczonej (Binnie e.a., 2002). Po chwili poziom wody będzie się zwiększał po jednej ze stron membrany. Ciśnienie wywierane na półprzepuszczalną membrane przez 2 ciecze (różnica wysokości kolumn) to tak zwane ciśnienie osmotyczne. Jeśli ciśnienie wyższe niż ciśnienie osmotyczne zostanie zaaplikowana na kolumnę cieczy, powstanie odwrócony efekt. Ciecze są z powrotem przeciskane przez membranę, podczas gdy stałe substancje rozpuszczone pozostają w kolumnie cieczy. Używając tej techniki, większa ilość zawartości soli może zostać usunięta. 

1                     2                     3

1. Woda przepływa z kolumny o niższym stężeniu substancji zawieszonej do kolumny z wyższą zawartością zawiesiny
2. Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie używane do zatrzymywania przepływu wody przez membranę w celu osiągnięcia równowagi
3. Poprzez zaaplikowanie ciśnienia wyższego niż ciśnienie osmotyczne, przepływ wody będzie odwrócony; woda będzie przepływać z kolumny o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej do kolumny z niskim stężeniem zawiesiny

Odwrócona osmoza jest to technika używana głównie podczas przygotowywania wody pitnej. Proces przygotowywania wody pitnej ze słonej wody morskiej jest powszechnie znany.  Poza tym, jest ona stosowana do produkcji wody ultra czystej  i wody dostarczanej do bojlera. Technika ta jest też aplikowana w sektorze produkcji żywności (koncentracja soków owocowych, cukru i kawy), w przemyśle galwanicznym (koncentracja ścieków) oraz przemyśle mleczarskim (koncentracja mleka do produkcji sera). 

Podsumowując, zastosowania Odwróconej Osmozy to:
· Zmiękczanie wody
· Produkcja wody pitnej
· Produkcja wody używanej do rożnych procesów
· Produkcja wody ultra-czystej (przemysł elektroniczny)
· Koncentracja w przemyśle spożywczym oraz mleczarskim

Oczyszczanie wstępne wody doprowadzanej do oczyszczania w procesie nanofiltracji lub Odwróconej Osmozy w ogromnym stopniu wpływa na efekty osiągane w tych systemach. Wymagana forma oczyszczania wstępnego zależy od jakości wody do oczyszczenia. Celem oczyszczania wstępnego jest zmniejszenie zawartości substancji organicznej oraz ilości bakterii, oraz obniżenie wskaźnika zaczopowania/zablokowania (MFI = Modified Fouling Index).  

Zawartość materii organicznej oraz ilość bakterii powinny być tak niskie jak to tylko możliwe, aby zapobiegać tak zwanemu "biofouling" membran (zaczopowaniu filtra poprzez zatrzymywane zawiesiny). Zastosowanie oczyszczania wstępnego ma kilka zalet:
·  Membrany maja większą trwałość
·  Czas produktywny systemu jest wydłużony
·  Zarządzanie membranami staje się prostsze
·  Koszty zatrudnienia są niższe
 

Oprócz oczyszczania wstępnego może zostać zastosowane chemiczne dozowanie (kwas, środek przeciwko tworzeniu się kamienia), aby zapobiegać powstawaniu kamienia oraz strącaniu nierozpuszczalnych substancji stałych, takich jak węglan wapnia czy siarczan bromu na powierzchni membrany. Zastosowane kwasy są to kwas chlorowodorowy (HCl) i siarkowy (H₂SO₄). Kwas siarkowy jest najpowszechniej używanym związkiem chemicznym do tego celu. Jednak, kwas chlorowodorowy jest coraz częściej stosowany, gdyż kwas siarkowy może negatywnie wpływać na prędkość tworzenia kamienia na membranie. Jeśli woda do oczyszczania zawiera duże ilości jonów siarczanowych, kwas chlorowodorowy zastępowany jest kwasem siarkowym. Dawka kwasu siarkowego w tym wypadku wzmocniłaby prawdopodobienstwo powstawania kamienia na membranie w wyniku obecności jonów siarczanowych (Baker, 2000).

Poniżej przedstawiony jest przegląd głównych technik oczyszczania wstępnego oraz substancji redukowanych podczas tego procesu.

Poza wyżej wymienionymi metodami istnieją również inne techniki oczyszczania wody dostarczanej do oczyszczania, takie jak dezynfekcja nad filtracja na węglu aktywowanym.

Mikrofiltracja i ultrafiltracja

Membrany Odwróconej Osmozy  

Związki chemiczne Odwróconej Osmozy

Technologia membran