membránszeparációs műveletek - kbkf.kkft.bme.hukbkf.kkft.bme.hu/membranszepraracio2012.pdf ·...
TRANSCRIPT
1
Membránszeparációs
műveletek
Dr. Cséfalvay Edit
2
Előadásvázlat Bevezetés
Membrán fogalma, membrános műveletek életciklus görbéje
Membránok osztályozása és csoportosítása szerkezet és anyagi minőség alapján
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak
Membránszeparációs műveletek csoportosítása hajtóerő szerint
Membrán modulok, és velük szemben támasztott követelmények
Membrános műveletek előnyei és hátrányai
Nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs eljárások: membránszűrés (MF, UF, NF, RO) MF és UF bemutatása, alkalmazásai; modellezése ellenállás, pórusmodellel
NF és RO bemutatása, alkalmazásai; modellezése módosított ellenállás modellel és oldódás-diffúziós modellel
Koncentráció, illetve fugacitás különbségen alapuló membrános eljárás: pervaporáció (PV) PV bemutatása, alkalmazásai; modellezése oldódás-diffúziós modellel
PV alkalmazása hibrid műveleteknél
További membránszeparációs műveletek bemutatása, és egy példa alkalmazásukra
Membránok alkalmazása a szennyvíztisztításban
3
Bevezetés Az eddig tárgyalt elválasztás technikai eljárások az
alábbi elvek alapján működtek:
Affinitás extrakció, abszorpció
Sűrűség centrifugálás, ülepítés
Gőznyomás desztilláció, rektifikálás
Méret szűrés
Membránműveleteknél: ezek a hajtóerők mind előfordulnak, általánosan a hajtóerő a kémiai potenciál különbség
Membránszeparációs művelet: nem-egyensúlyi művelet
Multidiszciplináris jellegük miatt sokfélék és sokféle elválasztásra alkalmazhatjuk, de nehéz a hagyományos eljárásokkal összehasonlítani
4
A membrán Membrán: szemipermeábilis hártya
Szelektív réteg, csak adott komponensek számára átjárható
Természetes membránok: növényi, állati eredetű féligáteresztő hártyák
Mesterséges membránok 1918, Zsigmondy Richárd
A vegyiparban a membrán technológiai fogalom. Olyan technológiai válaszfalat jelöl, amely szelektív áteresztő képességénél fogva a feldolgozandó anyagok alkotórészeinek szétválasztását többnyire kémiai átalakulás nélkül teszi lehetővé. [1]
Membránok: egyre szélesebb körben, szeparációs problémák, élelmiszeripar, egészségügy, vegyipar, szennyvíztisztítás
5
Membrános eljárások életciklus görbéje
A még kevésbé hozzáférhető, kevésbé elterjedt technológia: nagyobb haszon
A sokak által alkalmazott technológiát már csak szerényebb haszonnal lehet eladni.
6
A membránok csoportosítása Folyadék
Három egymásra rétegzett, de egymásban csak korlátoltan elegyedő folyadék alsó és
felső fázisának komponensei a középső fázis által korlátozott mértékben cserélődhetnek
csak egymással. [2]
Szilárd
Alapvető jelentőségre csak a szilárd membránok tettek szert. Ezek eredet szerint a
következőfélék lehetnek:
Későbbiekben csak szilárd halmazállapotú membránokról és műveletekről lesz szó
7
A membránok csoportosítása
szerkezet szerint 1.
Dinamikus
vagy fluid
kompozit
izotróp
anizotróp
membránok
Anizotróp: az elválasztás egy vagy több hártyán történik, amely egy nagyobb pórusú támasztó rétegen helyezkedik el
Izotróp: olyan membránok, amelyeknek a porozitása minden irányban egyforma
Kompozit: porózus támasztórétegre felvitt polimer aktív réteg; különböző anyagok kombinációja
Dinamikus: más néven fluid membránok. Membránok, amelyekhez egy aktív réteget képeznek a membrán felületen olyan anyag felvitelével, amelyeket fluidban kezelnek.
8
heterogén, többrétegű
A membránok csoportosítása
szerkezet szerint 2.
Pórusos (pórusméret alapján
történik az elválasztás)
Pórusmentes (oldhatósági vagy
diffúzivitási különbségen alapul az elválasztás)
Pórusos
Aktív réteg
pórusmentes (0,1-0,5 mm)
Támasztóréteg pórusos (50-150 mm)
}
} Anizotróp = aszimmetrikus pórosus
Izotróp = szimmetrikus pórusos
Kompozit = pórusos és pórusmentes réteg különböző anyagból
9
Membránműveletek
Membrán (latin), jelentése: hártya, héj
Permszelektív gát két fázis között Permeát: membránon átáramlott komponensek összessége
Retentát: visszamaradt komponensek összessége
Membránszeparáció sematikus rajza (keresztáramú szűrés)
10
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 1. Fluxus: , vagy i komponens
mólfluxusa
Transzmembrán nyomáskülönbség: a membrán betáplálás oldali
átlagnyomása és permeát oldala közötti nyomáskülönbség.
Ozmózis
dt
dV
AJV
1
dt
dm
AJm
1
hm
l2
hm
kg2
dt
dn
AJ i
in 1
,
hm
mol2
p
rfp
ppTMP
2
11
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 2. Visszatartás, vagy retenció: adott komponensre vonatkozóan a
kiindulási oldat hány %-a maradt vissza a retentátban:
ahol cp a permeátum koncentrációja (mol/m3), cf a betáplálás
koncentrációja (mol/m3) Vágási érték (Molecular Weight Cut-Off): jelenti azt a molekulatömeget,
amely súlyú molekuláknak 90%-át a membrán visszatartja.
%1001%)100(
F
P
F
RF
c
c
c
ccR
12
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 2. Besűrítési arány ahol Vf a kiindulási oldat térfogat
(m3), Vr a retentát térfogata azonos mértékegységben (m3).
Tiszta víz áteresztő képesség (Pure water permeability)
ahol JV az oldószer térfogatáram-sűrűsége (m3/m2s-1), Lp a
membrán hidraulikus permeábilitása (m), h (Pa∙s) a tiszta oldószer
dinamika viszkozitása, Dp (Pa) transzmembrán nyomás és Rm
(1/m) a membránellenállás
Limitáló fluxus: Az a maximális fluxus, amely adott kiindulási
oldat membránszűrése esetén érhető el, és nem növelhető tovább
a transzmembrán nyomáskülönbség növelése esetén sem.
r
f
V
VVRF
m
p
VR
ppLJ
D
D
13
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 3. A pórusos membránok leírása
Porozitás (e)=pórusok térfogata/test térfogata; átlagos porozitás: 0,3-0,7
Tortuozitás (t)=átlagos pórushossz/membrán vastagság
Pórusátmérő (d): MF: legnagyobb molekula
átmérője, amely áthatol a membránon
UF: egy tartomány átlagos értéke
[5]
14
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 4. Knudsen-diffúzió esetén a
gázmolekulák szabad úthossza nagyobb, mint a pórusátmérő. A molekulák mozgása függetlennek tekinthető egymástól. ütközés, adszorbeálódás, és véletlenszerű irányba visszaverődés.
Felületi diffúzió: adszorpció a felületen majd diffúzió
Molekulaszita: méret szerinti elválasztás
Tl
pp
M
TrJ l
0
2
1
2
3
4
e
Ahol r a pórus sugara (m), e a membrán porozitása (m3/m3), R gázállandó
(8,314 J/(K∙mol), T az abszolút hőmérséklet (K), M a gáz molekulasúlya (g/mol), l a
pórus hossza (m),p0 a nyomás a pórus elején (Pa), p1 a nyomás a pórus végén (Pa)
A Knudsen-diffúzió fluxusa leírható
15
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 5. Áthaladási együttható (Sieving coefficient) (S):
kifejezésnek egyelőre nincs meg a magyar megfelelője. Az i-edik komponens a permeátumban és a betáplálási oldal membrán felületen lévő koncentrációjának hányadosa.
Szeparációs faktor (SZF): a két komponens aránya a permeátumban, viszonyítva a két komponens betáplált elegyben lévő arányához
A szeparációs faktor pervaporációnál móltörtek, illetve gőznyomások segítségével is felírható
Szelektivitás (SZEL): i komponens megoszlását a permeátumban (Y-nal jelölve) és a betáplálásban (X-szel jelölve)
Ha SZEL ≤1, nincs szeparáció
fm
p
ic
cS
fm
p
ic
cS
fjfi
pjpi
cc
cc
/
/SZF
i
i
X
YSZEL
16
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak 6.
konvektív és diffúzív transzport
Koncentráció
polarizáció:
[5]
b
m
pfb
pfm
V
c
cCPM
D
cc
ccDJ
ln
snálanyagátadáD
JPe
lhőőatdásnáa
vLPe
V ,
,
Ahol:
v: sebesség
a: vezetéses hőátadás együtthatója
L: karakterisztikus hossz
Jv: konvektív transzport
D: diffúziós tényező
: határréteg vastagság
: anyagátadási tényező
CPM: koncentráció polarizációs modulus
Indexek: p: permeát, b: bulk, f: feed, m: membrán
17
Membránműveletekkel kapcsolatos
alapfogalmak 7. Szűrési típusok A membránszűrésnél: dead-end
(hagyományos)
vagy cross-flow (keresztáramú szűrés).
(folyamatos is lehet)
Membránszűrésen kívüli membránszeparációs
műveleteknél (ezen belül is elsősorban a gáz
szeparációnál, gőz permeációnál, illetve
pervaporációnál) további két áramlási típus
létezik: az úgynevezett co-flow (egyenáramú),
és az úgynevezett counter-flow (ellenáramú)
áramlás. A tisztítandó anyag, és a permeátum
a membrán felületére merőlegesen, vagy azzal
párhuzamosan áramlik, és az alkalmazott
segédáram (ha van) merre áramlik a
tisztítandó áramhoz és a permeátumhoz
képest.
18
iRiPiF cRcPcF ,,,
Általános anyagmérleg folyamatos műveletre
recirkuláció nélkül:
F=P+R
ahol F: a betáplálási áram [kg/s]
P: permeát áram [kg/s]
R: retentát áram [kg/s]
(Szakaszos műveletre is igaz a képlet, ha nem tömegáramot, hanem tömeget veszünk figyelembe.)
Komponensmérleg az i komponensre vonatkozóan:
19
Membránmodulok 1. Lapmodul (plate and frame
system) [4] Felépítése lemezes
hőcserélőhöz hasonlít
A membránokat (porózus támasztórétegen vékony aktív réteg) távolságtartók ún. spacer-ek választják el egymástól
A betáplált oldat és a permeátum 0,5....1 mm magasságú csatornákban áramlik
Áramlási sebesség akár 2 m/s is lehet
Hátránya: drága, nagy szivattyúzási ktg, kicsi az egy-ségnyi térfogatra eső felület
20
Membránmodulok 2. Cső modul (tubular
system) [4] Csövek belső átmérője
10...25 mm.
Csőben turbulens áramlás, áramlási sebesség 2...6 m/s
Viszonylag kicsi a térfogategységre eső felület
Szuszpenziók koncentrálására alkalmazzák
21
Membránmodulok 3.
Kapilláris modul [4]
Felépítés csőköteges
hőcserélőhöz hasonlít
Belső átmérője 0,5...4
mm.
Mechanikai stabilitást
a kapilláris cső fala
adja
Cső falvastagsága
120...180 mm.
22
Membránmodulok 4.
Spiráltekercs modul (spiral wound)
Felépítése: szendvicsszerűen összerakott lapokat (membrán,
távtartó, szűrletgyűjtő réteg) egy perforált csőköré tekerik
Nagy a térfogategységre eső felület
23
A membránmodulokkal szemben
támasztott követelmények Kompozit membránoknál vékony aktív réteg
Nagy permeábilitás és szelektivitás
Stabil és hosszú élettartamú membránmodul
Ellenállás a mechanikai és kémiai igénybevételnek
Minél kisebb térfogatban minél nagyobb felület
Ne legyen koncentráció polarizáció, vagy legyen jól kontrollálható
Könnyen tisztítható modul
Olcsó modul
Olcsó karbantartás
24
A membránok anyagi minősége
szerves alapanyagból készült membránok Cellulóz-nitrát: az 1990-es évek végéig ez volt a legelterjedtebb
(szerves oldószereknél nem használható)
Cellulóz-acetát: szerves oldószerek esetén is használható, de pH:5,5-6,5 tartományban max. 75°C-ig
Regenerált cellulóz membránok: pórus struktúrájuk hasonló a cellulóz-észterekből készítette membránokéhoz, oldószerekkel szemben rezisztensek
Poli-vinil-klorid (PVC): szerves oldószerekkel, közepes erősségű savakkal és lúgokkal szemben ellenálló max. 65°C-ig
Poli-tetra-fluor-etilén (teflon): minden erős savval, lúggal szemben ellenálló. Hőtűrő képessége nagy: 100-300°C, de nehéz jó szeparációs képességgel rendelkező membránt készíteni belőle
[3]
25
A membránok anyagi minősége
szerves alapanyagból készült membránok
Acril: elsősorban gyógyszeripari szűrőberendezéseknél használják (nem kerülhet a szűrletbe semmilyen toxikus anyag)
Poliamid (nylon): flexibilis, tartós, jól bírja a sterilezést
Poliszulfon (PSO): nem tolerálják az olajat, olajos emulziókat, zsírokat és a poláris oldószereket; kiváló a hő- és pH-tűrő képessége; főként élelmiszeriparban használják UF
Kompozit membránok: thin film composite (TFC vagy TFM), relatíve nagy fluxus és jó visszatartás(99,5% NaCl-ra), a támasztóréteg legtöbb esetben porózus PSO, az aktív réteget „in situ” polimerizálják a PSO alapon
Poliakrilnitril (PAN): előnyük, hogy magas hőmérsékleten alkalmazhatóak
Polivinil-alkohol (PVA): elsősorban pervaporációs membránok aktív rétege, előnye a nagy szelektivitás
26
27
A membránok anyagi minősége
szervetlen alapanyagból készült membránok
Alumínium-oxid (Al2O3)
Cirkónium-oxid (ZrO2)
Kerámia (SiO2), zeolitok
Ömlesztett üvegszűrő
Fém
Porcelán szűrők
28
Membránműveletek
előnyei, hátrányai
Folyamatossá tehetők
Energiaigényük kicsi
Könnyen kombinálhatók
(hibrid eljárások)
Enyhe körülmények
Egyszerű méretnövelés
Variálható
Az elválasztás nem
igényel újabb
komponenst
Eltömődés (fouling)
Koncentráció-polarizáció
Rövid élettartam (max. 3
év)
Szelektivitásfluxus
Méretnövelés lineáris (2X
akkora membrán dupla
annyiba kerül)
Napjaink egyik leggyorsabban fejlődő területe
29
Membránszeparáció hajtóereje, a műveletek
csoportosítása 1.[4] Hajtóerő: p, T, c, elektromos potenciál, összességében a m különbség
Műveletek Membrán típusa,
pólusmérete
(tájékoztató értékek)
Hajtóerő
(Nyomás különbség
és méret különbség)
Kiszűrhető részecskék
(mérete)
(tájékoztató értékek)
Mikroszűrés
MF
mikropórusos
0,1-10mm =
= 100-1000nm
Transzmembrán
nyomáskülönbség
10-500 kPa
Keményítő, pigmentek
baktériumok,
élesztőgombák,
(100 000-106 Da)
Ultraszűrés
UF
mikropórusos
0,05-0,5 mm = =
5-500nm
Transzmembrán
nyomáskülönbség
0,1-1 MPa
Makromolekulák,
kolloidok, vírusok,
proteinek
(1 000-100 000 Da)
Nanoszűrés
NF
bőrtípusú
0,001-0,01mm = =
1-10 nm
Transzmembrán
nyomáskülönbség
0,6-4 MPa
Nagyobb molekulák,
cukrok, kétértékű ionok
(100-1 000 Da)
Fordított ozmózis v.
Reverz ozmózis
RO
Bőrtípusú: nincs
pórusméret
Transzmembrán
nyomáskülönbség
2-10 MPa
Egyértékű ionok,
(tengervízből ivóvíz)
(10-100 Da)
M
E
M
B
R
Á
N
S
Z
Ű
R
É
S
30
Műveletek Membrán típusa,
pólusmérete
(tájékoztató értékek)
Hajtóerő Kiszűrhető részecskék
(mérete)
(tájékoztató értékek)
Dialízis mikropórusos
0,01-0,1 mm
koncentráció
gradiens
sók és kisméretű
molekulák elválasztása
makromolekuláktól
Elektrodialízis
ED
kation- és
anioncserélő
membrán
elektromos potenciál
gradiens
ionos oldatok
sómentesítése
Gőzpermeáció
GP
homogén polimer
membrán
gőznyomás- és
koncentráció
gradiens
gőz komponenseinek
elválasztása
Gázszeparáció
GS
homogén polimer
membrán
nyomás- és
koncentráció
gradiens
gázelegyek elválasztása
Pervaporáció
PV
homogén polimer
membrán
gőznyomás- és
hőmérséklet
gradiens
azeotróp elegyek
szétválasztása
Membrándesztilláció
MD
hidrofób pórusos
membrán
gőznyomás gradiens vizes oldatok
sómentesítése
Folyadékmembránon
alapuló eljárások
folyadék membrán koncentráció
gradiens
fémionok szelektív
eltávolítása,
gázszeparáció
Membránszeparáció hajtóereje, a műveletek
csoportosítása 2. [4]
31
Előadásvázlat Bevezetés
Membrán fogalma, membrános műveletek életciklus görbéje
Membránok osztályozása és csoportosítása szerkezet és anyagi minőség alapján
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak
Membránszeparációs műveletek csoportosítása hajtóerő szerint
Membrán modulok, és velük szemben támasztott követelmények
Membrános műveletek előnyei és hátrányai
Nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs eljárások: membránszűrés (MF, UF, NF, RO) MF és UF bemutatása, alkalmazásai; modellezése ellenállás, pórusmodellel
NF és RO bemutatása, alkalmazásai; modellezése módosított ellenállás modellel és oldódás-diffúziós modellel
Koncentráció, illetve fugacitás különbségen alapuló membrános eljárás: pervaporáció (PV) PV bemutatása, alkalmazásai; modellezése oldódás-diffúziós modellel
PV alkalmazása hibrid műveleteknél
További membránszeparációs műveletek bemutatása, és egy példa alkalmazásukra
Membránok alkalmazása a szennyvíztisztításban
32
Nyomáskülönbségen alapuló
membránszeparációs eljárások:
membránszűrés (MF, UF, NF, RO)
33
Membránszűrés mérettartománya [9]
34
Felületi és mélységi szűrés
[5]
35
Mikroszűrés 1. Pórusos membránok, pórusméret 0,1-10 μm
a membrán ellenállása a legkisebb a membránszűrések közül
a mikroszűrő membránnal a lebegő szennyeződéseket ill. a mikroorganizmusok közül a baktériumokat és gombákat lehet eltávolítani.
A kiszűrendő komponensek nem oldott állapotban vannak jelen, hanem lebegő részecskék, szuszpenzió vagy emulzió formájában,
Nyomás: 1-5 bar.
A dead-end és a cross-flow szűrési mód is elterjedt,
egyaránt alkalmazható szakaszos és folyamatos üzemmódban is.
előtisztító szerepe van ultraszűrést, nanoszűrést és fordított ozmózist alkalmazó eljárások előtt.
36
Mikroszűrés 2.
Komponensek elválasztása az ún. szitahatás alapján
Fluxus számítása: ellenállás modell vagy pórusmodell alapján
Mikroszűrés alkalmazása nyersvizek minőségének javítására
a lebegő anyagok kiszűrésére
a zavarosság megszüntetésére
előtisztításra
37
Példa: Mikroszűrés alkalmazása gépkocsikban
az olajat mikroszűrő közbeiktatásával szűrik csökken a szennyezőanyag kibocsátás.
a mikroszűrő használata csökkenti a káros anyagok keletkezését, mint például: * fáradt olaj, * idő előtt kopott /törött motoralkatrészek, * mérges gázok kibocsátásának csökkenése.
A mikroszűrő használatával a motor alkatrészeinek kopása az 1/10-ére csökkent.
Bioversal Magyarország
[10]
38
Ultraszűrés 1. Az ultraszűrő membrán a szubmikron méretű
kolloid részecskéket, mikroorganizmusokat, iszapot és a nagy molekulatömegű vegyületeket, pl. vírusokat és fehérjéket is képes visszatartani.
A cross-flow szűrési mód elterjedt,
szükséges nyomáskülönbség 3-10 bar.
Mind szakaszos, mind folyamatos módban alkalmazzák.
Pórusos membránok, pórusmérete 0,005 - 0,5 μm, de a membránok jobban jellemezhetők a vágási értékkel.
39
Ultraszűrés 2. Az ultraszűrő membránok vágási értéke
(MWCO, molecular weight cut off) 1-1000 kDa.
Komponensek elválasztása az ún. szitahatás alapján
Az ultraszűrő membrán pórusain csak a vízmolekulák, sók és kisebb méretű molekulák haladnak át.
Ultraszűrés alkalmazása felszíni vizekből: szerves anyagok, peszticidek, íz-,
szagvegyületek a
Élelmiszeripari alkalmazásai: tejfehérje besűrítése
almaléből zavarosító komponensek kiszűrése
tojásfehérje besűrítése (szárítás előtt)
Fermentációs enzimek tisztítása
40
Példa: Ultraszűrés alkalmazása
[11]
41
Transzport modellek (MF, UF)
Diffúzió: Fick törvény
Pórusos közegen,
kapillárisokon történő
áramlás
dx
dpcKJ
dx
dcDJ
ii
iiin
'
,
Ahol
Ji: i.komponens fluxusa
(mol/(m2s))
: koncentráció gradiens
(mol/(m4)
Di: i.komponens diffúziós
állandója (m2/s)
: nyomás gradiens
dx
dci
dx
dp
42
Membránon keresztüli anyagtranszport
(MF, UF) Szűrés alapegyenlete szilárd részecskék kiszűrésére: Darcy-
egyenlet
v: szűrési sebesség (fluxus) [m/s], V szűrlettérfogat [m3], t: szűrési idő [s], A: szűrőfelület, B: permeábilitási tényező, Dpl: iszaprétegen kialakuló nyomásesés, l: iszapréteg vastagsága, h: szűrlet dinamikai viszkozitása
l/B: iszapréteg ellenállása [1/m], (acV)/A kifejezés mutatja az ellenállás koncentráció függését
+ berendezés ellenállása: Rm [1/m]
Carman-féle szűrési egyenlet:
(Dp: össznyomásesés)
Ennek analógiájára a MF, UF transzport leírható
AcVBl
l
pB
dt
dV
Av l
/)(/
1
a
D
D
mRA
Vc
pv
a
43
Transzport modellek (MF, UF)
Ellenállás modell: tartalmazza a membránellenállást (Rm) és a járulékos ellenállások összegét (koncentráció polarizáció, gélképződés, eltömődés, adszorpció stb.-ből eredő ellenállásokat) [7]
D
RR
pJ
m
V
Ahol
JV: permeátum fluxus (m3/(m2s))
Dp: transzmembrán nyomás (Pa)
: oldószer viszkozitása (Pa.s)
Rm: membrán ellenállás (1/m)
44
Transzport modellek (MF, UF)
Pórusmodell (Hagen-
Poiseuille) (pórusok,
mint hengerekben
történő áramlás, ahol r
a pórusátmérő) [8]
Konvektív áramlás
Pórusméret > 0,1mm Ahol
JV: permeátum fluxus (m3/(m2s))
Dp: transzmembrán nyomás (Pa)
: oldószer viszkozitása (Pa.s)
Rm: membrán ellenállás (1/m)
l: pórus hossza (m)
e: a membrán porozitása m3/m3
r: pórus átmérő (m)
r
p1 p2
l
e
D
2
8r
l
pJV
45
Szűrési görbék:
Fluxus változása a nyomás függvényében
nanoszűrő membrán (20°C, 28cm2)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40
transzmembránnyomás (bar) (TMP)
flu
xu
s [
l/(m
2h
)]
tiszta víz fluxusa
4 g Cu2+/l oldat fluxusa
Fluxus a kitermelés függvényében
0
20
40
60
80
100
120
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
kitermelés (VP/VF)
flu
xu
s [
l/(m
2h
)]
batch mikroszűrés
(10 bar, 20°C, 28cm2)
Fluxus az idő függvényében
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4
mérési idő (h)
fluxu
s [l/
(m2h
)]
batch mikroszűrés
(10 bar, 20°C, 28cm2)
Variation of flux with TMP
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
TMP (kPa)
Flu
x (
um
/s)
Field et al.
Limitáló fluxus
46
Nanoszűrés 1. a nanoszűrő membrán képes a kisebb molekulákat, mint
pl. a cukrokat vagy akár a kétvegyértékű ionokat is kiszűrni a vízből.
Pórusmérete 1-10 nm lehet, vágási értéke 100-1000 Da.
Lehetnek pórusmentes, ún. bőrtípusú membránok is
Jellemző érték: konyhasó-visszatartása, amelynek értéke 30-70 %.
szükséges nyomáskülönbség 10-40 bar
a legszélesebb körben alkalmazott
Pórusos membránok esetén: szitahatás
Bőrtípusú membránok esetén a kémiai potenciálkülönbség alapján megy a transzport (membrán esetleges felületi töltése, vagy az oldódás-diffúzió alapján)
47
Nanoszűrés 2. Fluxus számítása: ellenállás modell, vagy oldódás-
diffúziós modell alapján
Alkalmazása Víztisztítás: vízlágyítás
Mezőgazdaság: anaerob rothasztók szennyvizeinek KOI csökkentése
Élelmiszeripari alkalmazás tejsavó részleges sótalanítása és besűrítése
gyümölcslé-sűrítmény gyártása
növényolaj finomítása
Technológiai vizek tisztítása Nehézfémek kiszűrése
stabil olaj-víz mikroemulziók szétválasztása
Radioaktív izotópot tartalmazó vizek szűrése
48
Példa: Nanoszűrés alkalmazása az
elektrokémai iparban Galvanizáló üzem öblítő vizének réztartalom csökkentése
[12] Betáplálás:
0,5 g/l Cu2+
Alkalmazott membrán:
KOCH MPF-44 típusú
Nanoszűrő, síklap membrán
Permeátum:
15 mg/l Cu2+
Retentátum:
Koncentrált
réz oldat
0
20
40
60
80
100
15 20 25 30
Applied pressure (bar)
Reje
cti
on
of
Cu
2+ (
%)
A membrán alkalmazott nyomástól
függetlenül 97%-os visszatartást
mutatott Cu2+ ionra.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Per
meá
tum
flu
xusa
[l/
m2
/h]
Kihozatal
Kom 50°C
Kom 60°C
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Per
meá
tum
flu
xusa
[l/
m2/h
]
Kihozatal
Eger
Mezőkövesd
Komárom
Mályi
Term
álv
izek f
luxusa
Példa: Nanoszűrés alkalmazása termálvizek keménységének
csökkentésére
Ismételt mérések
És átlagtól való eltérésük Király András, TDK 2011. I. helyezés
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ca2
+ vi
ssza
tart
ás [
%]
Kihozatal
50°C
60°C
5/9 Kété
rtékű ionok v
isszata
rtá
sa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Mg2
+ vi
ssza
tart
ás [
%]
Kihozatal
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Ca2
+ vi
ssza
tart
ás [
%]
Kihozatal
Eger
Zsóry
Komárom
Mályi
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Mg2
+ vi
ssza
tart
ás [
%]
Kihozatal
Kiind.konc.nő Kiind.konc.nő
Ismételt mérések
A komáromi mintára Ismételt mérések
A komáromi mintára
Király András, TDK 2011. I. helyezés
Nanoszűrés jellemzői A fluxus függ a szűrendő anyag
koncentrációjától
A szűrés minősége, azaz a visszatartás az
alkalmazott nyomástól független
Hőmérséklet növelésével kismértékű
visszatartás csökkenés
A keménységet okozó ionok eltávolítása
>90%
51
52
Fordított ozmózis legfinomabb szűrés a membránszűrések közül.
Az RO membránok gyakorlatilag csak az oldószer molekulákat engedik át.
NaCl visszatartásuk elérheti a 99-99,9 %.
Nempórusos membránok, hanem bőr típusú membránok
Szükséges nyomás (p>D !): 20-100 bar
Fluxus számítás: elsősorban oldódás-diffúziós modellel, vagy módosított ellenállásmodellel
Fordított ozmózis alkalmazása tengervíz sótalanítása, elsősorban arab országokban
ipari víz előkészítése
Kazán tápvíz előszítése
Ultratiszta vizek előállítása pl. oltótenyészetek készítéséhez
tej besűrítése a tejporgyártás első lépéseként
53
Példa: Fordított ozmózis
alkalmazása ivóvíz előállításra Distribution of desalination capacity by process
Share of capacity (%)
World United States
Distillation 70 21
Reverse
osmosis
25 73
Electrodialysis 5 6
Source: Buros 1989.
54
Példa: Fordított ozmózis alkalmazása ivóvíz
előállításra
[13]
A három lépcsős előszűrés esetén, a szennyezett víz első lépésben a 20 mikronos polipropilén betétes üledékszűrőn halad keresztül, ami a nagyobb lebegő szennyező-részecskéket tartja vissza. A második lépcső egy aktívszenes szűrő, amely kókuszhéjas aktívszén granulátumokból áll. Ez eltávolítja a klórt és a szerves szennyeződéseket. A kaszkádrendszer harmadik foka egy 5 mikronos polipropilén szűrő. Ez felfogja az olyan szennyeződéseket, mint a homok, az iszap, vagy a rozsda. A két lépcsős előszűrés esetén az első az 5 mikronos polipropilén szűrő, a második pedig az aktívszenes szűrő.
A Fordított Ozmózisos Membrán (a következő lépcső) eltávolítja a vízben oldott összes szennyezőanyag 96-99,9%-át éppúgy, mint a baktériumokat, a gombákat és véglény tömlőket. A membrán (20C fok és min. 2,8 bar esetén ) akár napi 250 liter ivóvíz tökéletes megtisztítására képes.
Az utolsó lépcső egy utószűrés, melynek során egy aktívszenes szűrő távolítja el a vízből az esetleges gázmolekulákat, amelyek a víz ízének megváltozását eredményezhetnék.
A tiszta vizet egy nyomás alatt levő tartály (15 l) tárolja, amely közvetlenül a mosogatóra szerelt csapra van kötve. [9]
55
Membránszűrés alkalmazása [14]
56
Transzport modellek Oldódás-diffúziós modell
Ellenállás modell ozmózis nyomás figyelembevételével (egyszerűsített modell, tartalmazza koncentráció polarizáció, gélképződés, eltömődés, adszorpció stb.-ből eredő ellenállásokat) [7]
Ekkor TMP=Dp-D
fm
VRR
pJ
DD
Ahol
JV: permeátum fluxus (m3/(m2s))
Dp: transzmembrán nyomás (Pa)
D: ozmózisnyomás különbség (Pa)
: oldószer viszkozitása (Pa.s)
Rm: membrán ellenállás (1/m)
Rf: eltömődési ellenállás (1/m)
Tl
pcKDJ
ww
L
ww
wm
DD
0,
,Ahol
Jmw: víz fluxusa (kg/(m2s))
Dw: víz diffúziós tényezője a membránon keresztül (m2/s)
víz szorpciós koefficiense a betáp oldalon (-)
cw,0: víz koncentrációja a betáp oldalon (kg/m3)
l: membrán vastagsága (m)
R: gázállandó: 8,314 J/(K.mol)
T: hőmérséklet (K)
LwK
fagcm
VRRRRR
pJ
DD
57
Oldódás-diffúziós modell 1. iimi KJ m '
dpVxTd iiii m ln
Ha feltételezzük, hogy a membrán nem rendelkezik töltéssel, és kompozit
membránról van szó, akkor a nyomás a membrán aktív rétegében állandónak
tekinthető. Ezért a kémiai potenciál gradiens leredukálható koncentráció gradiensre.
A membrán vastagságán keresztül létrejövő (l (m)) leegyszerűsített gradienst
figyelembe véve a Fick törvényt kaphatjuk meg.
l
ccDJ
mimii
mi
)(3)(1
ahol Di i-edik komponens diffúziós tényezője (m2/s), ci1(m) az i-edik komponens
koncentrációja a betáplálási oldalon a membrán felületén (kg/m3), ci3(m) az i-edik
komponens koncentrációja a permeát oldalon a membrán felületén (kg/m3) és l a
membrán vastagsága (m), az indexek (m), (1) és (3) jelenti sorban a membránt, a
betáplálási oldalt és a permeátum oldalt.
58
Oldódás-diffúziós modell 2. fázishatár felületen az oldat és a membrán kémiai
potenciálja megegyezik
ahol g az aktivitási koefficiens (-) és rM az oldat moláris sűrűsége (mol/m3). A szorpciós koefficienst Ki (-)ezért így definiálhatjuk
leegyszerűsitve
Permeát oldalon hasonlóan
A határfelületen a kémiai potenciálok egyenlősége megadja a permeátum oldali
membránfelületen lévő koncentrációt
1
1)(1
1)(1 i
Mmi
Mmimi cc
1)(1
1
Mmi
MmiiK
1)(1 iimi cKc
T
ppVcc
l
KDJ iii
ii
mi
31
31 exp
59
Oldódás-diffúziós modell 3. Feltételezve, hogy a membrán nagyon jó szelektivitással
rendelkezik
Az i-edik komponens ozmózis nyomásánál nagyobb
hidrosztatikai nyomás esetén az i komponens fluxusa
kifejezhető
kicsi normál körülmények között, ezért
jó közelítéssel az alábbi egyenlet alkalmazható
egyszerűsítve
l
KD
l
KD sósóvízvíz
DD
T
pV
l
cKDJ i
iii
mi
exp11
DD
T
pVi
DD
T
pV
l
cKDJ i
iii
mi
1
DD pAJmi
60
Oldódás-diffúziós modell 4. A konstans (s/m), egyenlő
ez az úgynevezett víz permeábilitási konstans
só membránon keresztüli transzportja
Mivel kicsi, ezért egyszerűsíthetünk
A teljes permeátum tömeg fluxusa a víz és a só
fluxusának összegeként számítható:
Tl
VcKDA iiii
1
T
ppVcc
l
KDJ mi
31
só3só1só
sósó exp
T
ppVsó
31
3só1sósósó cc
l
KDJmi
sóvíztotal JJJ
61
Előadásvázlat Bevezetés
Membrán fogalma, membrános műveletek életciklus görbéje
Membránok osztályozása és csoportosítása szerkezet és anyagi minőség
alapján
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak
Membránszeparációs műveletek csoportosítása hajtóerő szerint
Membrán modulok, és velük szemben támasztott követelmények
Membrános műveletek előnyei és hátrányai
Nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs eljárások: membránszűrés (MF, UF, NF, RO) MF és UF bemutatása, alkalmazásai; modellezése ellenállás, pórusmodellel
NF és RO bemutatása, alkalmazásai; modellezése módosított ellenállás modellel és oldódás-diffúziós modellel
Koncentráció, illetve fugacitás különbségen alapuló membrános eljárás: pervaporáció (PV) PV bemutatása, alkalmazásai; modellezése oldódás-diffúziós modellel
PV alkalmazása hibrid műveleteknél
További membránszeparációs műveletek bemutatása, és egy példa alkalmazásukra
Membránok alkalmazása a szennyvíztisztításban
62
Koncentráció különbségen
alapuló membránszeparációs
eljárások: pervaporáció
63
Pervaporáció Hajtóerő a koncentrációkülönbség, de a
technikai megvalósítás miatt gyakorlatilag a fugacitás különbség
Folyadék betáplálás adott hőmérsékleten (60-100°C)
Betáplálási oldalon túlnyomás (1-2bar)
Permeát oldalon vákuum permeát gőz halmazállapotú
Retentát folyadék halmazállapotú
Membrán: az aktív réteg pórusmentes ún. bőrtípusú membrán, támasztóréteg pórusos
Legtöbbször PVA/PAN kompozit membrán
Fluxus számítás: oldódás-diffúziós modellel
64
Alkalmazási területek
• Azeotropok elválasztása
• Oldószerek vízmentesítése (hidrofil membrán)
• Szerves anyagok eltávolítása (organofil membrán)
• Közeli forrpontú anyagok elválasztása
• Pl: Magyarországon Nitrokémiában izopropanol víztelenítésére
• Alkalmazzák etanol abszolutizálására
• Bioetanol fermentációs úton történő előállításakor organofil pervaporációval alkohol kinyerés
65
A pervaporáció mechanizmusa
1. szelektív
szorpció a
membrán primer
oldalán
2. szelektív diffúzió
a membránon át
3. deszorpció a
gőzfázisba a
permeátum oldalon
(vákuum)
Jk
Pk,1
Pk,2 Pk,3
selective
active layer
non selective
porous support layer
Jk: k komponens moláris fluxusa
P: nyomás
1: betáplálási oldal
2: a membrán pórusos támasztórétege
3: permeátum oldal
66
Pervaporációval kapcsolatos
alapfogalmak Szeparációs faktor biner elegyre:
pervaporáció szeparációs indexe (PSI):
„permeábilitás” (permeance)
ahol JP, Pi/l permeance, permeábilitás (m/s),
Pi az i-dik komponens permeábilitása (A diffúziós és a szorpciós tényezők szorzata) a betáplálási oldalon (m2/s),
l a membrán vastagsága (m),
Jmi az i-edik komponens parciális fluxusa (kg/(m2∙s),
γi az i-edik komponens aktivitási koefficiense folyadék a betáplálási oldalon (-),
xi az i-edik komponens móltörtje a folyadék fázisban (-),
pi0 a tiszta i-edik komponens adott hőmérséklethez tartozó gőznyomása a betáplálási oldalon (Pa),
yi az i-edik komponens móltörtje a gőz fázisban (-),
pp a permeát oldali nyomás (Pa).
ii
iiióPervaporác
yx
xySZF
1
1
JSZF
P
iiii
miiiiP
pypx
J
l
KD
l
PJ
0
67
Kompozit membránok szemi-empirikus
transzport egyenlete
Ideális szorpció és diffúziót a Fick törvény írja le:
Probléma: a diffúziós tényező koncentráció függő!
Megoldás: Fick törvénnyel analóg, kémiai potenciál gradiens alkalmazása
PV: vákuum alkalmazása; a kis nyomásérték miatt a fugacitási együttható 1-nek vehető a nyomás értéke megegyezik a fugacitással
0k
kk
___
kk
k
___
kk
kkk
f
flnDc
T
DcJ
cDJ
m
Rautenbach et.al
Ahol
Jk: k komponens fluxusa (mol/(m2s))
Dk: k komp. diffúziós tényezője (m2/s)
ck: k komp. koncentrációja (mol/m3)
: transzport koefficiens (mol/(m2s))
R: gázállandó (8,314 J/(Kmol))
T: hőmérséklet (K)
m: kémiai potenciál
f: fugacitás
k
___
D
k
___
D
68
Transzport modell kiválasztása
Alkalmazott transzport modell: oldódás-
diffúziós modell (Huang) [6] (izoterm főmérsékleten)
0
31
00
1
1
k
kk
k
k
kk
k
kp
ppD
pQ
DJ
TTR
EDD k
kk
11exp
*
*
Transzportkoefficiens hőmérsékletfüggése
Ahol
Jk: k komponens fluxusa (mol/(m2s))
Dk: k komponens transzport koefficiense (mol/(m2.s))
Q0: permeábilitási koefficiens (mol/(m2.s.bar))
pk: k komponens parciális nyomása (1-betáp, 3-permeát)
: permeát és betáp oldali aktivitási koefficiensek mértani
közepe
Ek: aktiválási energia (J/mol)
R: gázállandó: 8,314 J/(K.mol)
T: hőmérséklet (K), T*: referencia hőmérséklet
69
Pervaporáció szimulációja BME KKFT: Mizsey Péter, Koczka Katalin, Deák András Fonyó Zsolt,
Membránpervaporáció modellezése az „oldódás-diffúziós” modellel, Magyar Kémikusok Lapja , 2005. 7.szám, 239-242
Pervaporáció algoritmusának kifejlesztése
Differenciálegyenlet rendszer megoldása helyett:
Membrán felület felosztása infinitezimálisan kicsi egységekre, amelyeken állandó hőmérsékletet tételezünk fel a betáplálási oldalon
Modell kiterjesztése: anyag és komponensmérlegek mellett entalpiamérlegek segítségével adiabatikus pervaporációra
Fenti algoritmus ChemCAD szimulációs szoftverbe integrálása
70
PV Szimulációja ChemCAD szoftverrel
71
CELFA P-28 univerzális membrán
tesztberendezés, BME KKFT tanszék
Effektív membrán felület: 28 cm2
Kompozit síklap membrán
Aktív rétege: PVA
PERVAP-2210: etanol. Izopropanol
víztelenítésére
72
Paraméter optimalizálás
Alkalmazott szoftver: GAMS
Illesztett paraméterek: Q0, D*IPA, D*víz, (E/R)IPA, (E/R)víz
Q0 adott membránnál állandó
Modellezés
ChemCad folyamatszimulátorral
A pervaporációs modulban a paraméterek
specifikálhatók
73
Előadásvázlat Bevezetés
Membrán fogalma, membrános műveletek előnyei és hátrányai
Membránszeparációs műveletek csoportosítása hajtóerő szerint
Membránok osztályozása és csoportosítása szerkezet és anyagi minőség alapján
Membrán modulok, és velük szemben támasztott követelmények
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak
Membrános műveletek életciklus görbéje
Nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs eljárások: membránszűrés (MF, UF, NF, RO) MF és UF bemutatása, alkalmazásai; modellezése ellenállás, pórusmodellel
NF és RO bemutatása, alkalmazásai; modellezése módosított ellenállás modellel és oldódás-diffúziós modellel
Koncentráció, illetve fugacitás különbségen alapuló membrános eljárás: pervaporáció (PV) PV bemutatása, alkalmazásai; modellezése oldódás-diffúziós modellel
PV alkalmazása hibrid műveleteknél
További membránszeparációs műveletek bemutatása, és egy példa alkalmazásukra
Membránok alkalmazása a szennyvíztisztításban
74
További membránszeparációs
műveletek bemutatása, és egy-
egy példa alkalmazásukra
Koncentráció különbségen alapuló
membránszeparációs eljárások: dialízis
75
Dialízis
Különböző méretű molekulák elválasztása
koncentráció különbség alapján
Transzport diffúzió alapján
Fluxus számítása: oldódás-diffúziós
modellel
76
Példa: Dialízis alkalmazása [17] A peritoneális dialízis a
hasüregben található beleket borító, igen sok véredényt tartalmazó vékony természetes membrán (peritoneum/hashártya) segítségével történik
Hemodializis: dializáló oldatot, öntenek a hasüregbe, amely néhány órán keresztül ott marad.
Amikor a dializáló oldat bekerül a peritoneális térbe, a vér a peritoneális membránon keresztül megtisztul és a méreg anyagok kiáramlanak a dializáló oldatba. Ezután a dializáló oldatot (immár méreganyagokkal telítve) leeresztik és friss oldatot juttatnak a helyébe.
77
Elektromos potenciál
különbségen alapuló
membránszeparációs eljárás:
Elektrodialízis
78
Elektrodialízis 1.
Elektromos potenciál különbség hatására ionvándorlás
Töltéssel rendelkező komponensek szétválasztása
Kation és anion szelektív membránok alkalmazása
[15]
79
Elektrodialízis 2. Ha egy sóoldatot elektromos potenciálkülönbség (feszültség) alá
helyeznek, a kationok a negatív elektród (katód) felé vándorolnak, míg az anionok a pozitív elektród (anód) felé.
Az ionok vándorlásának szabályozása: elektromosan töltött membránokkal (kation- és anionszelektív membránok
váltakozó sorrendben a katód és az anód közötti térben)
A szeparálandó oldatot (pl. NaCl) keringetni kezdik ebben a térben
Egyenáram az ionok vándorolni fognak a megfelelő elektród felé
Az anionok azonban nem tudnak áthatolni a negatív töltésű (kationszelektív) membránon, s a kationokat hasonlóképpen visszatartja a pozitív töltésű (anionszelektív) membrán.
Így összességében az ionok koncentrációja minden második egységben emelkedik, míg a többi egységben csökken.
Váltakozva híguló és töményedő oldatot tartalmazó egységek alakulnak ki.
80
Példa: elektrodialízis elvén működő
tüzelőanyag cella [16] Cél: kémiai energia
átalakítása elektromos
energiává
H2 gáz H+ ionokká
oxidálódik
Elektronok egy külső
körön keresztül az
anódtól a katód felé
áramlanak
H+ kationcserélő
membrán átáramlik
Ott O2-vel reagálva víz
képződik
81
Gőzpermeáció
82
Gőzpermeáció
Hajtóerő a koncentrációkülönbség, de a technikai megvalósítás miatt gyakorlatilag a fugacitás különbség
Betáplálás magas hőmérsékleten (komponensek illékonyságától függően)
Permeát oldalon vákuum permeát is gőz halmazállapotú
Membrán: többnyire az aktív réteg pórusmentes ún. bőrtípusú membrán, támasztóréteg pórusos
Legtöbbször PVA/PAN kompozit membrán
Fluxus számítás: oldódás-diffúziós modellel
83
Példa: gőzpermeáció alkalmazása [18]
GKSS GmbH (Németország) fejlesztése
Alkalmazás: benzin tartályok feltöltésekor, illetve leengedésekor keletkező benzin gőz visszanyerésére
600 m3/h levegő megtisztítása (1 bar, környezeti hőm., kb. 20V% szénhidrogén gőzöket tartalmaz)
Kompresszió után: 2 bar kondenzátum elvétele, majd a maradék levegő/gőz elegy membránszeparációja
1 membrán: Permeátum oldalon 175 mbar, benzinben dúsított anyag elvétele
Majd anyagáram kompressziója 6 barra
2. membrán: Permeátum oldalon 375 mbar
A benzingőz 98%-a kinyerhető
84
Hőmérséklet különbségen alapuló
membrános eljárások:
Membrándesztilláció
85
Membrándesztilláció vagy
Membrános Desztilláció
Két különböző hőmérsékletű vizes fázist egy hidrofób, pórusos membrán választ el egymástól.
Elválasztás alapja: DT gőznyomás különbség.
Alkalmazott membránok: hasonlók a PV membránokhoz
Fluxus számítás: oldódás-diffúziós modellel
Alkalmazás: tiszta víz szervetlen sóktól történő elválasztására, alkohol sörből, borból vagy fermentáció elegyekből történő kivonása
86
Előadásvázlat
Bevezetés Membrán fogalma, membrános műveletek életciklus görbéje
Membránok osztályozása és csoportosítása szerkezet és anyagi minőség alapján
Membránműveletekkel kapcsolatos alapfogalmak
Membránszeparációs műveletek csoportosítása hajtóerő szerint
Membrán modulok, és velük szemben támasztott követelmények
Membrános műveletek előnyei és hátrányai
Nyomáskülönbségen alapuló membránszeparációs eljárások: membránszűrés (MF, UF, NF, RO) MF és UF bemutatása, alkalmazásai; modellezése ellenállás, pórusmodellel
NF és RO bemutatása, alkalmazásai; modellezése módosított ellenállás modellel és oldódás-diffúziós modellel
Koncentráció, illetve fugacitás különbségen alapuló membrános eljárás: pervaporáció (PV) PV bemutatása, alkalmazásai; modellezése oldódás-diffúziós modellel
PV alkalmazása hibrid műveleteknél
További membránszeparációs műveletek bemutatása, és egy példa alkalmazásukra
Membránok alkalmazása a szennyvíztisztításban
87
Membránok alkalmazása
szennyvíztisztításban
88
Membránok alkalmazása
szennyvíztisztításban
Kommunális szennyvíz
Membrán bioreaktorok (MBR) alkalmazása
Ipari szennyvíz
Keletkező szennyvíz összetételétől és a
kívánt céltól függően változik az alkalmazott
technológia
Többnyire más technológiával kombinálva,
ún. hibrid műveletként történő alkalmazás
89
Ipari szennyvíztisztítás
membránokkal 1.
Élelmiszeripar Sterilezés: UF
Tejipari szennyvíz, értékes komponensek koncentrálása: NF
Gyümölcslégyártás szennyvizéből, íz- és aromakomponensek visszanyerése: UF
Erőművek Szennyvizek radioaktív izotóptartalmának koncentrálása: NF
Mezőgazdaság Anaerob rothasztók szennyvizeinek KOI csökkentése: NF
90
Ipari szennyvíztisztítás
membránokkal 2.
Hulladéklerakók Csurgalékvíz KOI csökkentése: NF
Elektrokémiai ipar Fémionok kinyerése: NF
Mosóalkoholok koncentrálása (pl. IPA): PV
Metallurgia, gépgyártás Olajos szennyvizek, emulziók szeparálása: UF
Papíripar Lignoszulfonátok kinyerése: UF
Textilipar Festékes szennyvízből festékek koncentrálása: NF
91
Példa: Vegyipar Vegyipari szennyvíz KOI csökkentése hibrid művelettel, esettanulmány
[19]
áram 1 2 3 4 5
KOI
(mg/l)
42 000 36 000 6 000 19 000 17 000
7
Kitermelés
(%)
(5 és 7-es
áramok)
Permeátum KOI
(mg/L)
20 973
40 2900
45 3070
Hibrid technológia:
1. Szűrés (MF)
2. Desztilláció (14
elméleti tányér,
reflux arány 10)
3. Membránszűrés
(RO)
92
Irodalomjegyzék [1] Bélafiné Bakó Katalin, Membrános műveletek, Veszprémi Egyetemi Kiadó, 2000
[2] http://technologia.chem.elte.hu/hu/muvelettan/Vegyipari_Muvelettan_teljes.pdf
[3] Gál Beáta, Szeszes italok szűrhetőségének vizsgálata, Szeszipar, 45.évf, 1.sz., (1997) 14-25.o.
[4] Vegyipari Félüzemi Praktikum, Műegyetemi Kiadó, 2000, 194-203.o.
[5] R.W. Baker, Membrane Technology and Applications,2004, Wiley
[6] Mizsey Péter, Koczka Katalin, Deák András Fonyó Zsolt, Membránpervaporáció modellezése az „oldódás-diffúziós” modellel, Magyar Kémikusok Lapja , 2005. 7.szám, 239-242
[7] A.L Schäfer, Nanofiltration, Principles and Applications, 2005
[8] Fonyó-Fábry, Vegyipari Művelettani Alapismeretek, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1998
[9] www.kochmembrane.com
[10] http://bioversal.extra.hu/indextrabold.html
[11] www.hidrofilt.hu
[12] Edit Cséfalvay, Viktor Pauer, Peter Mizsey: Recovery of Copper from Process Waters by Nanofiltration and Reverse Osmosis, Desalination Journal 240 /1-3 (2009) pp. 132-142
[13] www.protfilt.hu
[14] Jorgen Wagner, Membrane Filtration Handbook, Practical Tips and Hints, OSMONICS Inc., 2001, 2nd edition
[15] Pécs Miklós, előadásanyaga: http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/mezgaz/bioelv%E1lm%FBv/membran/Membr%E1nfekete.pdf
[16] Bélafiné Bakó Katalin, Az ozmotikus erőműtől a lélegző esőkabátig-membránok, Magyar Tudomány, (2007) 8.sz. 1024-1033.o.
[17] www.nephrocare.com
[18] Membrane Separations Technology. Priciples and Applications, Edited by R.D. Noble and S.A. Stern, 1995, Elservier Science
[19] ECCE-6, European Congress of Chemical Engineering, Treatment of pharmaceutical waste water by hybrid separation processes, E. Cséfalvay, K. Koczka, P. Mizsey, Koppenhága, Dánia, 2007, ISBN: 978-87-91435-56-0, vol.2, pp. 465-466