Wydział Inżynierii Środowiska TECHNIKI MEMBRANOWE W OCHRONIE ŚRODOWISKA Prof. dr hab. inż. Małgorzata KABSCH-KORBUTOWICZ pokój 215 D-2 Prof. dr hab. inż. Katarzyna MAJEWSKA NOWAK pokój 219 D-2 Procesy separacji membranowej pozwalają na: ZATĘŻANIE - USUWANIE ROZPUSZCZALNIKA Z ROZTWORU ROZCIEŃCZONEGO OCZYSZCZANIE - USUWANIE ZANIECZYSZCZEŃ Z ROZTWORU FRAKCJONOWANIE - ROZDZIELANIE SUBSTANCJI W MIESZANINIE LUB ROZTWORZE NA DWA LUB WIĘCEJ SKŁADNIKÓW ROZDZIAŁ STRUMIENIA W PROCESIE MEMBRANOWYM Koncentrat 1
Membrana Pod pojęciem membrany rozumiano pierwotnie półprzepuszczalną błonę naturalną, najczęściej roślinną lub zwierzęcą, która umożliwiała selektywne przenikanie składników roztworów. Zgodnie z definicją Europejskiego Towarzystwa Membranowego membrana jest to trzecia faza, rozdzielająca dwie inne fazy, a działająca jako pasywna lub aktywna bariera dla transportu między tymi fazami. Schemat membranowego rozdziału składników Membrana może być uważana za półprzepuszczalną barierę rozdzielającą dwie fazy ciekłe lub gazowe, a transport przez nią zachodzi dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej. Membrana nadawa permeat siła napędowa: P, C, T, E W większości procesów membranowych siłą napędową jest różnica: ciśnień, stężeń (aktywności), temperatury po obu stronach membrany, ogólnie definiowana jako różnica potencjałów chemicznych. Można zatem powiedzieć, że w technikach membranowych transport cząsteczek zostaje wywołany różnicą ich potencjałów chemicznych po obu stronach membrany, a separacja zachodzi dzięki różnicy szybkości transportu różnych substancji (składników roztworów lub mieszanin). Innym rodzajem siły napędowej jest różnica potencjału elektrycznego po obu stronach membrany, przy czym wywołuje ona jedynie transport jonów lub cząsteczek posiadających ładunek elektryczny. 2
Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja MF - Ultrafiltracja UF - Nanofiltracja NF - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne - Odwrócona osmoza RO - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne Parametry charakteryzujące membrany - strumień permeatu, charakteryzujący wydajność membrany - (J v ) określa objętość, masę lub liczbę moli substancji, która przechodzi przez jednostkową powierzchnię membrany w jednostce czasu (m 3 /m 2 d, kg/m 2 d, mol/m 2 d). Często w przypadku procesów ciśnieniowych wydajność procesu opisuje się przy pomocy przepuszczalności hydraulicznej membrany L p (m 3 /m 2 dmpa) gdzie L p =J v / P - współczynnik retencji opisujący skuteczność separacji - definiuje się jako: c0 c1 R 100% c0 gdzie :c 0 - stężenie składnika w nadawie, c 1 - stężenie składnika w permeacie. Parametry charakteryzujące membrany (c.d.) - wielkość porów - parametr określający teoretyczne możliwości separacyjne (określany metodą bubble point lub mikroskopowo) - rozkład wielkości porów - wpływa na zdolności separacyjne (określany przy zastosowaniu substancji wzorcujących) - cut-off - graniczna rozdzielczość (określa najmniejszą masę cząsteczkową substancji zatrzymywanej przez membranę ze współczynnikiem retencji > 95%) - porowatość - wpływa na wydajność procesu (określana wagowo lub mikroskopowo) - hydrofilowość/hydrofobowość - powinowactwo do wody, wpływa na przepuszczalność membran (określana przez pomiar kąta zwilżania), - odporność na ciśnienie oraz działanie czynników chemicznych lub termicznych - wpływa na żywotność membran. 3
Membrany klasyfikacja, struktura, wytwarzanie Pochodzenie Materiał użyty do wytwarzania Struktura Morfologia Metody wytwarzania Pochodzenie Membrany naturalne (biologiczne) Syntetyczne Organiczne (polimerowe) Nieorganiczne (ceramiczne, metalowe) Stałe (organiczne, nieorganiczne) Ciekłe (organiczne) Materiał użyty do wytwarzania Organiczne Polimery celulozowe (celuloza i jej pochodne) - C, CA Poliamid (PA) Polisulfon (PS), polieterosulfon (PES) Politetrafluoroetylen (teflon) Polichlorek winylu (PVC) 4
materiał ceramiczny polisulfon poliamid poliamid trójoctan celulozy octan celulozy octan celulozy 0 20 40 60 80 100 120 140 160 temperatura, C 0 2 4 6 8 10 12 14 ph Materiał użyty do wytwarzania (c.d.) nieorganiczne - metale (pallad, stal szlachetna, wolfram) - szkło - grafit - materiały ceramiczne Struktura Porowate Nieporowate Ciekłe membrana asymetryczna porowata membrana symetryczna porowata membrana nieporowata Mechanizm transportu: sitowy Mechanizm transportu: rozpuszczania i dyfuzji 5
Membrany ciekłe Jako membranę ciekłą (LM) rozumie się fazę ciekłą rozdzielającą układ ciecz-ciecz lub ciecz-gaz i nie mieszającą się z fazami, między którymi ma miejsce rozdzielanie. Zwykle faza płynna membrany ciekłej zawiera specjalnie dobrane związki chemiczne w niej rozpuszczone, które w sposób selektywny wiążą z fazy nadawy (fazy donorowej), przenoszą i przekazują do fazy odbiorczej (fazy akceptorowej) określone związki chemiczne lub jony, nie wykazując powinowactwa do wielu innych, związków chemicznych, jonów, a także często nano- i mikrocząstek, znajdujących się w fazie donorowej. - membrany ciekłe grubowarstwowe (bulk liquid membrane - BLM) - unieruchomione membrany ciekłe (supported liquid membrane - SLM) - emulsyjne membrany ciekłe (emulsion liquid membrane - ELM) Morfologia membrany symetryczne - o jednakowej strukturze w całym przekroju poprzecznym Morfologia (c.d.) membrany asymetryczne - zbudowane z warstwy naskórkowej o grubości 0,1-0,5 m oraz suportu (podłoża) o grubości 50-200 m skórka warstwa podtrzymująca 0,1/0,5 μm 50/200 μm 6
Metody wytwarzania membran Wylewanie z zastosowaniem inwersji fazowej Rozciąganie Spiekanie Wytrawianie Powlekanie Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja - Ultrafiltracja - Nanofiltracja - Odwrócona osmoza - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne Ciśnieniowe procesy separacji membranowej Mikrofiltracja < 0,2 MPa Ultrafiltracja 0,1-1,0 MPa Nanofiltracja 0,5-2,0 MPa Odwrócona osmoza 1,0-6,0 MPa cząstki zawieszone makrocząsteczki cukry sole dwuwartościowe kwasy zdysocjowane sole jednowartościowe kwasy niezdysocjowane woda 7
Ciśnieniowe procesy separacji membranowej MF UF NF RO 0,1 1,0 10 100 1000 średnica porów, nm Zasada zjawiska osmozy i procesu odwróconej osmozy membrana P Solanka Solanka Ciśnienie osmotyczne Woda Woda Solanka Woda Osmoza Stan równowagi Odwrócona osmoza (RO) Ciśnienie osmotyczne Związek Wartości ciśnienia osmotycznego w 25 o C Stężenie mg/l mol/l Ciśnienie osmotyczne, atm NaCl 35000 0,6 27,08 NaCl 1000 0,0171 0,78 NaHCO 3 1000 0,0119 0,87 CaCl 2 1000 0,0008 0,56 Sacharoza (342) 1000 0,00292 0,07 D-glukoza (180) 1000 0,00555 0,14 Ciśnienie osmotyczne - ciśnienie zewnętrzne równoważące przepływ osmotyczny w układzie roztwór-membrana-rozpuszczalnik, charakterystyczne dla danego roztworu i jego stężenia, a niezależne od membrany mającej właściwości półprzepuszczalne: = c RT c - stężenie molowe substancji rozpuszczonej 8
Odwrócona osmoza (RO) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania asymetryczna lub kompozytowa ok. 150 m < 0,2 nm ciśnienie: 1,5-2,5 MPa - wody słonawe 4-8 MPa - wody morskie rozpuszczania-dyfuzji polimerowe odsalanie wód morskich i słonawych produkcja wody ultraczystej (elektronika) zatężanie soków i cukrów (przem.spożywczy) oraz mleka (mleczarstwo) Nanofiltracja (NF) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania asymetryczna porowata ok. 150 m ok. 1 nm ciśnienie ( 1-3,0 MPa) Sitowy, rozpuszczania i dyfuzji, oddziaływania elektrostatyczne polimerowy Usuwanie substancji o masach cząsteczkowych 200-300 Da Usuwanie jonów dwuwartościowych Zmiękczanie wody Ultrafiltracja (UF) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania asymetryczna porowata ok. 150 m ok. 1-100 nm ciśnienie ( 0,1-1,0 MPa) sitowy polimerowy, ceramiczny przem.mleczarski (prod. mleka, serwatki, serów) przem. spożywczy (prod. skrobii, odzysk białek) metalurgia (emulsje olejowe, elektropigmenty) przem. tekstylny (barwniki) farmaceutyka (enzymy, antybiotyki) oczyszczanie wody (usuwanie koloidów, pyrogenów) 9
Mikrofiltracja (MF) Membrany Grubość membrany Średnica porów Siła napędowa Mechanizm separacji Materiał membrany Główne zastosowania symetryczna porowata ok. 10-150 m ok. 0,05-10 m ciśnienie (<0,2 MPa) sitowy polimerowy, ceramiczny analityka sterylizacja (przem.spożywczy, farmaceutyka) produkcja wody ultraczystej (elektronika) klarowanie (produkcja napojów) hodowla komórek, bioreaktory (biotechnologia) separacja metali (koloidalne tlenki i wodorotlenki) separacja emulsji olejowych Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja - Ultrafiltracja - Nanofiltracja - Odwrócona osmoza - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne Procesy w których siłą napędową jest różnica stężeń Separacja par Separacja gazów Perwaporacja Dializa 10
Separacja gazów Nadawa (gaz) Retentat (gaz) Permeat (gaz) Separacja par Nadawa (para) Retentat (para) Permeat (para) Perwaporacja Nadawa (ciecz) Retentat (ciecz) Permeat (para) Separacja par i gazów Charakterystyczne parametry procesów separacji gazów i par: - membrana kompozytowa zawierająca warstwę aktywną z polimeru elastycznego lub szklistego, -materiał membranotwórczy - polimery elastyczne (polidimetylosiloksan, polmetylopenten); polimery szkliste (poliimid, polisulfon) - grubość membrany (warstwy separacyjnej): 0,1 - kilka m, - wielkość porów - membrana nieporowata, - mechanizm separacji - rozpuszczanie i dyfuzja, - siła napędowa - ciśnienie do 10 MPa lub próżnia po stronie permeatu, gradient stężeń The first large-scale gas separation membrane process was used in the mid-1940s by the United States government to separate UF 6 isotopes for nuclear fuel enrichment (Noble, 1995). The first commercially significant gas separation membranes were introduced only in late 1979. Separacja gazów znalazła zastosowanie do rozdziału następujących układów: Rozdzielane gazy H 2 /CH 4 H 2 /CO H 2 /N 2 H 2 /Cl CO 2 /CH 4 O 2 /N 2 N 2 /O 2 He/N 2, He/O 2 H 2 O/powietrze węglowodory/powiet rze H 2 S/gaz naturalny CO 2 /gaz naturalny Zastosowanie wydzielanie wodoru z mieszanin po katalitycznym reformingu uzyskiwanie stechiometrycznych mieszanin gazów do syntez związków węgla C-C odzyskiwanie wodoru z gazów po syntezie amoniaku odzyskiwanie gazów po syntezie HCl usuwanie CO 2 z gazów naturalnych i z biogazu wzbogacanie powietrza w tlen uzyskiwanie czystego azotu odzyskiwanie helu z mieszanin gazowych osuszanie powietrza usuwanie związków lotnych (stacje paliw, przemysł chemiczny) odsiarczanie gazów palnych usuwanie gazu powodującego korozję 11
Perwaporacja Nadawa (ciecz) Permeat (para) Perwaporacja jest technikę separacji, w której zachodzi przemiana fazowa pierwszego rodzaju połączona z transportem masy przez nieporowatą membranę liofilową. Transport substancji przez membranę odbywa się trójstopniowo: - selektywna sorpcja substancji w strukturze polimeru, - dyfuzja przez membranę, - desorpcja substancji w postaci pary po stronie permeatu. Retentat (ciecz) Charakterystyczne parametry procesu perwaporacji: *membrana - kompozytowa z warstwą aktywną z polimeru elastycznego lub szklistego, *materiał membranotwórczy - polimery elastyczne lub szkliste, *grubość membrany - warstwa aktywna 0,1-kilka m, *wielkość porów - membrana nieporowata, *mechanizm separacji - rozpuszczanie i dyfuzja, *siła napędowa - różnica prężności par po obu stronach membrany. Zastosowania procesu perwaporacji 1. odwadnianie ciekłych mieszanin wodno-organicznych - rozdzielanie mieszanin azeotropowych typu woda/etoh, woda/i-propanol, woda/pirydyna, - odwadnianie rozpuszczalników organicznych, np. alkoholi, estrów, ketonów, eterów, kwasów karboksylowych, chlorowcopochodnych węglowodorów, 2. usuwanie ciekłych związków organicznych z wody - usuwanie węglowodorów i ich chlorowcopochodnych z wód gruntowych i powierzchniowych, - dealkoholizacja wina i piwa, - zatężanie substancji zapachowych (np. aromatów do przemysłu spożywczego), - usuwanie produktów organicznych w procesie ciągłej fermentacji, 3. rozdział mieszanin dwóch lub więcej ciekłych związków organicznych - rozdział izomerów (np. o-, m-, p-ksylenów), - rozdział azeotropów (np. etanol/cykloheksan, metanol/dimetylowęglan). 12
Dializa [ grec. dialysis ] chem. metoda oczyszczania roztworów koloidowych z elektrolitów obecnych w roztworze kwasów, zasad lub soli przy zastosowaniu odpowiedniej błony półprzepuszczalnej med. zabieg leczniczy, którego celem jest wyrównanie składu płynów ustrojowych, dokonywane poza ustrojem za pomocą aparatury zwanej sztuczną nerką (wg Słownik wyrazów obcych) Dializa Dializa to zjawisko przenikania substancji rozpuszczalnych przez błonę półprzepuszczalną mieszanina do dializy woda pergamin Dializer T. Grahama (1854 r) W procesie dializy substancja chemiczna dyfunduje poprzez membranę obojętną dzięki różnicy stężeń roztworów po obu jej stronach, a separacja jest wywołana różnicą w szybkości dyfuzji substancji różniących się masą cząsteczkową. Przez membranę przenikają cząsteczki wody i substancji małocząsteczkowych, zaś substancje wielkocząsteczkowe i koloidalne są zatrzymywane. Dializa Równocześnie z przepływem dyfuzyjnym substancji rozpuszczonej me miejsce przepływ osmotyczny w kierunku przeciwnym. Obydwa rodzaje przepływów są ze sobą sprzężone, co prowadzi do spadku prędkości przepływu substancji rozpuszczonej. Parametry, które mają wpływ na szybkość i selektywność w procesie dializy, zależą od: właściwości roztworów i membrany (rozpuszczalność składników w membranie, współczynnik dyfuzji oraz fizykochemiczne właściwości przenikających składników i materiału membrany) oraz warunków prowadzenia procesu (temperatura, ciśnienie, stężenie roztworów). W procesie dializy wykorzystuje się membrany wykonane z polimerów hydrofilowych (np. regenerowana celuloza, octan celulozy, alkohol poliwinylowy, kwas poliakrylowy). 13
HEMODIALIZA płyn dializacyjny płyn dializacyjny Zasadnicze cele i zadania zabiegów hemodializy 1. Oczyszczenie krwi chorego z toksycznych produktów przemiany materii; 2. Usunięcie nadmiaru wody z organizmu; 3. Wyrównanie zaburzeń elektrolitowych + mocznik Klasyfikacja procesów membranowych Różnica ciśnień Różnica stężeń Różnica temperatury Różnica potencjału elektrycznego - Mikrofiltracja - Ultrafiltracja - Nanofiltracja - Odwrócona osmoza - Perwaporacja - Separacja gazów - Dializa - Membrany ciekłe - Membrany katalityczne - Destylacja membranowa - Elektrodializa - membrany bipolarne Procesy w których siłą napędową jest różnica temperatur DESTYLACJA MEMBRANOWA Destylacja membranowa jest procesem, w którym dwie ciecze lub roztwory o różnej temperaturze są rozdzielone membraną porowatą. Membrana nie może być zwilżana przez ciecz. Siłą napędową procesu powodującą transport masy jest różnica prężności par, wynikająca z różnicy temperatur roztworów przymembranowych. 14
Destylacja membranowa Zasada bezpośredniej kontaktowej destylacji membranowej T F Feed, cf Q J T 1 c1 pf T 2 c2 PP Membrane Permeate, cd T P Etapy MD: parowanie wody na granicy faz: ciepła nadawa/gaz w porach membrany, dyfuzja cząsteczek pary przez pory membrany hydrofobowej kondensacja pary w strumieniu zimnego destylatu. Destylacja membranowa Warunkiem podstawowym MD jest zachowanie fazy gazowej w porach membrany Właściwości membran do MD hydrofobowe - zapewniające zachowanie fazy gazowej w porach membrany, odporne chemicznie i stabilne termicznie, porowate - aby uzyskać znaczący strumień permeatu porowatość powinna przekraczać 70%, maksymalny promień porów nie powinien przekraczać 0,5-0,6 m, Destylacja membranowa Zalety MD 100 % (teoretycznie) retencja nielotnych substancji rozpuszczonych, niezależna od ich stężenia w nadawie, destylat charakteryzuje się wysoką czystością, znacznie niższe ciśnienie w porównaniu z innymi technikami membranowymi, temperatura nadawy znacznie niższa od temperatury wrzenia, do ogrzewania nadawy można wykorzystać ciepło odpadowe, energię słoneczną lub geotermalną, wysoka odporność chemiczna membran, niewielka przestrzeń parowa (praktycznie grubość membrany) w porównaniu z destylacją konwencjonalną. 15
Moduły membranowe Moduł membranowy jest najmniejszym powtarzalnym i integralnym elementem instalacji membranowej i w razie uszkodzenia może być wymieniony na nowy. Oprócz wymagań stawianych samym membranom, tj. wysoka selektywność separacji składników oraz duża przepuszczalność względem składnika moduł membranowy powinien: zapewniać korzystne warunki hydrodynamiczne, tak aby składniki zatrzymywane na membranie były z niej ciągle usuwane, tak by utrzymana była wysoka wydajność procesu, szczelność pomiędzy rozdzielanymi strumieniami permeatu i koncentratu, duży stosunek powierzchni membran do objętości modułu, krótki czas przebywania roztworu, łatwość mycia i sterylizacji, niskie koszty eksploatacji, niskie koszty własne, duża odporność membran na działanie czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych. Moduły membranowe Konstrukcje dostępnych modułów membranowych opierają się na dwóch podstawowych formach membrany: płaskiej rurowej Konfiguracje modułów membranowych: moduły płytowo-ramowe, moduły spiralne, moduły rurowe, moduły kapilarne, moduły z włókien kanalikowych (hollow-fibre) (czasami ta konfiguracja zaliczana jest do kapilarnej). Porównanie modułów opartych na rurowej konfiguracji membran Konfiguracja Średnica, mm Gęstość upakowania, m 2 /m 3 Rurowa > 10,0 360 1 Kapilarna 0,5-10,0 3600 2 Włókna kanalikowe <0,5 36000 3 1 - przy średnicy rury 5 mm, 2 - przy średnicy rury 0,5 mm 3 - przy średnicy rury 0,05 mm 16
Tryby pracy układów membranowych 1. Dead-end (jednokierunkowy) 2. Cross-flow (krzyżowy) nadawa Placek filtracyjny nadawa Retentat Permeat grubość placka filtracyjnego Permeat J A Schematy rozprowadzenia strumieni cieczy w modułach membranowych (układy przepływowe) B C D A układ współprądowy B układ z idealnym mieszaniem C układ przeciwprądowy D układ typowo krzyżowy Przyczyny spadku wydajności procesów membranowych polaryzacja stężeniowa, adsorpcja na powierzchni membrany, tworzenie warstwy żelowej na powierzchni membrany, zatykanie porów membrany stałymi i mikrozanieczyszczeniami, deformacja porów pod wpływem ciśnienia. Składowe oporu wpływające na transport masy przez membranę 17
Polaryzacja stężeniowa Dyfuzja wsteczna konwekcja roztwór przepływ Cr Cm Warstwa przymembranowe Intensywność polaryzacji stężeniowej Proces Membranowy Intensywność polaryzacji stężeniowej Odwrócona osmoza Nanofiltracja Ultrafiltracja Mikrofiltracja Umiarkowana Umiarkowana Duża bardzo duża KONSEKWENCJE POLARYZACJI STĘŻENIOWEJ spadek przepływu rozpuszczalnika, wywołany zwiększonym ciśnieniem osmotycznym roztworu w warstwie przymembranowej, wzrost przepływu substancji rozpuszczonych, powstawanie żelu substancji rozpuszczonej na powierzchni membrany, po przekroczeniu stężenia krytycznego, wytrącanie się na powierzchni membrany osadów określonych substancji po przekroczeniu ich rozpuszczalności. 18
Fouling membran FOULING - odkładanie się substancji na powierzchni membrany i/lub w porach ograniczające jej przepuszczalność. Fouling wywołany jest przez: substancje organiczne (substancje wielkocząsteczkowe, substancje biologiczne), substancje nieorganiczne (wodorotlenki metali, sole wapnia, krzemionka), cząstki zawieszone. Zjawiska składowe foulingu: formowanie żelu - najbardziej podatne na tworzenie warstwy żelowej są substancje humusowe, fenole, pestycydy, makrocząsteczki (np. białka, węglowodany, serwatka, oleje) oraz substancje powierzchniowo-czynne; -strącanie (scaling) - do najczęściej spotykanych w formie strąceniowej należą związki Ca 2+, Mg 2+, CO 3 2-, SO 4 2-, krzemionka oraz sole Fe 3+ ; -zatykanie - powodowane jest przez drobnozdyspergowane lub zawieszone cząstki stałe oraz koloidy organiczne i nieorganiczne; -biofouling - wywoływany przez bakterie, wirusy oraz fragmenty ścian komórkowych; powstająca błona powoduje zaślepienie porów membrany; - degradacja membrany - wywołana na skutek działania mikroorganizmów (membrany celulozowe) lub czynników chemicznych (np. chloru, chlorowcopochodnych, fenolu) które niszczą strukturę membrany. Fouling membran 19
Fouling membran Zjawisko foulingu membrany składa się z trzech etapów: 1. przeniesienia substancji rozpuszczonej do powierzchni membrany, 2. wnikanie rozpuszczonych substancji w pory membrany, aż cząstki substancji rozpuszczonej zostaną zaadsorbowane lub przejdą szereg odwracalnych cykli sorpcja/desorpcja w porach, 3. zasadnicza sorpcja - jest ona wywołana powinowactwem materiału membrany i substancji występujących w roztworze (powinowactwo hydrofilowo/hydrofobowe), lub oddziaływaniami elektrostatycznymi pomiędzy membraną i cząsteczkami znajdującymi się w roztworze. Fouling membran wielkość strumienia permeatu częstotliwość i intensywność płukania wstecznego metody czyszczenia chemicznego ciśnienie transmembranowe prędkość przepływu stycznego temperatura FOULING skład roztworu zawartość ciał zawieszonych ph średnica porów chropowatość powierzchni materiał membranotwórczy typ modułu Fouling membran Na intensywność zjawiska blokowania membran istotny wpływ mają: materiał i właściwości membrany - hydrofilowość/hydrofobowość, ładunek powierzchniowy, porowatość, wielkość porów, chropowatość powierzchni; temperatura; ph; prędkość przepływu i turbulencja; ciśnienie; stężenie filtrowanego roztworu; obecność soli. 20
Sposoby ograniczania polaryzacji stężeniowej i foulingu: 1 - zmiana parametrów prowadzenia procesu zmniejszenie ciśnienia transmembranowego, zmniejszenie stężenia substancji organicznych w oczyszczanym roztworze, stosowanie optymalnej temperatury, stosowanie ciśnień pulsacyjnych, stosowanie okresowego mycia membrany - hydraulicznego (płukanie wsteczne) lub chemicznego, 2 - metodami fizycznymi wymuszanie przepływu turbulentnego, wprowadzenie elementów zaburzających profile przepływu, wykorzystanie pola elektrycznego, użycie ultradźwięków, 3 - metodami chemicznymi (modyfikacja właściwości membran) wprowadzenie do materiału membrany grup jonoczynnych o ładunku zgodnym z ładunkiem filtrowanej substancji, powlekanie powierzchni membrany polimerem o charakterze hydrofilowym, chemiczną sorpcję substancji jonowych na powierzchni membrany, modyfikacja membran poprzez napromieniowywanie promieniami UV (zwiększa hydrofilowość), 4 - wstępnie przygotowując separowany roztwór koagulacja - usuwanie substancji koloidalnych i drobnozdyspergowanych, zmiękczanie -usuwanie soli Ca 2+, i Mg 2+, sorpcja na węglu aktywnym, chlorowanie i ozonowanie, korekta ph. Cleaning Chemical NaOCl Acids (HCl, H 2 SO 4, Citric Acid) NaOH Sodium bi-sulfite (SBS) H 2 O 2 EDTA For Fouling Material Biological; NOM; Synthetic polymers Inorganic deposits NOM Reducible metals (Fe, Mn) NOM Metals 21