Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Membránové procesy

Název procesu

Membránová destilace

Popis technologie

Membránové separační procesy využívají selektivní polopropustné membrány. Voda vstupuje do modulu s membránou, na které dochází k rozdělení na dva proudy: membránou prostupuje permeát, zbavený části znečištění, oddělené znečištění zůstává v tzv. retentátu.

Membránové procesy se liší hnací silou, principem separace a charakterem separovaných/propouštěných látek.

U membránové destilace je hnací silou teplotní gradient (rozdíl teplot), která způsobuje, že páry z teplejšího roztoku přecházejí přes membránu do prostoru s nižší teplotou. Membránová destilace využívá hydrofobní porézní membrány, které brání prostupu kapalin a umožňují prostup právě pouze parní fázi.

Existuje několik způsobů provedení membránové destilace:

DCMD (Direct Contact Membrane Distillation) Membránová destilace s přímým kontaktem, při které se na druhou stranu membrány přivádí chladicí roztok.

AGMD (Air-Gap Membrane Distillation) Destilace membránou se vzduchovou mezerou odděluje chladicí roztok od membrány mezerou a tvrdým povrchem, na kterém může kondenzovat pára.

SGMD (Sweeping Gas Membrane Distillation) U membránové destilace s plynem unáší studený inertní plyn molekuly páry z permeátového prostoru mimo modul.

VMD (Vacuum Membrane Distillation) U vakuové membránové destilace je na permeátové straně aktivně vytvářeno vakuum.

V případě čištění a opakovaného využití vstupních vod je odpařovanou složkou právě voda. Cílem procesu je snížení objemu (zakoncetrování) znečištění a/nebo získání vody vhodné pro recirkulaci.

Alternativně lze membránovou destilaci využít i pro separaci některé znečišťující složky.

Aktuálnost

ve vývoji

Vhodné pro srážkové vody

ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

Membrány jsou uloženy v tzv. membránových modulech, které se liší jednak materiálem membrán, jednak vnitřním uspořádáním (tvar membrán, směr toku kapaliny vůči membráně).

Běžné materiály membrán: polyvinylidenfluorid PVDF, polytetrafluorethylen PTFE, polypropylen PP.

Typy membránových modulů: deskové, s dutými vlákny, vinuté.

Typické schéma

Cílené znečištění

Při odpařování vody rozpuštěné znečištění, které netěká s vodní parou.

Při odstraňování ("oddestilování") specifických polutantů naopak těkavé látky.

Typické koncentrace cílového znečištění

v širokém rozmezí od desítek po tisíce mg/l

Kritické parametry

Tok permeátu (objem permeátu na jednotkovou plochu membrány za časovou jednotku): může se významně lišit podle uspořádání od pouhých jednotek až desítek l/(m².d) (u některých solárních variant) po jednotky až desítky l/(m².h). Ve srovnání s reverzní osmózou obvykle nižší.

Inhibiční vlivy

Potenciál vstupní vody k zanášení a narušování membrán. Tvorba anorganických inkrustací, gelových organických vrstev a biofilmů může vést k nevratnému znehodnocení membrány. V případě membránové destilace je specifickým rizikem možnost zvlhčení (ztráty hydrofobicity) membrány.

Další relevantní parametry

Teplota vstupu a chladicího proudu

Koeficient přenosu hmoty (desetiny až jednotky m/s)

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Účinnost může dosáhnout i 99 %.

Hygienizační funkce

ne

Investiční náklady

Závisí především na typu zvoleného membránového modulu a typu (materiálu) membrány a charakteru vstupní vody. V současnosti nejsou dostatečné zkušenosti s čištěním průmyslových vstupních vod.

Prostorová náročnost

kompaktní zařízení

Bezpečnostní rizika

Obecně nízká, technologie pracuje s minimem chemikálií a relativně nízkými teplotami a tlaky.

Energetická náročnost

Je dána jednak ohřevem vstupující vody (obvykle na 40 - 85 °C), jednak čerpáním jednotlivých proudů, případně plynu, nebo generováním vakua.

Náročnost na obsluhu

Je nutná schopnost vyhodnotit data procesu (průtoky, teplota, tlak).

Provozní náklady

Dané především spotřebou elektrické energie. Nižší než u klasické destilace nebo tlakových membránových procesů. V případě desalinace je membránová destilace často spojována s obnovitelnými zdroji energie, např. tzv. solární MD.

Chemikálie

Spotřeba chemikálií (pro čištění membrány, pro kondicionaci vstupující vody) ve srovnání s jinými membránovými procesy nižší až nulová.

Měření a regulace

Měření všech toků, měření tlaku, teploty, kvality koncentrátu a permeátu (např. pomocí konduktivity).

Plynné

Plynná/parní fáze u AGMD a VMD

Kapalné

Koncentrátový proud, vypouštěný, případně čištěn/zpracován odděleně (např. na odparce). Případně chladicí roztok se separovaným polutantem.

Vyžadovaná předúprava

Separace nerozpuštěných látek, někdy úprava pH.

Vyžadované dočištění

Pro odpařování vody většinou koncový stupeň, nicméně podle použitého typu membránové destilace může být nutné permeát ochladit a/nebo zkondenzovat. Pokud je technologie použita pro separaci specifického polutantu, může následovat další čištění vstupní vody (eliminace netěkavých složek).

Typická průmyslová odvětví

Odsolování vody Farmaceutický průmysl Chemický průmysl Textilní průmysl

Alkhudhiri, A., et al. (2012). "Membrane distillation: A comprehensive review." Desalination 287: 2-18.

A. Shirazi, M. M. and A. Kargari (2015). "A Review on Applications of Membrane Distillation (MD) Process for Wastewater Treatment." Journal of Membrane Science and Research 1(3): 101-112.