Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Membránové procesy

Název procesu

Přímá osmóza

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.

V případě přímé (dopředné) osmózy je hnací silou osmotický tlak daný rozdílnými koncentracemi rozpuštěných látek na obou stranách membrány. Celý proces probíhá ve dvou stupních. V prvním je na jednu stranu membrány přiváděna vstupní voda, na druhou pracovní (osmotický, hnací, "tažný") roztok. Voda z vstupního proudu prochází přes membránu do pracovního roztoku (např. roztoku NaCl, mořské vody), který nařeďuje. Výstupy z 1. stupně jsou tedy vstupní koncentrát a naředěný pracovní roztok. Ten je následně ve druhém stupni zakoncentrován pomocí vhodného procesu (destilace, reverzní osmóza). Z 2. stupně tak vystupují regenerovaný (zpět zakoncentrovaný) pracovní roztok (který se vrací do 1. stupně) a získaná voda.

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: kompozitní polymerní (polyethersulfon PES, polysulfon PS, polyamid PA)

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

Typické schéma

Cílené znečištění

Ionty, rozpuštěné organické i anorganické látky

Typické koncentrace cílového znečištění

v rozmezí od desítek po stovky mg/l

Koncentrace rozpuštěných látek musí být významně nižší než v pracovním roztoku.

Inhibiční vlivy

Potenciál vstupní vody k zanášení membrán. Tvorba anorganických inkrustací, gelových organických vrstev a biofilmů může vést k nevratnému znehodnocení membrány.

Podle typu materiálu mohou mít některé membrány omezenou chemickou nebo biologickou odolnost.

Další relevantní parametry

Rozdíl osmotických tlaků vstupní vody a pracovního roztoku. Osmotický tlak roztoku je úměrný koncentraci rozpuštěných látek.

tok permeátu (objem permeátu na jednotkovou plochu membrány za časovou jednotku): Aby byl proces ekonomicky rentabilní, mělo by být dosaženo hodnot ≥ 15 - 30 l/(m².h)

relativní podíl permeátu (podíl permeátu ku vstupu): cca do 50 %

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Teoreticky ze dosáhnout výsledků srovnatelných i lepších než u reverzní osmózy, tj. více než 90 - 98 % v parametru rozpuštěné látky (RL).

Hygienizační funkce

ano

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

Vzhledem ke kombinaci dvou procesů je nutná plocha větší než u jednostupňových membránových procesů. Na druhou stranu mohou být menší nároky na plochu ze strany předčištění.

Energetická náročnost

Je dána především druhým stupněm - zpětným zakoncentrováním pracovního roztoku. Nicméně studie ukazují, že kombinace přímá osmóza - reverzní osmóza je méně energeticky náročná než samotná reverzní osmóza.

Náročnost na obsluhu

Je nutná schopnost vyhodnotit data procesu (průtoky, tlaková ztráta) na jejich základě rozhodnout o dávkování pomocných činidel a čištění membrány.

Provozní náklady

Spojené se spotřebou elektrické energie, zejména ve druhém stupni, a používanými činidly (pro čištění, případně kondicionaci vstupu).

Chemikálie

Činidla pro čištění membrány, případně chemikálie pro kondicionaci vstupující vody (např. proti inkrustaci, tvorbě biofilmů).

Měření a regulace

Měření všech toků, měření a regulace tlaku.

Kapalné

Koncentrátový proud, recirkulovaný zpět na čistírnu, případně čištěn/zpracován odděleně.

Vyžadovaná předúprava

dokonalá separace nerozpuštěných látek, někdy desinfekce jako prevence tvorby biofilmů

Vyžadované dočištění

Konečný stupeň, v případě požadavků na zcela demineralizovanou vodu možnost doplnění o ionexy.

Typická průmyslová odvětví

Veškerá odvětví využívající ultračistou vodu Odsolování vody

Du, H., et al. (2018). Osmotically Driven Membrane Processes: Approach, Development and Current Status.

Shon, H. K., et al. (2015). Forward Osmosis: Fundamentals and Applications. Reston, VA, American Society of Civil Engineers.