Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

FORUM CZYSTEJ ENERGII 8 października 2013, POZNAŃ OCZYSZCZANIE WÓD TECHNIKAMI MEMBRANOWYMI dr hab. inż. Sylwia Mozia, prof. ZUT Zachodniopomorski Uniwersytet.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "FORUM CZYSTEJ ENERGII 8 października 2013, POZNAŃ OCZYSZCZANIE WÓD TECHNIKAMI MEMBRANOWYMI dr hab. inż. Sylwia Mozia, prof. ZUT Zachodniopomorski Uniwersytet."— Zapis prezentacji:

1 FORUM CZYSTEJ ENERGII 8 października 2013, POZNAŃ OCZYSZCZANIE WÓD TECHNIKAMI MEMBRANOWYMI dr hab. inż. Sylwia Mozia, prof. ZUT Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

2 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII2 Wprowadzenie do procesów membranowych

3 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII3 Co to jest membrana? membrana struktura o wymiarze poprzecznym znacznie większym niż jej grubość, przez którą może się odbywać transport masy pod wpływem różnych sił napędowych (Terminology for membranes and membrane processes (IUPAC Recommendations 1996)

4 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII4 Ciśnienie transmembranowe P Różnica stężeń c (lub ciśnień cząstkowych p) Różnica potencjałów E Mikrofiltracja (MF) Ultrafiltracja (UF) Nanofiltracja (NF) Odwrócona osmoza (RO) Dializa Perwaporacja (PV) Destylacja membranowa (MD) Separacja gazów (GS) Membrany ciekłe (LM)... Elektrodializa (ED, EDR) Elektroliza membranowa (ME)... Siła napędowa

5 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII5 Strumienie w procesie separacji membranowej roztwór zasilający (nadawa) permeat roztwór otrzymany po przejściu przez membranę, składający się z substancji przenikających przez membranę retentat (koncentrat) opuszczający układ roztwór zatężony, wzbogacony o składniki zatrzymane przez membranę

6 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII6 Rodzaje przepływów w separacji membranowej permeat membrany kapilarne kierunek przepływu permeatu kolektor napowietrzający Element modułu zanurzeniowego (PURON® firmy Koch Membrane Systems, Inc., USA) nadawa permeat membrana nadawa permeat membrana Układ z przepływem jednokierunkowym Układ z przepływem krzyżowym S. Mozia, J. Przepiórski, A.W. Morawski, Procesy membranowe w uzdatnianiu wody w Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne, Cz. 2, red. Jacek Nawrocki, WN UAM, WN PWN, Warszawa 2010, str

7 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII7 Ciśnieniowe procesy membranowe w oczyszczaniu wody i ścieków

8 Ciśnieniowe procesy membranowe - MF: P < 0.3 MPa - UF: P 0.1 – 1 MPa - NF: P 0.5 – 3 MPa - RO: P 1 – 8 (10) MPa MF (0.1 – 10 um)UF (1 – 100 nm lub 10 – 100 kDa) NF (< 2nm lub 250 – 400 Da) RO (< 125 Da) , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII8

9 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII9 MF i UF w usuwaniu zawiesin Ścieki z produkcji olefin (Marun Petrochemical Co., Iran) PermeatNadawa S.S. Madaeni i in., Desalination 293 (2012) 87–93 Wody krasowe (góry Jura, Szwajcaria) ParametrPora sucha Pora deszczowa Mętność [NTU]1,45130 ParametrNadawa MF Permeat MF Mętność [NTU]25115 Efektywność oczyszczania [%] MFUF Mętność97 – 100% R. Pianta i in.,Desalination 117 (1998.) wahania składu wody Woda morska (HeBei, Chiny) jakość produktu niezależna od wahań składu oczyszczanej wody UF

10 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII10 UF w usuwaniu olejów PermeatNadawa OWO [mg/dm 3 ] M. Karhu i in., Journal of Environmental Management 128 (2013) ścieki zaolejone (oczyszczalnia ścieków przemysłowych, Finlandia) wahania składu ścieków stabilny skład permeatu

11 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII11 MF i UF w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych Efektywność usuwania zanieczyszczeń organicznych z wody z j. Miedwie (membrana PAN, GMM: 110 kDa) Małocząsteczkowe zanieczyszczenia nie są zatrzymywane przez membrany MF/UF

12 Przykładowe ciągi technologiczne oczyszczania wody z zastosowaniem mikrofiltracji i ultrafiltracji a) proces samodzielny b) proces hybrydowy c) proces hybrydowy , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII 12 S. Mozia, J. Przepiórski, A.W. Morawski, Procesy membranowe w uzdatnianiu wody w Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne, Cz. 2, red. Jacek Nawrocki, WN UAM, WN PWN, Warszawa 2010, str

13 UF/adsorpcja na PWA: proces CRISTAL® CRISTAL®: Combination of Reactors Including membrane Separation Treatment and Adsorption in Liquid Vigneux-sur-Seine ParametrWoda surowa (rz. Seine) Woda oczyszczona Mętność [NTU]6< 1 OWO [mgC/dm 3 ]2,0 – 3,30,5 – 0,9 Absorbancja UV 254 [-]0,045 – 0,0650,004 – 0,007 E.coli [l.k./100 cm 3 ]15000< 1 proces stosowany od 1993 roku , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII13

14 Fotokatalityczne reaktory membranowe (FRM) FRM: zintegrowany układ, w którym jednocześnie zachodzą reakcje fotokatalityczne oraz separacja membranowa , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII14 związki organiczne CO 2 + H 2 O (+ NH 4 +, NO 3 -, Cl -, SO 4 2- itp.) h TiO 2 Fotokataliza: rozkład i mineralizacja zanieczyszczeń Proces membranowy: - separacja fotokatalizatora - separacja zanieczyszczeń i produktów ich rozkładu FRM z membranami fotokatalitycznymi FRM z fotokatalizatorem w zawiesinie S. Mozia, Separation and Purification Technology, 73 (2010) 71–91

15 FRM łączący fotokatalizę z UF: jakość permeatu , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII15 Małocząsteczkowe zanieczyszczenia organiczne i produkty ich rozkładu nie są zatrzymywane przez membrany UF Całkowita efektywność oczyszczania zależy od efektywności fotokatalizy Niesteroidowy lek przeciwzapalny Naproksen (252 g/mol) nadawa: naproksen w ściekach oczyszczonych mechanicznie Mineralizacja wielkocząsteczkowych zanieczyszczeń organicznych zachodzi powoli Całkowita efektywność oczyszczania jest związana w większym stopniu z separacją membranową, niż z fotokatalizą Stężenie OWO i RWO w ściekach oczyszczonych mechanicznie (nadawa początkowa) i w permeacie po 5h procesu

16 Przykładowe ciągi technologiczne oczyszczania wody z zastosowaniem nanofiltracji i odwróconej osmozy a) wody powierzchniowe o niskiej mętności oraz woda morska b) wody powierzchniowe o wysokiej mętności c) wody o dużej twardości , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII16 S. Mozia, J. Przepiórski, A.W. Morawski, Procesy membranowe w uzdatnianiu wody w Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne, Cz. 2, red. Jacek Nawrocki, WN UAM, WN PWN, Warszawa 2010, str

17 Boca Raton: uzdatnianie wody podziemnej metodą NF m 3 /d ParametrWoda surowaWoda uzdatniona Twardość ogólna [mg CaCO 3 /dm 3 ]26650 – 80 Żelazo rozpuszczone [mg/dm 3 ]0,30,04 HCO 3 - [mg/dm 3 ]26574 TDS [mg/dm 3 ] OWO [mgC/dm 3 ]11,7< 1 Barwa [mgPt/dm 3 ]50< 1 Odzysk wody: 85% , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII17 S. Mozia, J. Przepiórski, A.W. Morawski, Procesy membranowe w uzdatnianiu wody w Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne, Cz. 2, red. Jacek Nawrocki, WN UAM, WN PWN, Warszawa 2010, str

18 Odsalanie wody morskiej: 1,5 mln m 2 membran RO w Aszkelon ParametrWoda morska Woda uzdatniona TDS [mg/dm 3 ] – 200 Chlorki [mg/dm 3 ] – 15 Sód [mg/dm 3 ] –10 Bor [mg/dm 3 ] 5,3 0,2 – 0,3 pH8,18,0 – 8,5 Odzysk wody: I stopień RO: 45% II stopień RO: 85% III stopień RO: 85% IV stopień RO: 90% m 3 /d , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII18 S. Mozia, J. Przepiórski, A.W. Morawski, Procesy membranowe w uzdatnianiu wody w Uzdatnianie wody. Procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne, Cz. 2, red. Jacek Nawrocki, WN UAM, WN PWN, Warszawa 2010, str

19 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII19 Ciśnieniowe procesy membranowe w oczyszczaniu płynu zwrotnego

20 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII20 Układ MF/UF w oczyszczaniu płynu zwrotnego NadawaPermeat ParametrWartość OWO [mg/dm 3 ]720 TSS [mg/dm 3 ]881 TDS [mg/dm 3 ] pH6,85 Zasadowość [mg/dm 3 ]205 Przewodność [ S/cm] Mętność [NTU]770 Na [mg/dm 3 ] K [mg/dm 3 ]363 Mg [mg/dm 3 ]104 Ca [mg/dm 3 ]2935 Ba [mg/dm 3 ]697 Sr [mg/dm 3 ]591 Al [mg/dm 3 ]105 Fe [mg/dm 3 ]< 1 Mn [mg/dm 3 ]< 1 Cl [mg/dm 3 ] Br [mg/dm 3 ]19 F [mg/dm 3 ]< 1 SO 4 2- [mg/dm 3 ]12,9 MF MF MF MF/MF MF/UF MF/UF Q. Jiang i in.,Journal of Membrane Science 431(2013)55–61 membrany ceramiczne Rodzaj kosztówWartość Roczne koszty kapitałowe [USD/rok] Koszty operacyjne [USD/rok] Koszty ogółem [USD/rok] Koszt jednostkowy [USD/m 3 ] 4,8 Przewodność: – S/cm Koszty oczyszczania metodą MF

21 Układ hybrydowy UF/NF w oczyszczaniu płynu zwrotnego UF obróbka wstępna nadawy NF: - usuwanie zawiesin - usuwanie olejów NF: - usuwanie soli zawierających aniony wielowartościowe Produkt: permeat NF - odzysk małocząsteczkowych związków organicznych (np. glikol etylenowy) - odzysk soli jednowartościowych (np. KCl) K. Karakulski, M. Gryta, A.W. Morawski, S. Mozia, Przemysł Chemiczny, 2012, 91/10, , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII21

22 Destylacja membranowa w oczyszczaniu wody , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII22

23 Bezpośrednia kontaktowa destylacja membranowa (DCMD) Destylacja membranowa (MD) – proces odparowania składników lotnych przez hydrofobową porowatą membranę Siłą napędową procesu jest różnica prężności par wynikająca z różnicy temperatur i składu roztworów przymembranowych Transport masy odbywa się przez pory membrany wypełnione fazą gazową konieczność podgrzewania nadawy możliwość zastosowania ciepła odpadowego , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII23

24 Substancje lotne (para wodna, gazy, lotne związki organiczne) są transportowane przez pory membrany Retencja substancji nielotnych (m.in. soli) wynosi teoretycznie 100% i jest niezależna od ich stężenia w nadawie Bezpośrednia kontaktowa destylacja membranowa (DCMD) , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII24 ParametrWoda morskaDestylatSolanka*Destylat Przewodność [ S/cm] TDS [mg/dm 3 ]43 247< <1 Cl - [mg/dm 3 ]24 000<0, <0,03 Odsalanie wody metodą MD *z instalacji odsalania wody morskiej metodą termiczną S. Adham i in., Desalination 314 (2013) 101–108

25 Podsumowanie

26 , POZNAŃFORUM CZYSTEJ ENERGII26 Podsumowanie Zalety procesów membranowych: – niskie zużycie lub brak konieczności dodawania reagentów strumień odpadowy zawiera tylko zagęszczone naturalne zanieczyszczenia, – niezależność jakości wody uzdatnionej od składu wody surowej, – łatwość powiększania skali ze względu na system modułowy, – automatyzacja i zwartość instalacji. Ciśnieniowe techniki membranowe: możliwość usunięcia zawiesin (MF), substancji koloidalnych, olejów i bakterii (UF), związków organicznych o niskich masach cząsteczkowych (> 200 Da) i soli zawierających jony wielowartościowe (NF) oraz soli jednowartościowych (RO) Destylacja membranowa: skuteczna metoda odsalania Układy hybrydowe: poprawa wydajności procesu i jakości produktu

27 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "FORUM CZYSTEJ ENERGII 8 października 2013, POZNAŃ OCZYSZCZANIE WÓD TECHNIKAMI MEMBRANOWYMI dr hab. inż. Sylwia Mozia, prof. ZUT Zachodniopomorski Uniwersytet."

Podobne prezentacje


Reklamy Google