Nanofiltracja jest procesem membranowym, który podobnie jak ultrafiltracja i odwrócona osmoza znajduje wiele zastosowań w przemyśle. Przemysłowa nanofiltracja zatrzymuje białka i kwasy tłuszczowe, koloidy i zawiesiny, niektóre wirusy i bakterie, a także pestycydy i azotany.
Spis treści:
- Zasada działania przemysłowej nanofiltracji
- Dobór przemysłowej nanofiltracji
- Zastosowanie przemysłowej nanofiltracji
- Przemysłowa nanofiltracja czy przemysłowa odwrócona osmoza?
- Przemysłowa nanofiltracja – podsumowanie
Zasada działania przemysłowej nanofiltracji
Nanofiltracja to ciśnieniowy proces membranowy polegający na fizycznej separacji składników roztworu, w wyniku którego można uzyskać wodę o wysokiej czystości bez konieczności dozowania preparatów chemicznych. Dodatkową zaletą membranowych procesów ciśnieniowych jest możliwość pełnej automatyzacji procesu filtracji oraz niewielka ilość powstających odpadów. Na tym tle, nanofiltracja uchodzi za jedną z najmłodszych technik membranowych, przy czym jej początki sięgają lat 80. XX wieku.
W procesie przemysłowej nanofiltracji pod wpływem przyłożonego ciśnienia, zazwyczaj w zakresie od 5 do 40 barów, rozpuszczalnik lub inne substancje małocząsteczkowe przechodzą przez porowatą membranę, a związki o większej masie cząsteczkowej zostają przez nią zatrzymywane.
Dokładność przemysłowej membrany nanofiltracyjnej wynosi od 0,001 do 0,01 mikronów (1 – 10 nm).
Podstawą separacji jest w tym przypadku efekt sitowy, a wydajność filtracji zależy od stosunku średnicy porów do wielkości cząsteczek. Duże znaczenie ma w tym przypadku oddziaływanie zanieczyszczeń z materiałem membrany oraz zachodzące w roztworze procesy dyfuzji. Pod tym kątem nanofiltracja przemysłowa wykazuje cechy zarówno ultrafiltracji (efekt sitowy), jak i odwróconej osmozy (dyfuzja), stąd bywa też nazywana niskociśnieniową odwróconą osmozą.
Rodzaje membran nanofiltracyjnych w przemyśle
Membrana nanofiltracyjna jest zbudowana z kilku warstw. Górna część wykazuje wysoką selektywność w stosunku do wybranych składników, natomiast dolna pełni funkcję stelaża odpowiadającego za wytrzymałość całego elementu. Membrany nanofiltracyjne są zazwyczaj wytwarzane syntetycznie z materiałów organicznych, takich jak: octan celulozy, poliamid, polietylen, polipropylen, poliwęglan, politereftalan, czy poli(fluorek winylidenu). W aplikacjach przemysłowych najczęściej stosuje się nanofiltracyjne membrany polimerowe, ceramiczne i hybrydowe. Szacuje się przy tym, że ze względu na niższe koszty produkcji, membrany polimerowe stanowią ponad połowę na światowym rynku.
Dostosowanie membrany do warunków filtracji wpływa korzystnie na jej żywotność. Jednocześnie warto przestrzegać zakresu temperatur procesowych, które nie powodują degradacji jej struktury oraz zapoznać się z informacjami na temat wytrzymałości membrany na działanie związków utleniających.
Żywotność membrany nanofiltracyjnej z octanu celulozy można przedłużyć nawet do trzech lat, jeśli wartość odczynu pH roztworu zasilającego będzie niższa od 6,5.
Piotr Psarski
Dobór przemysłowej nanofiltracji
Wielkość, wydajność oraz parametry pracy przemysłowej nanofiltracji dobiera się najczęściej na podstawie godzinowego zapotrzebowania na wodę. Na tym etapie szczególnie ważne dla określenia potrzeb danego przedsiębiorstwa są szczegółowe badania wody zarówno w zakresie jej parametrów fizykochemicznych, jak i czystości mikrobiologicznej.
Warto jednocześnie pamiętać, że dobór systemu uzdatniania wody dla przemysłu to złożony projekt, którego powodzenie wymaga wiedzy i doświadczenia. Aby znaleźć rozwiązanie optymalnie dopasowane do ściśle określonych wymagań procesu i potrzeb użytkowników, warto skorzystać z fachowego doradztwa.
Zastosowanie przemysłowej nanofiltracji
Zastosowanie nanofiltracji w przemyśle, choć stosunkowo szerokie, obejmuje zazwyczaj trzy role:
- Rozdział mieszaniny na minimum dwa składniki (frakcjonowanie)
- Redukcja nadmiaru rozpuszczalnika z rozcieńczonego roztworu (zatężenie)
- Eliminacja przeszkadzających zanieczyszczeń
Jednym z najpopularniejszych zastosowań nanofiltracji w przemyśle jest odsalanie wody morskiej oraz oczyszczanie ścieków i wody przeznaczonej do celów produkcyjnych i technologicznych. Podczas pełnego odsalania wody w procesach jonowymiennych nanofiltrację wykorzystuje się do wstępnego uzdatniania wody (stanowi wówczas jeden z kilku etapów filtracji).
Przemysł spożywczy
- Oczyszczanie i odsalanie serwatki – redukcja zawartości soli w produktach mlecznych przy jednoczesnym zachowaniu białka i innych cennych składników odżywczych
- Zatężanie i oczyszczanie soków owocowych – koncentracja cukrów w sokach owocowych bez utraty ich smaku czy pierwotnego koloru
Przemysł chemiczny i farmaceutyczny
- Odzysk niektórych substancji – separacja cennych związków chemicznych, które mogą być ponownie wykorzystywane w procesach produkcyjnych (redukcja odpadów i obniżenie kosztów produkcji)
- Produkcja farmaceutyków – usuwanie związków organicznych, bakterii i innych zanieczyszczeń, które mogą wpłynąć na końcową jakość leku
Oczyszczanie wody i ścieków
- Usuwanie zanieczyszczeń organicznych – redukcja pestycydów, herbicydydów oraz mikroorganizmów
- Redukcja twardości wody – usuwanie soli wapnia i magnezu odpowiedzialnych za kamień w wodzie
- Usuwanie soli – częściowa demineralizacja wody w przemyśle wystarczająca w niektórych zastosowaniach przemysłowych, np. w produkcji wody do nawadniania lub wody technologicznej
Przemysł tekstylny
- Oczyszczanie ścieków – redukcja barwników i innych zanieczyszczeń chemicznych, dzięki czemu możliwy jest ponowny użytek wody w procesie produkcji
Energetyka i przemysł petrochemiczny
- Separacja i odzysk substancji chemicznych – oczyszczanie ścieków i odzysk cennych substancji, takich jak sole wielowartościowe, które mogą być ponownie wykorzystywane w procesach technologicznych
- Oczyszczanie olejów – redukcja zanieczyszczeń organicznych z olejów i paliw, co podnosi ich jakość i wydajność
W niektórych zakładach przemysłowa nanofiltracja poprzedza system odwróconej osmozy – obniżając stężenie soli w wodzie, przedłuża żywotność membrany osmotycznej.
Przemysłowa nanofiltracja czy przemysłowa odwrócona osmoza?
Nie ulega wątpliwości, że przemysłowa odwrócona osmoza stosowana jest w bardzo wielu sektorach gospodarki, jednak wybór tej metody uzdatniania wynika zazwyczaj z konieczności demineralizacji wody. Do częściowej lub całkowitej redukcji konkretnych zanieczyszczeń znacznie lepiej sprawdza się przemysłowa nanofiltracja.
Membrana nanofiltracyjna usuwa głównie jony wielowartościowe, natomiast jony jednowartościowe są w tym procesie redukowane tylko częściowo lub w ogóle.
Ciśnienie wykorzystywane podczas nanofiltracji przemysłowej jest niższe niż w przypadku systemu odwróconej osmozy, dzięki czemu nanofiltracja zużywa mniej energii. Proces ten sprawdza się również tam, gdzie niewskazana jest całkowita redukcja stopnia twardości. Zmiękczanie wody do zera może bowiem w niektórych przypadkach powodować zwiększoną korozyjność cieczy, co skraca żywotność rurociągów dystrybucyjnych.
Przemysłowa nanofiltracja – podsumowanie
Nanofiltracja przemysłowa to nowoczesna technologia membranowa, która znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, od spożywczego przez chemiczny, aż po tekstylny i energetyczny. Umożliwia efektywną separację zanieczyszczeń i odzysk niektórych substancji, co jeszcze bardziej podnosi efektywność procesów produkcyjnych. Jeśli jesteś zainteresowany montażem przemysłowej stacji uzdatniania wody, skorzystaj z usług renomowanego dostawcy, który cieszy się zaufaniem wśród swoich klientów.
