Nanofiltracja jest procesem membranowym, który podobnie jak ultrafiltracja i odwrócona osmoza znajduje wiele zastosowań w różnych sektorach przemysłowych. Kiedy jest wykorzystywana i kiedy sprawdzi się najlepiej? W jakich gałęziach przemysłu jest najczęściej wykorzystywana?
Czym są procesy membranowe?
Ciśnieniowe procesy membranowe można zaliczyć do grupy procesów fizycznej separacji składników układu. Siła napędowa to różnica ciśnień po obu stronach membrany. A na czym to właściwie polega? Pod wpływem ciśnienia rozpuszczalnik bądź małocząsteczkowe substancje rozpuszczone przechodzą przez membranę, a pozostałe związki, o większej masie cząsteczkowej oraz koloidy, drobne zawiesiny są przez nią zatrzymywane. Wielkość cząsteczek, które są zatrzymywane zależy od wybranego procesu i jego dokładności. Ciśnieniowe procesy membranowe są stosowane w celu:
- Oczyszczanie
- Frakcjonowanie wybranego strumienia zanieczyszczeń
- Zatężanie niepożądanego składnika
Ciśnieniowe procesy membranowe sprawiają, że można uzyskać wodę o stałej jakości bez dodawania dużej ilości środków chemicznych. Dodatkową zaletą jest możliwość pełnej automatyzacji oraz mała ilość powstających odpadów.
Jak działa nanofiltracja w przemyśle?
Nanofiltracja jest nazywana także niskociśnieniową odwróconą osmozą. Siłą napędową jest już wyżej wspomniana siła różnicy ciśnień między dwoma stronami membrany. W procesie nanofiltracji wykorzystywane są membrany porowate. Podstawą separacji jest efekt sitowy. Wydajność uzdatniania i separacji zalezą od stosunku wielkości cząsteczek wnikających do wielkości porów. Obok efektu sitowego, coraz większe znaczenie zyskuje oddziaływanie rozdzielanych substancji z materiałem membrany oraz procesy dyfuzji.
Nanofiltracja wykazuje cechy zarówno ultrafiltracji, jak też odwróconej osmozy. Do ultrafiltracji można przypisać efekt sitowy, z kolei do odwróconej osmozy efekt dyfuzji. Głównym zastosowaniem jest rozdział mieszanin ciekłych od gazowych. Nanofiltracja daje możliwość produkcji wody charakteryzującej się wysoką jakością, która nie posiada naturalnych substancji organicznych, nieorganicznych mikrozanieczyszczeń. Nanofiltrację wykorzystuje się do usuwania pestycydów z wody, azotanów, metali ciężkich ze ścieków oraz do redukcji stopnia twardości wody.
Nanofiltracja jest uznawana za jedną z najmłodszych technik membranowych. Tego rodzaju membrany zaczęto produkować dopiero w latach 80-tych XX wieku.
Rodzaje membran nanofiltracyjnych
Występuje kilka rodzajów membran nanofiltracyjnych stosowanych w przemyśle. Przede wszystkim jest to membrana polimerowa, ceramiczna i hybrydowa. Szacuje się, że membrany polimerowe stanowią ponad połowę na światowym rynku. Przyczyną są niższe koszty wytwarzania w porównaniu do pozostałych typów membran. Szacuje się, że globalny rynek membran nanoiltracyjnych w 2025 roku będzie wart 643 miliony dolarów.
Zadania nanofiltracji w przemyśle
Systemy nanofiltracji są bardzo często stosowane do sterylizacji oraz zmiękczania wód procesowych oraz wód pitnych. Dzięki membranie nanofiltracyjnej z wody usuwane są bakterie, sole wapnia i magnezu oraz siarczany. Nanofiltracja jest w niektórych zakładach systemem, który poprzedza uzdatnianie wody za pomocą odwróconej osmozy. Jego zadaniem jest obniżenie stężenia soli w wodzie, aby zwiększyć żywotność i jak najdłużej zachować wydajność membrany osmotycznej. O samej przemysłowej odwróconej osmozie przeczytacie więcej w artykule: Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach
W przypadku potrzeby pełnego odsalania wody w procesach jonowymiennych, nanofiltrację wykorzystuje się po to, aby wstępnie uzdatnić wodę. Zazwyczaj w takim układzie stanowi jeden z etapów. W przemyśle tekstylnym i celulozowym nanofiltracja wykorzystywana jest do usuwania zanieczyszczeń ze ścieków. Służy także uzdatnianiu wód podziemnych i powierzchniowych, odzyskiwaniu środków powierzchniowo-czynnych oraz odzyskiwaniu laktozy, a także protein z serwatki.
Systemy nanofiltracji są wykorzystywane w o nieco mniejszych wymaganiach jakościowych niż ma to miejsce w odniesieniu do tych, gdzie niezbędna jest odwrócona osmoza. Ten proces wykorzystuje się: do uzdatniania wody basenowej, zamkniętych obiegów, zawracania strumieni, w obiegach wody chłodzącej.
Nanofiltracja jest wykorzystywana w następujących gałęziach przemysłu:
- Farmaceutycznym
- Chemicznym
- Spożywczym
- Biomedycznym
- Papierniczym
- Metalurgicznym
- Petrochemicznym
Nanofiltracja a odwrócona osmoza w przemyśle
Odwrócona osmoza jest procesem, który najczęściej znajduje swoje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Jej wybór jest zazwyczaj związany z potrzebą demineralizacji wody. Nanofiltracja jest z kolei stosowana do redukcji konkretnych ilości składników niepożądanych. Redukcja może być częściowa lub całkowita. Nanofiltracja jest przeznaczona do usuwania jonów wielowartościowych. Z kolei jony jednowartościowe są usuwane tylko częściowo lub też wcale.
Nanofiltracja wykorzystuje w swoim działaniu znacznie niższe ciśnienie niż jest niezbędne w przypadku procesu odwróconej osmozy. Dzięki temu można ją uznać za proces wymagający znacznie mniejszego zużycia energii, o zwiększonej wydajności. W niektórych przypadkach nanofiltracja jest uznawana za proces lepszy od odwróconej osmozy. Dzieje się tak, kiedy niezbędne jest pozostawienie pewnej twardości wody, a nie jej całkowita redukcja. Całkowite zmiękczanie wody nie jest mile widziane w niektórych zakładach ze względu na to, że zwiększa korozyjność cieczy, a to przekłada się negatywnie na stan rurociągów dystrybucyjnych. W ten sposób mogłoby dojść do obniżenia ich żywotności.
