A fordított ozmózis elvén m ő köd ı vízkezelés

A fordított ozmózis elvén működő technológia alkalmazásával a rendkívül kisméretű szennyeződések eltávolításán túl a vírusok és baktériumok mérettartományába eső komponensektől is megszabadulhatunk.

A baktériumok mérete 0,2 - 1 mikrométer, a vírusok mérete 0,02-0,4 mikrométer, a fordított ozmózis elvén működő szűrő nyílása: 0,0001 mikrométer (5.7. ábra).

143

5.7. ábra: A baktériumok méretének és a membrán résméretének összehasonlítása A fordított ozmózissal működő víztisztító tehát olyan szűrőnek fogható fel, amelynek a nyílásainál a baktériumok 1000-szer a vírusok 100-szor nagyobbak, így azok a szűrőn nem tudnak áthatolni, visszamaradnak. A membránok üreges szálai milliárdnyi mikroszkopikus pórust tartalmazó felülettel rendelkeznek, ezen pórusok mérete ezredrésze az emberi haj átmérőjének (5.8. ábra). A pórusok fizikai gátként megakadályozzák a szennyeződések átjutását, ugyanakkor a tiszta víz molekulákat átengedik.

5.8. ábra: A membránfelület elektronmikroszkópos felvétele

A fordított ozmózis elve alapján működő berendezésekben a kezelendő, két vagy háromszorosan előszűrt vizet a membránházba juttatjuk, és így a speciálisan szerelt, felcsévélt membránok közé kerül. A félig áteresztő (cellulóz vagy műgyanta alapú) membránon az ozmózisnyomásnál nagyobb nyomással (a víz sótartalmától függően néhányszor tíz bar nyomás) átpréseljük, azaz a vizet a töményebb (szennyezett) oldatból vezetjük a tiszta vízbe. A víz tisztítására kialakított membránok mentén a tisztítandó víz állandó mozgásban van, ami folyamatosan eltávolítja a membrán felületén lerakódó szennyeződéseket. A művelet során a szennyezett víz permeátumra és koncentrátumra válik szét.

144 - Permeátum:Permeátum:Permeátum:Permeátum: a tiszta víz, mely a membrán pórusain átjutva nyomását veszítve, a

központi csövön összegyűlve szabad kifolyással távozik a gyűjtőtartályba.

- Koncentrátum:Koncentrátum:Koncentrátum:Koncentrátum: a membrán felületén palástirányban végigszaladó, szennyeződésben egyre nagyobb töménységű víz, a belépéskor tapasztalt nyomás értéken a membrán túloldalán távozik.

A műszaki életben gyakran alkalmazott fogalom a „permeát kitermelés” és a

„sóáteresztés”, melyek az alábbi képletek szerint definiálhatók (5-5 és 5-6):

A tisztításnak ez a módja minden egyéb módszernél hatékonyabb, hiszen a membrán tulajdonságaiból adódóan a szűrő eltávolítja a baktériumoknál ezerszer kisebb szennyeződéseket is a vízből (5.9. ábra).

5.9. ábra: A membrán működési elve

A fordított ozmózis jelenségén alapuló szűrő tehát öntisztuló, nem halmozódnak fel annak felületén szennyeződések, mint egy átfolyó rendszerű szűrőben (5.10. ábra).

145

5.10. ábra: A membránok öntisztuló folyamata

A fordított ozmózist legelőször a haditengerészetnél használták a sós tengervízből ivóvíz előállítására. A 60-as években a hidegháború idején tovább fejlesztették az eljárást a vegyi, biológiai és radioaktív hadviselés esetén keletkező szennyeződések kiszűrésére.

A 70-es években műanyagipar fejlődése a membránok előállításában lehetővé tette a fordított ozmózisos víztisztítás bevezetését a háztartásokban is. 1991-ben az öbölháborúban az amerikai hadsereg 8000 db fordított ozmózis elvén működő membrános készüléket használt az ivóvíz előállítására. Ma az USA-ban és az arab országokban az ezen eljárással előállított ivóvizet magasabb áron lehet értékesíteni, mint az ásványvizet.

A membrán műveletekhez alkalmazhatók csőmembránok (5.11. ábra), ahol a membrán síkfelületként van kifeszítve a csőben, azonban a folyamatos fejlesztések következtében olcsóbb és megbízhatóbb membránelemeket alakítanak ki, amelyek egyre kisebb belépő nyomással egyre jobb kihozatalt biztosítanak. A membránokat helyigényük mérséklése céljából leggyakrabban feltekert állapotban, ún. spirálelemekben építik be (5.12. ábra).

146

5.11. ábra: A csőmembrán működésének elve

Permeátum

Koncentrátum

Nyersvíz

Feladó csatorna távtartó Központi perforált csı

Összenyomódás gátló elem

Membrán + hordozó Lezárt szél (ragasztott) Külsıréteg távtartó Membrán + hordozó

5.12. ábra: spirális kiképzésű membránelem

A gyakorlati megvalósítás során a műszaki berendezésekben a membránszálakat ⁽5.13.a ábra) modulokba rendezve (5.13.b ábra) alakítják ki a víztisztításra alkalmas technológiai sorokat (5.13.c ábra).

5.13. ábra: A fordított ozmózis alapján működő víztisztítás gyakorlati megvalósítása

147 A kezelendő víznek előkezeltnek kell lennie, nem tartalmazhat lebegő és szerves szennyeződéseket, mert azok a membránt eltömik. Túl kemény víz esetén a fordított ozmózist egy nátrium-ciklusban működő ioncserélő gyantás kezelés előzi meg, mert enélkül a fordított ozmózis során egyre töményedő szennyezett vízből kiváló sók a membrán pórusait eltömhetik. A nátrium-sók viszont jól oldódnak, még tömény oldatukból sem válik ki só.

Kétfokozatú fordított ozmotikus rendszereket ott alkalmaznak, ahol a permeátum minőségével szemben fokozott követelményeket támasztanak. Ez elsősorban a gyógyszeriparban, kórházakban, „tisztagőz” előállító üzemekben és laborokban fordul elő.

Itt az első fordított ozmózisból származó "nyerspermeat" egy második fokozatra van vezetve, ahol még egyszer kezelik. Ezen a módon el lehet érni 1-5 µS/cm közötti maradék vezetőképességet (vízminőségtől függően). A kétfokozatú fordított ozmózis rendszerek egy vízelőkészítő egységből, két fordított ozmózis fokozatból és egy permeát tárolóból állnak (steril levegőztetéssel). Az előkészítés itt is egy szűrésből és egy vízlágyításból áll.

Ioncsere helyett a keménység stabilizálás is szóba jöhet. Vas- és mangántalanítás, vagy klórcsökkentés a vízminőségtől függően szükséges.

A fordított ozmózis berendezések a teljesítménytől függetlenül a következő alapegységekből állnak: előszűrő, nagynyomású szivattyú, nyomócsövek a membránelemekkel, mérő- és irányítástechnikai elemek, nyomástartó rendszer, kapcsolószekrény.

148 5.2.2. Egyéb membrán-szeparációs mőveletek

Mikroszűrés (CFM) Mikroszűrés (CFM) Mikroszűrés (CFM) Mikroszűrés (CFM)

A mikroszűrés (angolul: Crossflow-Mikrofiltration = CFM) egy speciális technológia a folyadékok szűrése területén. A elválasztandó anyagok tangenciálisan áramlanak végig a membránon. A szűrletet derékszögben vezetik le. A szűrendő közeg így nem közvetlenül préselődik át a membránokon, hanem átfolyik a membránok között. Az áramoltatás ezen módja tisztítja a membránt és az élettartamát megtöbbszörözi. A mikroszűrő membránok részecskéket vagy kollodiálisan oldott szuzpenziókat választanak el. Pórusméretük 0,05-10 µm között van.

Ultraszűrés Ultraszűrés Ultraszűrés Ultraszűrés

Az ultraszűrés nagy méretű szerves vegyületek (fehérjék, vírusok és baktériumok, olajok és zsírok) leválasztására szolgáló eljárás. A fordított ozmózissal ellentétben ez az eljárás nem alkalmas a sók visszatartására. A membránok igazi pórusokkal rendelkeznek, szűrőképességük függ a modulgeometria kivitelétől, a membránok közötti áramlási viszonyoktól és a víz alkotóelemeitől. Hasonlóan a többi membrán eljárásokhoz az ultraszűrésnél is tangenciális áramlási viszonyok uralkodnak a lerakódások elkerülése érdekében.

Nanoszűrés Nanoszűrés Nanoszűrés Nanoszűrés

A nanoszűrő-berendezések, mint az összes membrántechnológián alapuló rendszerek az alábbi fő komponensekből épülnek fel: nagynyomású szivattyú,

149 nyomócsövek nanoszűrő elemekkel, mérés és irányítástechnikai berendezések, nyomástartó edények és kapcsolószekrény. A tisztítórendszerek így a víz előkezelésből, a tulajdonképpeni nanoszűrőből, és egy nyomásfokozóval ellátott pufferből állnak. Általában az előkezelés egy szűrőfokozatból és egy vízlágyításból áll. Egyes esetekben a vízlágyítást helyettesítheti egy keménységstabilizáló vegyszeradagoló rendszer. Egyéb előkezelési eljárások, mint pl. vas- ill. mangántalanítás, klórtalanítás, a kezelendő víz minőségi paramétereinek ismeretében válhatnak szükségessé. A nanoszűrők ionszelektív tulajdonságainak köszönhetően fő felhasználási területük az ivóvíztisztítás és a vizek sótalanítása. Az eljárás lehetővé teszi az említett felhasználási területeken a részbeni sótalanítást is.