Zarządzanie przepływem w systemach membran

Przepływ w systemach membran może być kierowany jako tak zwana filtracja "dead-end" (końcowa) lub "cross-flow" (przepływowa).

Filtracja typu dead-end (końcowa)

Kiedy zachodzi filtracja typu "dead-end", cała woda dopływająca do powierzchni membrany jest przeciskana przez membranę. Niektóre substancje stałe i inne komponenty zostają zatrzymane na membranie, podczas gdy woda będzie przez nią przepływać. Zatrzymanie zależy od wielkości porów membrany. Zatrzymywane cząsteczki na membranie powodują wyższy opór dla wody przepływającej przez membranę. Jeśli ciśnienie przeprowadzania wody oczyszczanej jest aplikowane w sposób ciągły, strumień przepływającej wody będzie malał. Po danym okresie czasu wielkość strumienia spadnie do takiego poziomu, że membrana będzie wymagała czyszczenia.

Zarządzanie przepływem w sposób "dead-end" jest stosowane, ponieważ strata energii jest mniejsza niż kiedy zachodzi filtracja typu "cross-flow". Wynika to z faktu, że cała energia "wchodzi" do wody, która przechodzi przez membranę. Ciśnienie potrzebne do przeprowadzenia wody przez membranę nazywa się Ciśnieniem Transmembranowym (ang. TMP).

TMP definiowane jest jako gradient ciśnienia membrany, lub jako średnie ciśnienie wody oczyszczanej minus ciśnienie wody przefiltrowanej (permeatu). Ciśnienie wody oczyszczanej jest często mierzone w punkcie początkowym modułu membran. Jednakże, ciśnienie to nie jest równe średniemu ciśnieniu wody oczyszczanej, ponieważ w czasie przepływu wody przez membranę ciśnienie hydrauliczne spada.

Podczas czyszczenia membran, cząsteczki zatrzymane na membranie usuwane są w sposób hydrauliczny, chemiczny lub fizyczny. W czasie procesu czyszczenia moduł membran jest czasowo wyłączany. W rezultacie tego filtracja typu "dead-end" to proces nie ciągły.

Długość czasu, podczas którego moduł prowadzi filtracje nazywa się czasem filtracji a jego długość czasu usuwania cząsteczek zgromadzonych na membranie modułu nazywamy czasem czyszczenia. W praktyce dąży się do jak najdłuższego czasu filtracji a skrócenia czasu czyszczenia.
Jeśli membrana czyszczona jest za pomocą permeatu, proces nie "produkuje" oczyszczonej wody w sposób ciągły. Produkcja jest niższa. Parametr określający produkcje nazywa się odzyskiem ("recovery")

Filtracja "dead-end" (końcowa)

Filtracja typu cross-flow (przepływowa)

Kiedy zachodzi filtracja "cross-flow", woda oczyszczana jest recyrkulowana. Podczas recyrkulacji strumień wody oczyszczanej jest równoległy do układu membrany. Jedynie niewielka część wody doprowadzanej do systemu użyta jest do produkcji permeatu, większa część opuszcza moduł. W konsekwencji, filtracja przepływowa wiąże się z wysokimi kosztami energii. Cała woda doprowadzana do systemu musi bowiem mieć zaaplikowaną odpowiednią wartość ciśnienia.
Prędkość strumienia wody oczyszczanej równoległego do układu membrany jest relatywnie duża. Celem tego przepływu jest kontrola grubości warstwy powstającego "ciasta".
W konsekwencji prędkości strumienia wody, siły przepływu są duże, co pozwala na przenoszenie cząsteczek substancji zawieszonej wraz z płynąca woda.
Podczas filtracji typu "cross-flow" strumienie wody mogą być stale. Nadal jednak musi być przeprowadzane od czasu do czasu czyszczenie membran. Czyszczenie prowadzone jest poprzez płukanie zwrotne lub chemicznie.
System przepływowy jest stosowany przy Odwróconej Osmozie, nano filtracji, ultra filtracji oraz mikro filtracji, w zależności od wielkości porów membrany.

Filtracja "cross-flow" (przepływowa)

Technologia membran