Osmoza do przodu

Rys. 1. PotencjaÅ‚ ciepÅ‚a odpadowego w poszczególnych sektorach przemysÅ‚u w UE (%), WstÄ™pna ocena potencjaÅ‚u ciepÅ‚a odpadowego w gÅ‚ównych gaÅ‚Ä™ziach przemysÅ‚u europejskiego (2107)

2) Funkcja procesu

Rys. 2. Uproszczony schemat procesu FO

FO wykorzystuje różnica ciÅ›nienia osmotycznego (Δπ) pomiÄ™dzy roztworem zasilajÄ…cym (stężenie C₁) a syntetycznym roztworem pobierajÄ…cym (DS), który przygotowujemy z C₂ > C₁ → π₂ > π₁ → Δπ = π₂ - π₁. Ze wzglÄ™du na Δπ czÄ…steczki wody z zasilania zacznÄ… przemieszczać siÄ™ do roztworu pobierajÄ…cego, tworzÄ…c strumieÅ„ wody, który usuwa ok. 70% wody z zasilania (maks. 65% odzysku (R) dla RO z wodÄ… morskÄ…, SWRO i 80% dla RO z wodÄ… sÅ‚onawÄ…, BWRO). Ponadto, ze wzglÄ™du na fakt, że FO nie wykorzystuje ciÅ›nienia do pokonania ciÅ›nienia osmotycznego, może on poradzić sobie ze znacznie wyższymi poziomami TDS niż RO (ok. 200 000 ppm (mg/l) dla FO i 70 000 ppm (mg/l) dla RO). To sprawia, że FO idealnie nadaje siÄ™ do solanek o wysokim zasoleniu.

Rys. 3. Jednostkowe zużycie energii (SEC) technologii uzdatniania solanki w kWh/m³ w porównaniu z ich maksymalnÄ… wydajnoÅ›ciÄ… TDS w mg/l (ppm). W serii mamy wielostopniowÄ… destylacjÄ™ rzutowÄ… (MSF), destylacjÄ™ wielostopniowÄ… (MED), mechanicznÄ… kompresjÄ™ par (MVC), elektrodializÄ™/elektrodializÄ™ odwróconÄ… (ED/EDR), osmozÄ™ w przód (FO) oraz destylacjÄ™ membranowÄ… (MD). FO i MD mogÄ… wykorzystywać ciepÅ‚o odpadowe do pokrycia nawet 90% zapotrzebowania na energiÄ™ cieplnÄ….

Przepływ wody w FO zależy od:

• Różnica ciÅ›nieÅ„ osmotycznych
• Struktura membrany
• Gatunek DS
• WÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci zanieczyszczajÄ…ce wsadu

Membrany FO mają strukturę prostą (CTA) i strukturę kompozytową (TFC). Membrany TFC wykazały lepszą wydajność w skali laboratoryjnej na całym świecie.

Gatunki DS to zazwyczaj sole nieorganiczne, które mogÄ… być zatrzymywane w pÄ™tli regeneracji przez dÅ‚ugi czas, zanim konieczne bÄ™dzie dodanie kolejnych w tym procesie.

3) Zalety i wady

Zalety:

Z powodu braku ciÅ›nienia warstwa zanieczyszczeÅ„ na powierzchni membrany nie jest zwarta, co oznacza, że fizyczne metody czyszczenia pozwalajÄ… odzyskać przepÅ‚yw wody przez membranÄ™ (rys. 4). Oznacza to mniejsze zużycie chemikaliów, dÅ‚uższÄ… żywotność membrany i niższe ogólne koszty.

Rys. 4. WyjaÅ›nienie odwracalnego procesu zanieczyszczania FO. Po prawej stronie mamy typowÄ… membranÄ™ odwróconej osmozy (RO), przez którÄ… stosujemy ciÅ›nienie, aby przepchnąć wodÄ™. CiÅ›nienie tworzy na powierzchni membrany „warstwÄ™ ciasta” z zanieczyszczeÅ„ wody zasilajÄ…cej. Z drugiej strony, po lewej stronie mamy membranÄ™ FO, w której nie wystÄ™puje ciÅ›nienie, dziÄ™ki czemu zanieczyszczenia osadzajÄ… siÄ™ bardzo luźno i można je usunąć metodami fizycznymi (np. pÅ‚ukaniem osmotycznym).

Wady:

Osmoza standardowa ma dwa gÅ‚ówne problemy:

• Polaryzacja stężeniowa (CP)
• Odwrócony strumieÅ„ soli

Polaryzacja stężeniowa w membranach FO jest zewnÄ™trzna (ECP) i wewnÄ™trzna (ICP). ECP jest zjawiskiem powszechnym w procesach odwróconej osmozy (RO) i można je ograniczyć, poprawiajÄ…c warunki przepÅ‚ywu krzyżowego poprzez zastosowanie przekÅ‚adek na powierzchni membran.

W procesie ICP czÄ…steczki DS gromadzÄ… siÄ™ w porach membrany i obniżajÄ… gradient ciÅ›nienia osmotycznego, zmniejszajÄ…c w ten sposób różnicÄ™ ciÅ›nieÅ„ osmotycznych, która jest siÅ‚Ä… napÄ™dowÄ… procesu FO. W ostatnich latach spoÅ‚eczność naukowa podejmowaÅ‚a intensywne wysiÅ‚ki w celu zwalczania efektu ICP, a metody fizyczne przyniosÅ‚y obiecujÄ…ce rezultaty, które mogÄ… poprawić i tak już wysokÄ… wydajność FO.

PrzepÅ‚yw wody przez FO (można go ograniczyć metodami fizycznymi), zwiÄ…zki DS mogÄ… zanieczyszczać zasilanie odwróconym przepÅ‚ywem soli (należy zachować ostrożność przy doborze DS)

4) Zastosowania w przemyÅ›le przetwórczym