Wykład 2
Ciśnieniowe techniki membranowe
I. Mikrofiltracja (ang. Microfiltration) MF
Zakres ciśnień MF 1  3 bar
Rozmiar porów MF 0.08 10 µm
Rozdzielanie układów dwufazowych
JV ~10m3 m-2 h-1, jednokierunkowy przepływ (dead  end)
klarowanie i sterylizacja lub krzyżowy (cross-flow)
średnica cząstek separowanych 100  1000 nm
Porowatość membran:
Sp Vp
µ = µobj =
pow
Sm Vm
Dla membran o porach cylindrycznych:
2
µ rp "P
pow
JV =
8·Ä d
Zastosowania przemysłowe MF
Zatężanie zawiesin i emulsji w przemyśle: chemicznym,
maszynowym, energetycznym, spożywczym, fermentacyjnym,
kosmetycznym, farmaceutycznym, biotechnologii, w uzdatnianiu
wód
Elektrownia  A
agisza , Będzin
I etap demineralizacji wody stosowanej w obiegu parowo-wodnym, przed
odwróconą osmozą, 90 modułów kapilarnych z membranami o porach
0.2 µm
1. Dezynfekcja wody
2. Oczyszczanie syropów otrzymywanych w
wyniku hydrolizy skrobi kukurydzianej
Membrana ceramiczna z tlenku glinu 0.2 µm w temp. 600 C do
klarowania i zagęszczania hydrolizatu skrobiowego. Metoda okazuje się
prawie połowę tańsza od stosowanej filtracji próżniowej.
3. Klarowanie i oczyszczanie wina, soków.
Membrana polimerowa polieterosulfon (PES) asymetryczne rozmiar
porów 0.1 - 0.2 µm, TMP = 15  150 kPa
 II. Ultrafiltracja (ang. Ultrafiltration) UF
Zakres ciśnień MF 3  10 bar
Rozmiar porów MF 0.01 0.08 µm
Rozdzielanie polisacharydów, białek, polimerów o
dużych masach cząsteczkowych 104  105 Da, od
roztworu
Rodzaj membrany Materiał
polisulfon
poliakrylonitryl
polimerowe
Polichlorek winylu
Celuloza i pochodne
poliamidy
Al2O3/TiO2
nieorganiczne
ZrO2/Cgr
Al2O3
Zastosowania przemysłowe UF
1. Odzyskiwanie z serwatki laktoglobulin i laktoalbumin
oraz wstępnego zatężania mleka poprzedzającą
produkcję serów
Firma LACMA, Biomlek
Woda
myjÄ…ca
10%prot
1%prot
4%sól
0.1%sól
2stopień
1stopień
Permeat
2. Oczyszczanie ścieków olejowych
Jedna z pierwszych instalacji w Kassel zakłady VW
Emulsja Woda
Zasobnik
zbiorczy
Wirówka
sedymentacyjna
2
Woda do
centralnej
UF
oczyszczalni
1
Oddzielacz
oleju
1-faza wodna
2  szlam
rozcieńczony
Olej
Strumień permeatu 13 m3/h
Typ membrany ceramiczna, moduł rurowy GMM 300Da
Powierzchnia membran 180 m2, TMP 4 bar
III. Odwrócona osmoza (ang. Reverse Osmosis)RO
Siła napędowa "P - "Ą
TMP 10  200 atm, GMM 150 Da
Membrany homogeniczne, asymetryczne, polimerowe
Czynniki
ograniczajÄ…ce
UszkadzajÄ…ce
ZmniejszajÄ…ce
Wydajność
Kwasy, zasady
BlokujÄ…ce
Chlor
Ciśnienie
Tlen
osmotyczne
Rozpusz. Org
Lepkość
Bakterie
fouling scaling
Tlenki metali CaSO4
Koloidy CaCO3
Subst. Biol. CaF2
SiO2
Mg(OH)2
Zastosowanie RO
1. Odsalanie wód
2. Demineralizacja wody
4. Otrzymywanie wody ultraczystej
5. Oddzielanie związków organicznych od wody
6. Rozdzielanie roztworów niewodnych
IV. Nanofiltracja (ang. Nanofiltration) NF
GMM 200 Da rozmiar molekuły 1 nm, TMM 5  30 atm

Membrany jonoselektywne
Stopień zatrzymywania:
NO3- < Cl- < OH- < SO42- < CO32-
H+ < Na+ < K+ < Ca2+ < Mg2+ < Cu2+
Zastosowania NF:
1. Zmiękczanie wody procesowej i pitnej przy
jednoczesnej permeacji jonów jednowartościowych
soli
2. Zatrzymywanie związków organicznych podczas
permeacji jednowartościowych soli, odsalanie
serwatki przy jednoczesnym zatrzymywaniu laktozy i
protein
3. Odsalanie ścieków zawierających związki
powierzchniowo czynne
4. Rozdzielanie mało i wielkocząsteczkowych składników
w roztworach wodnych np. usuwanie alkoholu z wina
5. Oddzielanie związków organicznych
małocząsteczkowych z ich roztworów wodnych np.
glicerolu, glukozy, glikoli
Serwatka Permeat Straty
koncentrowana
Sucha substancja 6.5 18.5 0.37
12.8 13.5 0 0
Laktoza [% s.s] 74.4 77.0 26.2 1.3
Kwasy organiczne [% s.s.] 3.4 3.37 4.9 5
7.7 5.3 68.8 28
Ca [% s.s.] 0.42 0.41 0.7 6%
Mg [% s.s.] 0.12 0.12 0.21 6%
 Na [% s.s.] 0.61 0.38 6.5 40%
K [% s.s.] 2.36 1.48 2.52 40%
S [% s.s.] 0.16 0.15 0.55 12%
P [% s.s.] 0.62 0.57 2.05 12%
Cl [%s.s.] 1.44 0.68 21.1 54%
0.7 0.8 0 0
1. Usuwanie arsenianów i pestycydów z wód
gruntowych w procesie NF
Separation and Purification Technology 42 (2005) 137 144
Removal of arsenic and pesticides from drinking water
by nanofiltration membranes
K. KoĄsuti c, L. FuraĄc, L. Sipos, B. Kunst
Maximum contaminant level (MCL) WHO arsenianów 10 µg/l
3. Zatężanie roztworów antybiotyków w procesie NF
Separation and Purification Technology 30 (2003) 27 35
Development and characterization of composite
nanofiltration membranes and their application in
concentration of antibiotics
Wei Zhang a, Gaohong He b,c, Ping Gao c, Guohua Chen
Masa cz steczkowa antybiotyków 200  1200u
Membrany kompozytowe otrzymano przez polimeryzację na podłożu mikroporowatej
membrany komercyjnej o GMM 60 000Da z polisulfonu i na niej polimeryzowano
piperazynÄ™ i chlorek trimezoilowy (poliamid)