זרמי פסולת תעשייתיים מכילים לעתים קרובות משאבים יקרי ערך - מטלטלים, מלחים, תרכובות אורגניות, ומים נקיים - שניתן לשחזר או להיות מרוכזים לפני סופיות, טכנולוגיות ארעיות כגון evaporation תרמי, אוסמוזה הפוכה, ומשקעים כימיים הם לעתים קרובות אנרגיה-רגישים, לייצר פסולת משנית, או להיכשל כאשר הם מתמודדים עם טמפרטורות קשות או מחוספסות, ביעילות, כדי להזיזות, בתנאי שתהליך זה יכול לרכז את רמת לחץ גבוה, תוך כדי לחץ נמוך יותר, תוך כדי לחץ יעיל, תוך כדי לחץ יעיל, בתנאי שתהליך איטי של דלקות, תוך כדי לחץ יעיל של דלקות, תוך כדי לחץ יעיל של דלק גמישה, תוך כדי לחץ על ידי זיהום אווירי, בתנאי שילחץ יעיל, תוך כדי לחץ יעיל, או לחץ יעיל, בתנאי שתהליך יעיל של טיפול תרופתי, בתנאי שתהליך יעיל של דלק יעיל של דלק גמישה יעילה, בתנאי שילחץ יעיל של טיפול תרופתי, תוך כדי לחץ יעיל, תוך כדי לחץ יעיל של טיפול תרופתי, בתנאי שתהליך גמישה, בתנאי שהוא יכול לריכוז יעיל של דלקות, תוך כדי לחץ יעיל של טיפול תרופתי, בתנאי שיגביל את רמת לחץ נמוך, תוך כדי לחץ יעיל של טיפול תרופתי, תוך כדי לחץ

מה זה membrane Distillation?

מנברן דיאזנציה היא תהליך תרמי היברידי שבו פתרון להאכיל חם זורם בצד אחד של מיקרו ⁇ הידרופובי קרום, בעוד permeate קר (או גז גורף) זורם בצד השני.הטבע הידרופובי של membrane מונע מים נוזליים להיכנס לנקבוביות, אבל מים יכולים להתפוגג מן הנקה, במיוחד על ידי הנקה, לחץ על פני הקערה, כי הוא רק על ידי המקרר יעיל.

מערכת ההפעלה Principle

התהליך מסתמך על שלוש תופעות מפתח: (1) evaporation של מים בממשק נוזלי-vapor שנוצר בכניסה לנקבובית, (2) תחבורה vapor דרך הנקבוביות מלאות האוויר על ידי diffusion מולקולרית (Knudsen diffusion ו/או מול זרימה לאחור בהתאם לגודל ולחץ חום), ו-(3) הדבקה בצד הקר.

המונחים: membrane Distillation

ארבע תצורה עיקריים מתוארים בספרות ונבדקים בקנה מידה פיילוט:

  • (FLT:0) פנה Membrane Distillation (DCMD): 1 הצד המחלחל הוא זרם נוזלי קר (בדרך כלל מים טהורים) במגע ישיר עם membrane.זהו התצורה הפשוטה ביותר, המשמש באופן נרחב במחקרים מעבדה, אבל אובדן חום התנהגותי באמצעות מנברן הוא גבוה, אשר נמוך יותר יעילות תרמית.
  • (FLT:0) Air Gap Membrane Distillation (AGMD): AFLT:1 שכבת אוויר מנוסקת מפרידה בין הקר של משטח של זיהום קר. פער האוויר מקטין אובדן חום התנהגותי ומאפשר יעילות תרמית גבוהה יותר, אבל זה גם מוסיף עמידות העברת המונים, אשר מפחיתה את השטף.
  • (VMD):0Vacuum Membrane Distillation (VMD): FLT:1 משאבת ואקום מוחל על הצד permeate כדי ליצור לחץ שלילי, אשר משפר את הבדל הלחץ vapor ומגדיל את פלוקס. ווטר vapor הוא נמשך ו condensed חיצונית. VMD יכול להשיג פלוקס גבוה, אבל הוואקום מוסיף אנרגיה ומערכת מורכבות.
  • (FLT:0) ,Sweep Gas Membrane Distillation (SGMD): גז אינפורט (למשל, אוויר או חנקן) זורם בצד המסכן כדי למנוע את ה vapor, אשר לאחר מכן הוא מתכנס יחידה חיצונית.

לכל תצורה יש עצירות סחר בין פלוקס, יעילות תרמית, תואר של ריכוז, יישום מעשי.הבחירה האופטימלית תלויה המאפיינים הספציפיים של זרימת הפסולת, מקורות חום זמינים דרישות המוצר.

היתרונות של Membrane Distillation

MD מציע כמה יתרונות ברורים על פני evaporation קונבנציונלי ותהליכי קרום מונעים לחץ, במיוחד עבור ריכוז זרמי פסולת תעשייתיים.

אנרגיה יעילה ומבצע Temperature נמוך

מכיוון שMD יכול לפעול בטמפרטורות להאכיל נמוכות כמו 40-60 מעלות צלזיוס, זה יכול להיות מופעל על ידי חום פסולת התאושש מתהליכים תעשייתיים (למשל, גזים ממצה, מים קירור, או condensate), אספנים תרמיים סולאריים, או מקורות גיאותרמיים.זה מפחית באופן דרסטי את הביקוש לאנרגיה העיקרית בהשוואה להפחתה רב-אפקטית של אנרגיה, אשר בדרך כלל דורשות של 100-150 מעלות צלזיוס.

הפרדה סלקטיבית וזריקת גבוהה

MD משיג באופן תיאורטי דחייה של 100% של מינים שאינם רצוניים, כולל מלחים מומסים, מתכות כבדות, מינרלים ומאקרומולקולטים אורגניים. בפועל, שיעורי דחייה >99.9% מדווחים באופן שגרתי, בתנאי שהמברנה נשאר שלם והנקבוביות אינן רטובות על ידי גולשים או רעוע אורגני.

טביעת רגל כימית

בניגוד למשקעים כימיים או תהליכי גירוד, MD אינו דורש תוספת של כימיקלים להפרדה.זה מבטל את זרמי הפסולת משניים הקשורים לדור הפעוט והטיפול הכימי.ה.התהליך הוא "ירוק" מטבעו במונחים של שימוש כימי ישיר, וכאשר מופעל על ידי חום פסולת, טביעת הרגל הפחמן שלו נמוכה משמעותית מזו של הגשמה תרמית.

תאימות עם High-Salinity ו-Complex Feed Streams

RO האמנה מוגבל להאכיל סליניות מתחת ל-70,000 מ"ג / L הכולל מוצקות מומסות (TDS) בגלל מגבלות לחץ אוסמוטיות.המדפסים האדרמאליים יכולים להתמודד עם כל סלמון אבל הם אנרגיה רגישה ו נוטה להיווצרות בקנה מידה. MD פועל בלחץ ממין ולא מושפע מלחץ אוסטי, כך שהוא יכול להצטבר על ידי גלימה גבוהה יותר מאשר דלקות גזיבית, במיוחד, הוא גורם לדלקת נוזלית מים גמישה.

שקיפות ו Scalability

מודולים Membrane ניתן לייצר בתצורה סטנדרטית של מחסנית (spiral-wound, חלול-fiber, שטוח-גליון) וניתן בקלות בקנה מידה בקלות על ידי הוספת מודולים במקביל.מודולריות זו מאפשרת מערכות MD להיות פרוסה ביישומים מבוזרים, בקנה מידה קטן, כמו גם בצמחים מרכזיים גדולים.הלחץ הנמוך גם אומר כי פחות יקר פיפס והתאמה ניתן להשתמש, להפחית את ההון הכולל.

יישומים בתעשייה

גוף גדל של מחקר והפגנות בקנה מידה טייס הראו כי MD להיות קיימא עבור כמה מגזרים תעשייתיים שבו ריכוז מים ושיקום משאבים הם קריטיים.

עיבוד מינרלי ו-מינרלי

פעולות מינון לייצר כמויות גדולות של מים מלוחים וזרעים של סלורי.MD יכול לרכז את הטונים האלה כדי לשחזר מתכות יקרות (למשל, ליתיום, אורניום, אלמנטים נדירים באדמה) תוך הפקת מים נקיים לשימוש חוזר. לדוגמה, ליתיום החילוץ מגלי מים מלוחים או נוזלי גאות לעתים קרובות כרוך evaporation סולארית, אשר איטי ותלוי זיהום אוויר יכול להאיץ את תהליך הירקמה במהירות גבוהה יותר, כמו גם את רמת מים.

פטרוכימיה ונפט וגז

מים המיוצרים ממאגרי שמן וגז הם זרם פסולת מאתגר לשמצה בגלל הסליליות הגבוהה שלה, שמן ושביעות רצון, ואת נוכחות של תרופות מבוזרות מסורתיות טיפול כוללים deoiling, רכך כימי, והזרקה עמוקה - האחרון להיות יקר וידידותי לסביבה, MDfracs יכול גם להיות נבדק על מים המיוצרים עם סלינסים מעל 200 000 / LDS, להשיג שפעת יציבה לייצר ו -9 אחוזים של מלחים נפוצים, גם להפחית את הפחתת נפח הדם הרגיל.

תעשיית טקסטיל

תהליכים של צבע טקסטיל וסיום לצרוך כמויות עצומות של מים ומייצרים רמות צבעוניות, מלוחות, ואפקטים מורכבים מבחינה כימית. מאבקים ביולוגיים קונבנציונליים עם צבעי רסנט ומלח גבוה. MD יכול לרכז את האמבטיה הצבע, המאפשרים לשימוש במים ופוטנציאל ההתאוששות של צבעים יקרים וכימיקלים יעילים.

עיבוד מזון ו Beverage

תעשיית המזון משתמשת בתהליכים ריכוזיים לייצור מיץ פירות ריכוז, חלב מתרכז, ולנהל שפכים פסולת. evaporation אמנה יכול לגוון טעם ורכיבים תזונתיים בשל טמפרטורות גבוהות. MD פועל בטמפרטורות קלות (40-60 מעלות צלזיוס), שמירה על ריחות תנומות רגישות חום וחומרים מזינים. לדוגמה, ענבים חייבים ומיץ עגבניות כבר מרוכזים בהצלחה באמצעות תשואות גבוהות של מים נקיים ומטהורמים, בנוסף לנקה, כמו גם ממין חלב, ניתן לאימון מים.

תרופות וביוטכנולוגיה

ייצור תרופות לעתים קרובות כרוך סלנטים אורגניים, דרישות מים טיהור גבוה, ושיקום מוצר יקר. MD יכול לשמש כדי להתרכז זרמי פסולת המכילים סמים או לשחזר מתערובת קפואה.תנאים המתיחה קלים למנוע השפלה תרמית של מרכיבים פעילים תרופות.ביוטכנולוגיה, מרקי תסיסה ניתן להתרכז לעיבוד הזרם, ו MD מציעה חלופה עדינה כדי evapation.

התעלמות מניהול הרחם

צמחי דפלנציה (גם מים ים RO ו תרמי) מייצרים זרם נרחב מרוכז כי בדרך כלל משוחרר בחזרה לתוך האוקיינוס, גרימת השפעות סביבתיות מקומיות. MD יכול עוד לרכז את הטון הזה, להפחית את נפחו ומאפשר אפס שחרור נוזלי (ZLD) האנרגיה עבור MD יכול להיות מסופק על ידי פסולת חום מן הצמח desalination עצמו או מאנרגיה סולארית, יצירת מערכת ניהול עצמי של שימור עצמי.

אתגרים ומגבלות

למרות הבטחתו, יש להתגבר על הזיקוקה של מנברן, לא השיגה עדיין אימוץ מסחרי נרחב של זרמי פסולת תעשייתיים.יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים וכלכליים.

מנברן מתפתל ו- Wetting

עייפות מתרחשת כאשר מוצקים, אורגנים, או ביופילים מצטברים על פני השטח membrane, הפחתת פלוקס וייתכן לשנות את הידרופוביות membrane. יותר ביקורתי, תרכובות מסוימות (למשל, גולשים, שמנים, ואלכוהול) יכול רטובים את חומצות הזמן או מחוסנים), גורם חדירה נוזלית ואובדן של דחייה.

Membrane Scaling

כאשר ריכוז פתרונות מעל גבולות solubility של מלחים כל כךלוליים (למשל, CaCO3, CaSO4, BaSO4, silica), דרוג מתרחשת על פני השטח membrane.זה בעייתי במיוחד בטיפול מים המיוצר שבו קשקשים הם בשפע. אסטרטגיות מייגציה כוללים צינורות חומצה או antiscalant dosing כדי לשמור על pH נמוך יותר או כדי לפלסב, כמו גם הוראות ניתוחי תיבות של מערכת תאורה מצופה.

חוסר יעילות ואובדן חום

נסיגה גדולה של MD, במיוחד ב DCMD, היא אובדן חום משמעותי על ידי התנהגות באמצעות membrane. זה להפחית את היעילות התרמית (יחס פלט מוגדל, GOR) לערכים בדרך כלל מתחת 0.5-0.8 עבור מודולים קטנים.עבור MD כדי להיות תחרותי מבחינה כלכלית, את קלט החום חייב להיות חופשי לחלוטין (חום פגום) או העיצוב חייב לשלב התאוששות חום (למשל, כפול, אם הוא עשוי להיות מחוסם, או חום) כדי לשפר את כמותוריד (חום) או חום (חום, או חום) או חום, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא מ-חום, אם הוא יעיל יותר, אם הוא עשוי להיות מטבולית, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם כי הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, עם זאת, אם הוא יעיל יותר, אם הוא יעיל יותר, אם הוא מופעל על ידי MDDapal חום סגסוגת חום) או חום (חום כפול, אם הוא מופעל על ידי MDD.

עלויות דוריות וממברבין

MD membranes בדרך כלל עשוי פוליטרהפלורורומולן (PTFE), פוליפרופילן (PP), או פוליווינילידיד פלואוריד (PVDF) בעוד חומרים אלה עמידים מבחינה כימית, הם יכולים לגרוע יותר זמן בשל רכיבה תרמית, oxidative התקפה, או רעיית יתרת.ה של MDmbranes המסחרי נשאר גבוה יותר מאשר זה של ROmbra על בסיס קבוע, כלומר, 000 לטווח ארוך, יכול להיות נמוך יותר, עם עלויות לטווח ארוך, עם לחץ, עם זאת, 000.

חוסר מערכות מחשוב גדולות

רוב מתקני MD עד כה הם בפיילוט או בקנה מידה תעשייתי קטן (למשל, 1-100 m3 / יום) ספקים מעטים מציעים מערכות מסובייק לטיפול 1000 m3 / יום או יותר.אתגר הגדל כרוך שמירה על הפצה אחידה של זרימה, בקרת טמפרטורה, ו צפיפות membrane אריזה. מהנדסים חייבים גם לטפל עלות ההון של בדיקות חום, משאבות, ציוד condens, למרות זאת, כמה חברות גדולות יותר, פיתוח.

פיתוחים אחרונים וכיוונים מחקר

מחקר מתמשך הוא לכווץ את המגבלות מפתח ולהרחיב את הפוטנציאל של MD.

אנטי-שנאה ואנטי-מברנס

טכניקות שינוי פני השטח כגון שכבת אטומית, אלקטרוספינינג, ו- nanoparticle ציפוי (למשל, silica ננו חלקיקים, גרפן תחמוצת) שימשו ליצירת משטחים או superhydrophobic כי מתנגדים הן חריפות אורגנית ונפיחות. Janus membranes עם שכבת הידרופיליקנית דק על הידרופובית הם גם להציג תמיכה חשמלית זהה מפני בדיקות מעבדה.

תהליכים היברידיים

שילוב של MD עם טכנולוגיות טיפול אחרות יכול לשפר את הביצועים.לדוגמה, יחידת MD שמוצבה לאחר RO נמוך מדכא או שלב nanofiltration יכול להתמודד עם הריין כי RO לא יכול לטפל, המאפשר ZLD. גישה היברידית נוספת היא להשתמש MD עבור אמוניה או תרכובת אורגנית תנודתית (VOC) הסרת, או כדי ליצור עם התגבש כדי לשחזר מלחים מוצק.

מערכות MD מבוססות

MD המופעל על ידי השמש (באמצעות אספנים שטוחים, צינורות מרופפים, או לוחות פוטו-וולטאיים-thermal-thermal) הוכח בקהילות מרוחקות ואתרים תעשייתיים מריד.מערכות של דאלינציה באמצעות MD מונע השמש נבדקו במזרח התיכון ובאוסטרליה. בדומה לכך, חום גיאותרמאל יכול לספק מקור טמפרטורה יציב עבור מערכות הפעלה מתחדשות כאלה, אשר תואמים עם מטרות קיימות ויכולים להפחית את ההסתמכות על דלקים.

Multi-Effect and Heat Recovery Configurations

כדי לשפר את היעילות התרמית, החוקרים בוחנים MD רב-שלבי שבו החום נדחה משלב אחד התאושש בשלב מאוחר יותר, אנלוגי להפחתה רב-אפקטית (MED) ערכי GOR גבוהים כמו 6 דווחו עבור מערכות מרובות-אפקטים מעבדה-אפקט AGMD. Vacuum-enhanced עיצובים וחידוש התאוששות חום פנימי (למשל, באמצעות permeate כדי לייעל את ה-Preheat) גם עבור עיצובים אנרגיה קונבנציונליים.

שיקולים כלכליים וסביבתיים

אימוץ של MD עבור ריכוז פסולת תעשייתית של פסולת תלוי עלות מים הכוללת (TWC) והשפעה סביבתית.בניתוח שנערך לאחרונה השוואת MD לדחיסה מכנית Vapor (MVC) לריכוז עצום, MD המופעל על ידי חום פסולת היה עלות מפלס מים מתחת 1.5 / m3, בעוד MVC בדרך כלל עולה 2–4 / m3 $, כאשר חום הפסולת אינו זמין, עלות של MD בחדות, אך העלות של עלויות ההון נמוכה יותר מאשר אפשרות נמוכה של MDera עשוי להיות נמוך יותר מ-חום, רק עם ממוצע נמוך יותר מ-חום, רק עם רמת סבירות נמוכה יותר מ-חום.

מנקודת מבט סביבתית, MD נמנע מבעיות השחרור של RO ואת פליטת הפחמן של מאביבים תרמיים כאשר לרוץ על חום פסולת.ההה המיוצר הוא באיכות גבוהה מאוד (מוליכים <10 μS / ס"מ), מתאים יישומים רבים לשימוש חוזר תעשייתי.בנוסף, MD מאפשר התאוששות משאבים, לתרום לכלכלה מעגלית.

תחזית עתיד

המסלול של מחקר השקיה של membrane ופיילוט מציע כי זה יהיה כלי חשוב לניהול מים תעשייתי בעשור הבא. כמו בקנה מידה ייצור membrane ותהליכים בשלים, הפחתות עלות יזרזו.התפתחויות בחומרים membrane יגברו על האתגרים הרטובים והטעימים כי כיום להגביל את פעולת לטווח ארוך.

עבור מהנדסים ומנהלי צמח להעריך טכנולוגיות ריכוז, השקיה ממוחנית מציעה שילוב ייחודי של ניתוח זמני נמוך, דחייה גבוהה, מודולריות, ואת היכולת לטפל זרמים כי הם מדי חבלה או משתנה עבור RO. בעוד עדיין לא פתרון Plug-and-play עבור כל זרמי הפסולת, MD מתקדם במהירות לקראת מוכנות מסחרית.

לסיכום, השקיה של membrane יש פוטנציאל משמעותי להתרכז זרמי פסולת תעשייתיים תוך שחזור מים ומשאבים יקר.המשך חדשנות בכימיה של membrane, עיצוב מודול, ושילוב מערכת יעזור להתגבר על מגבלות קיימות. עם מסגרות רגולטוריות תומך והדחף התעשייתי לעבר קיימות, MD הוא להיות אבן הפינה של ניהול פסולת תעשייתי בשנים הקרובות.