Endüstriyel atıklar sıklıkla değerli kaynaklar içerir - metaller, tuzlar, organik bileşikler ve temiz su - son kullanımdan önce iyileşmek veya konsantre olmak gerekir. Termal buharlaşma, ters osmosis ve kimyasal yağışlar genellikle enerji yoğun, ikincil atıklar üretir veya yüksek miktarda oksijen ile karşı karşıyayken, yüksek miktarda su çıkarmanın ardından, tekrarlayan bir atık azaltımının nasıl azaltılabilirliğini araştırır.

Membran Distillation Nedir?

Membran distillasyon, membranın sıvı suyun gözeneklere girmesini engelleyen karma bir termal işarettir, ancak yemden bir yanar, bir mikrogözlü hidrokarbon membranı, soğuk bir permeate (veya süpürücü gaz) diğer tarafta yaratılan ısı basıncın farkıdır.

Temel İşletim Prensibi

Süreç üç temel fenomene dayanıyor: (1) sıvı-vapor arayüzünde su buharı, (2) ısıtılması ile dolu bir yüzeyle birlikte, ısıtımı (Knudsen diffüzyon ve / veya vius akıtımı, normal basınçlara bağlı olarak), ve (3) soğuk basınçta oluşturulan membranın kendisi, ısıtıcı bir basınçtan uzak duramaz; buhar basıncı ve soğuk fazlar ile birlikte ısıtılır.

Common Membran Distillation Constructs

Literatürde dört ana konfigürasyon ve pilot ölçekde test edilmiştir:

  • [FONT=0)Direct İletişim Membran Distillation (DCMD): [Dönetici 1] Permeate tarafı, doğrudan membranla temas halinde olan soğuk bir sıvı akışıdır (genellikle saf su), laboratuvar çalışmalarında yaygın olarak kullanılan en basit konfigürasyondur, ancak membran aracılığıyla iletken ısı kaybı yüksektir.
  • [FONT:0) Hava Ayısı Distillation (AGMD): ) Bir stapati hava katmanı soğuk kondensasyon yüzeyinden membranı ayırıyor. Hava boşlukları iletken ısı kaybı azaltır ve daha yüksek ısı verimliliği sağlar, ancak aynı zamanda permeate flux. AGMD, yüksek oranda azaltılırken uygundur.
  • [FONT:0]Vacuum Membran Distillasyon (VMD): [DDDD: 1) Bir vakum pompası negatif baskı oluşturmak için permeate tarafına uygulanır, ki buhar basıncı farkı artırır ve florx'ı arttırır.
  • [FONT:0]Sweep Gas Membran Distillation (SGMD): [DDD: 1) Bir inert gaz (örneğin, hava veya azot) buharı taşımak için permeate tarafında akışlar, bu daha sonra dış bir ünitede konulmuş bir SGMD kesintiye uğratılır.

Her yapılandırma flux, termal verimlilik, konsantrasyon derecesi ve pratik uygulama arasında ticaret yapıyor. En uygun seçim, mevcut ısı kaynakları ve ürün gereksinimlerine bağlıdır.

Membran Distillation Avantajları

MD, geleneksel buharlaşma ve baskıya dayalı membran süreçleri üzerinde çeşitli farklı avantajlar sunar, özellikle endüstriyel atık akışları konsantre etmek için.

Enerji Verimliliği ve Low-Temperyatür Operasyon

MD, 40-60 °C kadar düşük yem sıcaklıklarında çalışabilir, bu da genellikle endüstriyel süreçlerden kurtarılabilir (örneğin, egzoz gazları, soğutma suyu veya kondensasyon), güneş termal koleksiyonerler veya jeotermal kaynaklar. Bu, birincil enerji talebini çok etkili bir şekilde azaltmıştır.

Seçici Ayrılık ve Yüksek Rejeksiyon

MD teorik olarak, çözülmemiş tuzlar, ağır metaller, mineraller ve organik makromoleküller dahil olmak üzere,% 99.9'u rutin olarak rapor edilirken, membranın bozulmamış ve gözeneklerin güvenilir bir şekilde tükenmesine izin verilir.Bu yüksek seçim, bitkide yeniden kullanılabilir olan su permeate üretimini sağlar.

Azaltılmış Kimyasal Ayak izi

Kimyasal yağış veya koagülasyon süreçlerinin aksine, MD, ayırma için kimyasalların eklenmesi gerektirmez. Bu, çamur üretimi ve kimyasal kullanım ile ilişkili ikincil atık akışlarını ortadan kaldırır.

Yüksek derecedenlık ve Komplek Besleme Akışları ile uyumluluk

Konvansiyonel RO, yaklaşık 70.000 mg/L toplam çözülmemiş sağlamları (TDS) çünkü osmotik baskı sınırlamaları nedeniyle salaktörler herhangi bir salınlığı idare edebilir, ancak enerji yoğun ve ölçeklendirmeye eğilimlidir.Bu, su ve gaz operasyonlarından tedavi edilmek için özellikle cazip hale getirir, böylece su tasarrufu ve atıkların ötesinde (örneğin) su tasarrufu sağlar.

modülerlik ve Scalability

Membran modülleri standart kartuş konfigürasyonlarında (spiral-wound, boş-fiber, düz-plan) üretilebilir ve paralel olarak modüller ekleyerek kolayca ölçeklenebilir. Bu modülerlik MD sistemlerinin dağıtılabilmesine olanak sağlar, küçük ölçekli uygulamalar da büyük merkezileştirilmiş bitkilerde. Düşük basınç gereksinimi de daha az pahalı boru ve konsüllerin kullanılabilir, genel sermaye harcamalarını azaltır.

Endüstride Uygulamaları

Gelişen bir araştırma ve pilot ölçekli gösteriler, su konsantrasyonu ve kaynak kurtarmanın kritik olduğu birkaç endüstri sektörü için uygulanabilir olduğunu göstermiştir.

Madencilik ve Mineral İşleme

Madencilik operasyonları, su ve kuyrukları için büyük miktarda salaklar üretiyor. MD bu brinesleri değerli metalleri geri almak için yoğunlaştırabilir (örneğin, lityum, uranyum, nadir dünya elementleri), temiz su üretmek için temiz su üretmek için, örneğin, lityum ekstraklar için yüksek miktarda su kullanır; MD genellikle yavaş ve iklime bağımlıdır.

Petrokimya ve Petrol & Gaz

Petrol ve gaz kuyularından gelen su, yüksek salınlığı, petrol ve yağ içeriği nedeniyle ünlü bir şekilde zorlu bir atık akışıdır ve çözünmüş organiklerin varlığıdır. Geleneksel tedavi yöntemleri de petrol, kimyasal yumuşatma ve derin-da enjeksiyonu içerir - ikincisi pahalı ve çevresel olarak tartışmalıdır.Tok, 200.000 mg/L TDS'yi aştı, stabil floravallara ve >99.9 tuz reddedilmesine olanak sağlar. Düşük sıcaklık işlemi de azalır.

Tekstil endüstrisi

Tekstil boyaları ve bitirme süreçleri, yüksek miktarda su tüketerek yüksek miktarda su tüketebilir ve yüksek miktarda pahalı boya ve yardımcı kimyasal olarak karmaşık effluentler. Konvansiyonel biyolojik tedavi, recalcitrant boyaları ve yüksek tuzlu seviyeleri ile mücadele eder. MD, su yeniden kullanımına ve potansiyel olarak pahalı boyaların ve yardımcı kimyasalların geri kazanılmasına izin verebilir. Birçok boyanın hacminin %80-90 oranında azaltılabileceğini göstermiştir.

Gıda ve İçecek İşleme

Gıda endüstrisi meyve suyu konsantre etmek için konsantrasyon süreçleri kullanır, süt konsantre aromalar ve besleyicileri yönetmek için, yüksek sıcaklıklar nedeniyle yüksek bir lezzetli tat ve beslenme bileşenleri kullanarak yüksek sıcaklıklara sahiptir. MD hafif sıcaklıklarda çalışır (40-60 °C), ısıya duyarlı uçucu aromalar ve besinleri korumak için. Örneğin, üzüm suyu MD kullanarak başarıyla konsantrelenmiş olmalıdır, yüksek miktarda su tasarrufu sağlar.

İlaç ve Biyoteknoloji

İlaç üretimi genellikle organik çözücüler, yüksek hacimli su gereksinimleri ve değerli ürün kurtarma içerir. MD, ilaç içeren atık akışlarını yoğunlaştırmak veya sıkıştırıcı karışımlardan çözücüleri kurtarmak için kullanılabilir. hafif çalışma koşulları, aktif farmasötik malzemelerin termal bozulmasını önler.In biotechnology, fermentasyon broths can be intense for downstream processing, and MD offers a nazik bir alternatif to vakumlama.

Desalination Brine Management

Desalinasyon bitkileri (hem deniz suyu RO ve termal) genellikle okyanusa geri deşarj, yerel çevresel etkilere neden olan yüksek çözünürlükte, hacmini azaltıp, sıfır sıvı deşarjı (ZLD) için enerji, erkanlama bitkisinden veya güneş enerjisinden kaynaklanan bir su akışı ile tedarik edilebilir, kendi kendine bağlı bir tun yönetim sistemi yaratabilmektedir. Birkaç ticari satıcısı şimdi bu piyasa için MD merkezli koncentratörler geliştiriyor.

Meydanlar ve Sınırlar

Sözcülüğe rağmen, membran distillation henüz endüstriyel atık akışları için yaygın bir ticari kabul elde etmedi. Çeşitli teknik ve ekonomik engeller üstesinden gelmelidir.

Membran Fouling ve Wetting

Fouling, sağlamlar, organiklar veya biyofilmler membran yüzeyinde bir araya geldiğinde, flux'i azaltır ve potansiyel olarak membran hidrofobikliği değiştirir.Daha eleştirel, bazı bileşikler (örneğin, sörfçüler, yağlar ve alkoller) membranı temizleyebilir, sıvı aşılama ve tuz reddedilmesine neden olur.Bir kez bir pore ıslak deterjan veya temizleme ilerleyebilir, tüm modülleri gider. Araştırmacılar yüzeyleri fluorinated malzemeler veya aşılar ile kaplamak ile kaplamak için yüzeyleri geliştirirler.

Membran Scaling

Solun üzerindeki çözümlerin, sönüllülerin belirginleştirilmesinin sınırlarını yoğunlaştırdığı zaman, CaCO3, CaSO4, BaSO4, silik), membran yüzeyindeki ölçeklendirmeler ve özellikle de kimyasal temizlik veya önleyici önlemleri korumak için yapılan su tedavisi için sorun.

Termal Verimliliği ve Heat Kayıp

MD'nin özellikle DCMD'de büyük bir dezavantajı, membran aracılığıyla iletim yoluyla önemli ısı kaybıdır. Bu, ısı verimliliği azaltır (yalnızca 0,5-0.8-'in altında değerler için değerler için, MD'nin ekonomik olarak rekabetçi olması için, ısı girişinin aslında çok etkili olması gerekir.) Prenses modülü tasarımları (örneğin, düşük maliyetli, çok katmanlı vakumlu uygulamalar veya katlanma uygulamaları azaltılabilir.

Durability ve Membran Maliyetleri

MD membranları genellikle politetrafloropi (PTFE), polivinylidene fluoride (PVDF) ile yapılırken, daha düşük çalışma basıncı, termal bisiklet, oxidatif saldırı nedeniyle zaman boyunca bozulabilir veya fouling. Ticari MD membranların maliyeti, periyodik bir fluorideden daha yüksek kalabilir (PVDFDF) ancak daha düşük işletme basıncı, daha basit ve daha ucuz modül konutlar kullanılabilir. Üretim hacmi arttıkça, membran maliyetlerin azaltılması bekleniyor.

Standartlaştırılmış Büyük Sistem Eksikliği

Bugüne kadar MD tesisatları pilot veya küçük endüstriyel ölçekdedir (örneğin, 1-100 m3/gün) Birkaç satıcı, birkaç şirket (örneğin, Aquastill, Memdist, SolarSpring) aktif olarak daha büyük modüller geliştirmeli ve membran paketleme yoğunlukları ile ilgili testlere ihtiyaç duymaktadır.

Son gelişmeler ve Araştırma Yolları

Devam eden araştırmalar, MD'nin potansiyelini genişleterek anahtar sınırlamaları ele alıyor.

Gelişmiş AntiFouling ve Anti-Wetting Membran-

Atom tabakasının ayrıştırılması, elektrospinning ve nanopartikül kaplama (örneğin, silik nano-partiküller, grafikene oksit) gibi yüzey modifikasyon teknikleri, hem organik fouling hem de pore ile direnen çok sayıdan oluşan aşırı sağlanmış yüzeysel yüzeyler oluşturmak için kullanılmıştır.

Hybrid Processes

Diğer tedavi teknolojileri ile MD'yi birleştirmek performans artırabilir. Örneğin, düşük basınçlı RO veya nanotüptüre sonrası yerleştirilen bir MD ünitesi, RO'nin tedavi edemeyeceği brine veya ileri oxidasyon, MD amonyak veya uçucu organik bileşikler için kullanılmasına olanak tanır. (VOC) geri çekilmek için kristalizasyon ile bunu yapmak için.

Yenilenebilir Enerjili MD Sistemleri

Güneşli MD (dörtlü plaka koleksiyoncuları, tahliye edilmiş tüpler veya fotovoltaik-termal paneller) uzaktan topluluklarda ve kapalı-grid endüstriyel sitelerde gösterildi. Güneşe dayalı MD kullanan sistemler Orta Doğu ve Avustralya'da test edildi. Benzer şekilde, jeotermal ısı, MD için istikrarlı bir sıcaklık kaynağı sağlayabilir ve kurumsal sürdürülebilirlik hedefleri ile uyumlu sistemlere güvenebilir ve fosil yakıtlara güvenebilir.

Çok etkili ve ısı kurtarma yapılandırmaları

Termal verimliliği geliştirmek için, araştırmacılar bir aşamadan reddedilen ısının bir sonraki aşamada geri kazanıldığı multi-aktif distillasyon (MED) GOR değerlerinin 6'sı kadar yüksek oranda AGMD sistemleri için rapor edildiği gibi araştırılır. Vakum kaynaklı tasarımlar ve yeni iç ısı kurtarma (örneğin, beslemenin aşırı ısınmasına yönelik akışları kullanarak) ayrıca MDT'ye de söz veriyor.

Ekonomik ve Çevresel Bakışlar

MD'nin endüstriyel atık toplama için kabul edilmesi, 1.5 / 4 $ 'ın altında su maliyetine bağlıdır, ancak MVC'nin yüksek oranda artmasıyla birlikte, MD'nin düşük ısı kullanımı nedeniyle sadece 2-4/m3'e bağlıdır.

Çevre perspektifinden MD, RO'nin ve karbon emisyonlarının ısıtıldığı zaman, regülatörler ve şirket ESG (environmental, sosyal ve yönetişim) girişimleriyle daha değerli hale getirilmesini sağlar.

Future Outlook

Membranın distillasyon araştırma ve pilotlama yörüngesi, önümüzdeki on yıl içinde endüstriyel su yönetimi için önemli bir araç olacağını gösteriyor.Süre üretim ölçekleri ve süreçler olgun olarak, maliyet azaltımılar MD'nin yenilenebilir enerji ve atık ısı ağları ile birlikte, endüstri süreçlerini sınırlayan küresel çabalarla uyum sağlayacağını gösteriyor.

Mühendisler ve fabrika yöneticileri konsantrasyon teknolojilerini değerlendiriyor, membran distillasyon, düşük sıcaklık operasyonunun eşsiz bir kombinasyonunu sunuyor, yüksek reddedilme, modülerlik ve RO için çok salin veya değişken olan akışları tedavi etme yeteneği zaten hızla ilerliyor.

Özet olarak, membran distillasyon, önümüzdeki yıllarda endüstriyel atık akışlarını yoğunlaştırırken endüstriyel atık akışları yoğunlaştırmak için önemli bir potansiyele sahiptir. membran kimyasında inovasyon, modül tasarımı ve sistem entegrasyonu mevcut sınırlamaları aşmaya yardımcı olacaktır. destekleyici düzenleyici çerçeveler ve endüstriyel sürücüye doğru sürdürülebilirlik ile MD önümüzdeki yıllarda endüstriyel atık su yönetimi temel haline gelmek için hazırlanmaktadır.