CZ29426U1 - Device for concentration of solutes by pressure membrane processes - Google Patents

Device for concentration of solutes by pressure membrane processes Download PDF

Info

Publication number
CZ29426U1
CZ29426U1 CZ2016-32167U CZ201632167U CZ29426U1 CZ 29426 U1 CZ29426 U1 CZ 29426U1 CZ 201632167 U CZ201632167 U CZ 201632167U CZ 29426 U1 CZ29426 U1 CZ 29426U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
aqueous solution
membrane
cell
retentate
manometer
Prior art date
Application number
CZ2016-32167U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Michal Bittner
Ondřej Škorvan
Original Assignee
Masarykova Univerzita
Asio, Spol.S R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Masarykova Univerzita, Asio, Spol.S R.O. filed Critical Masarykova Univerzita
Priority to CZ2016-32167U priority Critical patent/CZ29426U1/en
Publication of CZ29426U1 publication Critical patent/CZ29426U1/en

Links

Description

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Tlakové membránové procesy jsou využívány v řadě průmyslových aplikací, úpravě vody a čištění odpadních vod. Používané metody lze rozdělit dle velikostí pórů použitých membrán na mikrofiltraci, ultrafiltraci, nanofiltraci a reverzní osmózu, přičemž poslední zmíněný proces využívá tzv. neporézních membrán, kde se uplatňuje především difúze.Pressure membrane processes are used in a variety of industrial applications, water treatment and wastewater treatment. The methods used can be divided according to the pore size of the membranes used for microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis, the latter process using so-called non-porous membranes, where diffusion is applied.

U mikrofiltrace a ultrafiltrace probíhá separace částic tzv. sítovým efektem, kdy částice větší než pór membrány je zadržena a menší skrz membránu prochází. Používají se např. v potravinářství ke stabilizaci nápojů, úpravě syrovátky, ve farmacii ke studené sterilizaci, k výrobě pitné vody a její hygienizaci a v membránových bioreaktorech k separaci biomasy.In microfiltration and ultrafiltration, particle separation takes place by the so-called sieve effect, where particles larger than the membrane pore are retained and smaller particles pass through the membrane. They are used, for example, in the food industry for stabilization of beverages, whey treatment, in pharmacy for cold sterilization, for production of drinking water and its sanitation and in membrane bioreactors for biomass separation.

Nanofiltrace kombinuje sítový efekt s difúzí rozpouštědla přes membránu a ve výsledku jsou zadržovány organické látky a obvykle vícemocné ionty. Tato vlastnost se využívá především pro změkčování vody, odstraňování pesticidů při výrobě pitné vody, čištění skládkových výluhů, čištění odpadních vod z organických syntéz a např. pro odsolování barviv po diazotaci.Nanofiltration combines the sieve effect with solvent diffusion across the membrane and as a result organic substances and usually polyvalent ions are retained. This feature is mainly used for water softening, pesticide removal in drinking water production, landfill leachate cleaning, waste water purification from organic synthesis and eg for desalination of dyes after diazotation.

Osmóza je typ pasivního transportu, při kterém přestupuje rozpouštědlo přes polopropustnou membránu z prostoru s méně koncentrovaným roztokem osmoticky aktivních látek do prostoru s více koncentrovaným roztokem osmoticky aktivních látek. Polopropustná membrána je propustná pro rozpouštědlo a nepropustná nebo omezeně propustná pro rozpuštěné látky. Rychlost průchodu rozpouštědla osmotickou membránou určuje rozdíl osmotických tlaků na obou stranách polopropustné membrány.Osmosis is a type of passive transport in which the solvent passes through a semipermeable membrane from a space with a less concentrated solution of osmotically active substances to a space with a more concentrated solution of osmotically active substances. The semipermeable membrane is permeable to solvent and impermeable or limited permeability to solutes. The rate of passage of the solvent through the osmotic membrane determines the difference in osmotic pressures on both sides of the semipermeable membrane.

Reverzní osmóza je proces, kdy se na straně s vyšší koncentrací osmoticky aktivních látek aplikuje tlak vyšší, než je osmotický tlak systému, a dojde k opačnému jevu - přestupu rozpouštědla přes polopropustnou membránu a zakoncentrování rozpuštěných látek.Reverse osmosis is a process where, on the side with a higher concentration of osmotically active substances, a pressure higher than the osmotic pressure of the system is applied, and the reverse effect occurs - solvent transfer across the semipermeable membrane and concentration of solutes.

Reverzní osmóza se využívá především při čištění a odsolování vody, přípravě demineralizované vody a v průmyslu pro výrobu ultračisté vody v kombinaci s ionexovými technologiemi, případně elektrodeionizací, přípravu technologických a oplachových vod a roztoků a zakoncentrovávání produktů, například javorového nebo březového sirupu, ovocných šťáv, či mléčných produktů.Reverse osmosis is mainly used in water purification and desalination, in demineralized water preparation and in the ultra-pure water industry in combination with ion exchange technologies, or electrodeionization, preparation of process and rinse waters and solutions, and concentration of products such as maple or birch syrup, fruit juices, or dairy products.

Používané systémy pro membránové metody jsou obvykle z materiálů vyhovujících příslušným hygienickým normám, v závislosti na účelu použití permeátu či retentátu, ale nejsou vhodné pro analytické účely. Jsou využívány především spirálně vinuté moduly s velkou plochou membrány v crossflow režimu filtrace.The systems used for the membrane methods are usually made of materials complying with the appropriate hygiene standards, depending on the intended use of the permeate or retentate, but are not suitable for analytical purposes. Especially spiral wound modules with large membrane area in crossflow filtration mode are used.

Na výstupu z membránového procesu je pak permeát, tj. rozpouštědlo, které přestoupilo přes membránu, a retentát, což je koncentrát solutů.At the outlet of the membrane process there is then a permeate, i.e. a solvent that has passed through the membrane, and a retentate, which is a solute concentrate.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Předkládané technické řešení poskytuje zařízení využívající princip tlakové membránové filtrace, vhodné zejména pro zakoncentrování solutů (rozpuštěných či koloidních látek) ve vodném roztoku, např. vzorku pro následnou environmentální analýzu, aniž by při zakoncentrování byl změněn charakter vzorku nebo byl vzorek kontaminován či změněn kontaktem s materiálem zařízení.The present technical solution provides a device using the principle of pressure membrane filtration, especially suitable for concentrating solutes (solutes or colloids) in an aqueous solution, eg a sample for subsequent environmental analysis, without changing the character of the sample or contaminating or changing the sample material equipment.

Zařízení podle předkládaného technického řešení obsahuje vstup vodného roztoku s čerpadlem zajišťujícím potřebný tlak v systému, trubice pro vedení vodného roztoku od čerpadla ústící do cely z inertního materiálu, v níž je vyměnitelně uchycena desková membrána, a cela je opatřena výstupem pro permeát a výstupem pro retentát, přičemž před vstupem do cely je umístěn první manometr, a na výstupu pro retentát z cely je uspořádán druhý manometr, za nímž následuje výstup pro retentát ze zařízení.The apparatus according to the present invention comprises an aqueous solution inlet with a pump providing the necessary pressure in the system, a tube for conducting aqueous solution from the pump to an inert material cell in which the plate membrane is interchangeably attached, and the cell is provided with permeate outlet and retentate outlet wherein a first manometer is located before the cell entry and a second manometer is provided at the cell retentate outlet followed by a retentate outlet from the device.

-1 CZ 29426 Ul-1 CZ 29426 Ul

Výstup retentátu může být v jednom provedení veden zpět ke vstupu vodného roztoku, pro vícenásobný membránový proces.The retentate outlet may, in one embodiment, be recycled to the aqueous solution inlet for a multiple membrane process.

V jednom provedení je za druhým manometrem, popřípadě v odvětvení či bypassu za druhým manometrem, umístěn průtokoměr.In one embodiment, a flowmeter is provided downstream of the second manometer, optionally in a branch or bypass after the second manometer.

Tlak v systému je s výhodou regulován jehlovým ventilem.The system pressure is preferably regulated by a needle valve.

Inertním materiálem cely může být například teflon (polytetrafluorethylen) nebo nerezová ocel.The inert cell material may be, for example, teflon (polytetrafluoroethylene) or stainless steel.

Trubice pro vedení vodného roztoku a retentátu jsou rovněž z inertního materiálu, například z teflonu.The tubes for conducting the aqueous solution and the retentate are also made of an inert material, for example Teflon.

Desková membrána může být vybrána z papírového filtru a membrán pro mikrofiltraci, ultrafiltraci, nanofiltraci a reverzní osmózu. Deskovou membránou, zejména pro reverzní osmózu, může být například polyamidová membrána, s výhodou ošetřená vodným roztokem ethanolu nebo isopropanolu.The plate membrane may be selected from a paper filter and membranes for microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, and reverse osmosis. The plate membrane, especially for reverse osmosis, can be, for example, a polyamide membrane, preferably treated with an aqueous solution of ethanol or isopropanol.

Průtokoměrem může být například plovákový, ultrazvukový nebo lopatkový průtokoměr.For example, the flow meter may be a float, ultrasonic or paddle flow meter.

Čerpadlem je s výhodou zubové čerpadlo. Při použití zubového čerpadla není potřeba instalovat tlumič rázů, je dobře regulovatelné a má lineární charakteristiku.The pump is preferably a gear pump. When using a gear pump, there is no need to install a shock absorber, it is well adjustable and has a linear characteristic.

Před vstupem vodného roztoku do cely může být odvětven bypass s průtokem ovládaným ventilem, vedený zpět ke vstupu vodného roztoku.Before the aqueous solution enters the cell, a bypass with a flow-controlled valve may be branched back to the aqueous solution inlet.

Ve výhodném provedení jsou všechny součásti zařízení určené pro kontakt se vstupujícím vodným roztokem a retentátem vyrobené z teflonu nebo nerezové oceli, s výjimkou deskové membrány a popřípadě i s výjimkou průtokoměru.In a preferred embodiment, all the components of the device intended to contact the incoming aqueous solution and the retentate are made of Teflon or stainless steel, with the exception of the plate membrane and optionally with the exception of the flow meter.

Zařízení podle předkládaného technického řešení je upraveno tak, že umožňuje využívat pro membránové tlakové procesy deskové membrány, které jsou snadno vyměnitelné a které lze snadno upravit podle požadavků konkrétního procesu. Dále navrhované zařízení dobře odolává tlakům potřebným pro tyto membránové procesy, včetně tlaků potřebných pro reverzní osmózu, a umožňuje přesně řídit tlak a průtok vodného roztoku v systému. Lze jej sestavit ve velmi kompaktní formě vhodné pro využití v laboratorním měřítku. Inertní materiály brání kontaminaci vstupujícího roztoku a retentátu, což dovoluje použití zařízení pro koncentraci vzorku pro velmi citlivé metody, stejně jako koncentrace velmi zředěných vzorků.The device according to the present invention is adapted to make it possible to use plate membranes for membrane pressure processes which are easily replaceable and which can be easily adapted to the requirements of a particular process. Furthermore, the proposed device resists well the pressures required for these membrane processes, including those required for reverse osmosis, and allows precise control of the pressure and flow rate of the aqueous solution in the system. It can be assembled in a very compact form suitable for use on a laboratory scale. The inert materials prevent contamination of the incoming solution and retentate, allowing the use of sample concentration devices for very sensitive methods as well as the concentration of highly diluted samples.

Objasnění výkresuClarification of the drawing

Obr. 1 a 2 schematicky znázorňují zařízení pro tlakové membránové procesy popsaná v příkladu provedení.Giant. 1 and 2 schematically show the devices for the pressure membrane processes described in the exemplary embodiment.

Příklad uskutečnění technického řešeníExample of technical solution implementation

Zařízení pro tlakové membránové procesy schematicky znázorněné na obr. 1 obsahuje nádrž 1 vodného vzorku, z níž vodný vzorek vstupuje do systému. Systém obsahuje zubové čerpadlo 2 Verder VGS120 (VERDER s. r. o., ČR) řízené frekvenčním měničem OptiDrive 0,75 kW, dále teflonové trubice pro vedení vodného vzorku od čerpadla 2 ústící do teflonové 4 CF042 Crossflow Cell Assembly (Sterlitech Corporation, WA, USA), v níž je vyměnitelně uchycena desková membrána. Cela 4 je opatřena výstupem pro permeát vedoucím do nádrže 9 pro permeát a výstupem pro retentát, přičemž před vstupem do cely 4 je uspořádán první manometr 3, a na výstupu pro retentát z cely je uspořádán druhý manometr 5, a od druhého manometru 5 je vedena teflonová trubice pro vedení retentátu do plovákového průtokoměru 7 přes manuální jehlový ventil 6 pro regulaci tlaku v systému. Za druhým manometrem 5 následuje výstup pro retentát ze zařízení, vedený zpět do nádrže L Před vstupem vodného vzorku do cely 4 je odvětven bypass s manuálním kulovým ventilem 8 vedený zpět do nádrže 1..The pressurized membrane process apparatus schematically shown in Fig. 1 comprises an aqueous sample tank 1 from which the aqueous sample enters the system. The system includes a Verder VGS120 gear pump (VERDER sro, Czech Republic) controlled by an OptiDrive 0.75 kW frequency converter, as well as teflon tubes for conducting a water sample from pump 2 to a teflon 4 CF042 Crossflow Cell Assembly (Sterlitech Corporation, WA, USA). with a removable plate membrane. The cell 4 is provided with a permeate outlet leading to the permeate tank 9 and a retentate outlet, wherein a first manometer 3 is provided prior to the cell entry 4, and a second manometer 5 is provided at the cell retentate outlet, and is guided from the second manometer 5 a Teflon tube for guiding the retentate to the float flow meter 7 via a manual needle valve 6 to control the pressure in the system. The second pressure gauge 5 is followed by a retentate outlet from the device, led back to the tank L Before the water sample enters the cell 4, a bypass with a manual ball valve 8 is led back to the tank 1.

Na obr. 2 je schematicky znázorněno zařízení, které se od zařízení na obr. 1 odlišuje tím, že výstup retentátu je veden do nádrže 10 retentátu, oddělené od nádrže I vodného vzorku.Fig. 2 schematically illustrates a device which differs from the device of Fig. 1 in that the retentate outlet is directed to a retentate tank 10 separated from the aqueous sample tank I.

-2CZ 29426 UI-2GB 29426 UI

Funkčnost takto sestaveného zařízení byla otestována za použití polyamidové deskové membrány Dow Filmtec BW30LE (The Dow Chemical Company, USA) vhodné pro reverzní osmózu, a destilované vody. Sledovaným parametrem byl tok permeátu přes membránu, proměnnými pak byly tlak a průtok vstupní vody. Testované tlaky na membráně byly v rozsahu 4 až 10 bar (0,4 až 1 MPa), průtoky vstupní vody byly testovány na úrovni 25 a 50 lh'1.The functionality of this assembly was tested using a Dow Filmtec BW30LE polyamide plate membrane (The Dow Chemical Company, USA) suitable for reverse osmosis, and distilled water. The monitored parameter was the permeate flow through the membrane, the variables being the pressure and flow rate of the incoming water. The membrane pressures tested were in the range of 4 to 10 bar (0.4 to 1 MPa), the inlet water flow rates were tested at 25 and 50 lh -1 .

Při aktivní ploše membrány 42 cm2 byl aktuální průtok permeátu při 10 bar (1 MPa) a průtoku vstupní vody 25 lh'1 0,18 lh'1, tedy 43,9 l h'lm'2. Jednotkovou rychlost toku permeátu však lze zrychlit vhodnou úpravou membrány, např. ošetřením 50 % (v/v) roztokem ethanolu. Účinnost toku přes takto ošetřenou membránu vzrostla průměrně o 5,4 lh^m'2, nezávisle na testovaném tlaku.With an active membrane area of 42 cm 2 , the actual permeate flow at 10 bar (1 MPa) and the inlet water flow rate was 25 lh -1 of 0.18 lh -1 , or 43.9 l h -1 l m -2 . However, the unit permeate flow rate can be accelerated by suitably treating the membrane, for example by treating with a 50% (v / v) ethanol solution. The flow efficiency across the treated membrane increased by an average of 5.4 liters / m 2 independent of the pressure tested.

Souhrnné charakterizování účinnosti zařízení s membránou upravenou 50 % EtOH:Collective characterization of equipment efficiency with 50% EtOH membrane:

1) Při průtoku vstupní vody 25 l h'1 a při tlaku 4 bar (0,4 MPa) byl tok přes membránu1) At an inlet water flow rate of 25 l h -1 and a pressure of 4 bar (0.4 MPa), the flow was through the membrane

19.8 l h''m'2, a ten se zvyšoval na 48,7 l h^m'2 při 10 bar (1 MPa) a stejném průtoku 25 l h'1.19.8 l h''m '2, and it increased to 48.7 H ^ m' 2 at 10 bar (1 MPa) and the same flow rate 25 l h 'first

2) Při průtoku vstupní vody 50 lh'1 a při tlaku 4 bar (0,4 MPa) byl tok přes membránu2) At an inlet water flow of 50 lh -1 and at a pressure of 4 bar (0.4 MPa), the flow was through the membrane

13.8 llúm'2, a ten se zvyšoval na 40,8 l h^m'2 při 10 bar (1 MPa) a stejném průtoku 50 l h'1.13.8 lm- 2 , and this increased to 40.8 lh-m- 2 at 10 bar (1 MPa) and the same flow rate of 50 l-h- 1 .

Claims (10)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Zařízení pro koncentraci solutů tlakovými membránovými procesy, vyznačené tím, že obsahuje vstup vodného roztoku s čerpadlem (2), trubici pro vedení vodného roztoku od čerpadla ústící do cely (4) z inertního materiálu, v níž je vyměnitelně uchycena desková membrána, a cela (4) je opatřena výstupem pro permeát a výstupem pro retentát, přičemž před vstupem do cely (4) je uspořádán první manometr (3), a na výstupu pro retentát z cely (4) je uspořádán druhý manometr (5), za nímž následuje výstup pro retentát ze zařízení.Apparatus for concentrating solutes by pressure membrane processes, characterized in that it comprises an aqueous solution inlet with a pump (2), a tube for conducting the aqueous solution from the pump to the cell (4) of inert material in which the plate membrane is interchangeable; the cell (4) is provided with a permeate outlet and a retentate outlet, wherein a first manometer (3) is provided before the cell entrance (4), and a second manometer (5) is provided at the retentate outlet from the cell (4), followed by retentate output from the device. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že inertním materiálem cely (4) je teflon nebo nerezová ocel.Device according to claim 1, characterized in that the inert material of the cell (4) is teflon or stainless steel. 3. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že trubice pro vedení vodného roztoku a retentátu jsou z teflonu.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the tubes for conducting the aqueous solution and the retentate are made of Teflon. 4. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že desková membrána je vybrána z papírového filtru a membrán pro mikrofiltraci, ultrafiltraci, nanofiltraci a reverzní osmózu.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the plate membrane is selected from a paper filter and membranes for microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že deskovou membránou je polyamidová membrána, s výhodou ošetřená vodným roztokem ethanolu nebo isopropanolu.Device according to claim 4, characterized in that the plate membrane is a polyamide membrane, preferably treated with an aqueous solution of ethanol or isopropanol. 6. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že čerpadlem (2) je zubové čerpadlo.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the pump (2) is a gear pump. 7. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že dále obsahuje jehlový ventil (6) pro regulaci tlaku v systému.Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a needle valve (6) for regulating the pressure in the system. 8. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že před vstupem vodného roztoku do cely je odvětven bypass s průtokem ovládaným ventilem (8), vedený zpět ke vstupu vodného roztoku do zařízení.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that before the aqueous solution enters the cell, a bypass with a flow-controlled valve (8) is branched back to the aqueous solution inlet. 9. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že za druhým manometrem (5), popřípadě v odvětvení či bypassu za druhým manometrem (5), je umístěn průtokoměr (7).Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a flowmeter (7) is arranged downstream of the second manometer (5), optionally in a branch or bypass after the second manometer (5). -3CZ 29426 U1-3GB 29426 U1 10. Zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačené tím, že výstup retentátu je veden zpět ke vstupu vodného roztoku.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the retentate outlet is led back to the aqueous solution inlet.
CZ2016-32167U 2016-03-07 2016-03-07 Device for concentration of solutes by pressure membrane processes CZ29426U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-32167U CZ29426U1 (en) 2016-03-07 2016-03-07 Device for concentration of solutes by pressure membrane processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-32167U CZ29426U1 (en) 2016-03-07 2016-03-07 Device for concentration of solutes by pressure membrane processes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ29426U1 true CZ29426U1 (en) 2016-05-09

Family

ID=56020091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-32167U CZ29426U1 (en) 2016-03-07 2016-03-07 Device for concentration of solutes by pressure membrane processes

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ29426U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wenten Reverse osmosis applications: Prospect and challenges
US11267740B2 (en) Membrane filtration apparatus and process for reuse of industrial wastewater
Paraskeva et al. Membrane processing for olive mill wastewater fractionation
US8029671B2 (en) Combined membrane-distillation-forward-osmosis systems and methods of use
US8940167B2 (en) Spiral wound filter assembly
Criscuoli et al. Vacuum membrane distillation for purifying waters containing arsenic
Cornelissen et al. Effect of minimal pre-treatment on reverse osmosis using surface water as a source
JP2010528842A (en) Liquid purification system using medium pressure membrane
US10800676B2 (en) Method for treating water containing low-molecular-weight organic substance
Gullinkala et al. Desalination: reverse osmosis and membrane distillation
Bellona Nanofiltration–theory and application
CZ29426U1 (en) Device for concentration of solutes by pressure membrane processes
Cassano et al. Membranes for industrial microfiltration and ultrafiltration
AU2008200413A1 (en) Water treatment process
Park et al. Effect of water-back-flushing time and period in advanced water treatment system by ceramic microfiltration
CN206810073U (en) A kind of disc tube reverse osmosis (dt-ro) water treatment facilities
NL1028484C2 (en) Treating a wastewater stream from a bioreactor comprises immersing a membrane filtration unit in the wastewater stream
KR101649741B1 (en) an apparatus for concentrating sap
Sharma Membrane filtration
Saha et al. Purification of Humic acids contained simulated wastewater using membrane ultrafiltration
US20230035831A1 (en) Hollow fiber membrane systems and methods
Athawale et al. Optimization of Treatment of Cleaning In Place Waste from Dairy Industry Using Membrane for Recovery of Caustic Soda and Acid
Parmar Theoretical Approach behind Membrane Processing Techniques
Chen et al. Membrane Treatment: Operators Need to Understand Critical Concepts
Macedo et al. Membrane applications for lactose recovering

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20160509

ND1K First or second extension of term of utility model

Effective date: 20200217

MK1K Utility model expired

Effective date: 20230307