Removal of xenoestrogens from water during reverse osmosis and nanofiltration - effect of selected phenomena on separation of organic micropollutants

• Autorzy: Dudziak M. , Bodzek M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Reverse osmosis and nanofiltration are membrane separation processes used to remove low - molecular weight organic micropoilutants from water. Investigations in this field focus on the effect of unfavourable phenomena concomitant with membrane filtration, such as adsorption, fouling and concentration polarization on membrane separation of removed organic micropoilutants. This study investigated the effect of adsorption and concentration polarization on the removal of four xenoestrogenic compounds i.e. 4 - tert - octylphenol, 4 - nonylphenol, bisphenol A and bisphenol F. Furthermore, a reservoir of micropoilutants adsorbed on the membrane surface was desorbed. Reverse osmosis yielded much better results in xenoestrogens removal compared to nanofiltration carried out for comparative reasons. However, the osmotic membrane showed high sorptive properties towards the xenoestrogens. The fundamental feature of adsorption is the formation of hydrogen bridges between membrane polymer and a compound being removed, and the process itself is reversible. The desorption of adsorbed micropoilutants involved nitration of an electrolyte solution of pH > pKα of the compound. It has been found that concentration polarization brings about a decrease in xenoestrogens retention during reverse osmosis. For nanofiltration at similar filtration conditions, retention of micropoilutants increased probably due to the mixed separation mechanism in the process i.e. sieve mechanism with accompanying concentration polarization and fouling.

PL

Odwrócona osmoza i nanofiltracja to procesy separacji membranowej stosowane do usuwania małocząsteczkowych mikrozanieczyszczeń organicznych z wody. Prowadzone badania w tym zakresie związane są z określeniem wpływu zjawisk niekorzystnych towarzyszących filtracji membranowej takich jak adsorpcja, fouling oraz polaryzacja stężeniowa na separację membranową usuwanych związków organicznych. W pracy badano wpływ zjawiska adsorpcji i polaryzacji stężeniowej na usuwanie czterech związków z grupy ksenoestrogenów tj. 4 - tert - oktylofenol, 4 - nonylofenol, bisfenol A i bisfenol F. Dokonano także próby desorpcji rezerwuaru zaadsorbowanych mikrozanieczyszczeń z powierzchni membrany. Znacznie wyższe usunięcie ksenoestrogenów uzyskano, w procesie odwróconej osmozy w stosunku do badanej porównawczo nanofiltracji. Jednakże, membrana osmotyczna wykazała wysoką zdolność sorpcyjną, w stosunku do badanych ksenoestrogenów. U podstaw zjawiska adsorpcji leży tworzenie mostków wodorowych pomiędzy polimerem membrany a usuwanym związkiem, a sam proces ma charakter odwracalny. Desorpcji zaadsorbowanego ładunku mikrozanieczyszczeń organicznych dokonano filtrując roztwór elektrolitu o pH > Kα związku. Wykazano, że zjawisko polaryzacji stężeniowej powoduje obniżenie retencji ksenoestrogenów, w procesie odwróconej osmozy. W przypadku nanofiltracji, dla zbliżonych warunków filtracji, retencja mikrozanieczyszczeń rosła prawdopodobnie z uwagi na mieszany mechanizm separacji w tym procesie tj. mechanizm sitowy przy współudziale zjawiska polaryzacji stężeniowej i foulingu.

Słowa kluczowe

EN

xenoestrogens; membrane processes; water; adsorption; concentration polarization; fouling

PL

ksenoestrogeny; procesy membranowe; woda; adsorpcja; polaryzacja stężeniowa; fouling

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 1, no. 3
• Strony: 95--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Dudziak M.

autor

Bodzek M.

• Faculty of Energy and Environmental Engineering, The Silesian University of Technology, Konarskiego 18, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Commission of the European Communities (2001) The implementation of the Community strategy for endocrine dirupters: A range of substances suspected of interfering with the hormone systems of humans and wildlife, COM [1999], 706, 45
• [2] Bellona Ch., Drewes J. E., Xu P., Amy C; (2004) Factors affecting the rejection of organic solutes during NF/RO treatment - a literature review, Water Research, 38, 2795-2809
• [3] Kiso Y, Nishimura Y, Kitao T., Nishimura K.; (2000) Rejection properties of non - phenylic pesticides with nanofiltration membranes, Journal of Membrane Science, 171, 229-237
• [4] Chang S., Walte T. A, Schäfer A. L, Fane A. G.; (2002) Adsorption of trace steroid estrogens to hydrophobic hollow fibre membranes, Desalination, 146, 381-386
• [5] Comerton A. M., Andrews R. C, Bagley D. M., Yang P.; (2007) Membrane adsorption of endocrine disrupting compounds and pharmaceutically active compounds, Journal of Membrane Science, 303, 267-277
• [6J Kimura K., Amy G, Drewes J., Watanahe Y.; (2003) Adsorption of hydrophobic compounds onto NF/RO membranes: an artifact leading to overestimation of rejection, Journal of Membrane Science, 221, 89-101
• [7] Yoon Y, Westerhoff P., Snyder Sh. A., Wert E. C; (2006) Nanofiltration and ultrafiltration of endocrine disrupting compounds, pharmaceuticals and personal care products, Journal of Membrane Science, 270, 88-100
• [8] Nghiem L. D., Hawkes S.; (2007) Effects of membrane fouling on the nanofiltration of pharmaceutically active compounds (PhACs): mechanisms and role of membrane pore size, Separation and Purification Technology, 57, 176-184
• [9] Zhang Y., Van der Bntggen B., Chen G. X., Braeken L., Vandecasteele C; (2004) Removal of pesticides by nanofiltration: effect of the water matrix, Separation and Purification Technology, 38, 163-172
• [10] Plakas K. V, Karahelas A. J., Wintgens T., Melin T.; (2006) A study of selected herbicides retention by nanofiltration membranes - the role of organic fouling, Journal of Membrane Science, 2006 284 291-300
• [11] Choi, K. J., Kim, S. G, Kim, Ch. W, Park, J. K; (2006) Removal efficiencies of endocrine disrupting chemicals by coagulation/flocculation, ozonation, powdered/granular activated carbon adsorption, and chlorination, Korean Journal of Chemical Engineering, 23, 399-408
• [12] Dudziak M., Bodzek M.; (2008) Ksenoestrogeny w środowisku wodnym oraz próby ich usuwania z wykorzystaniem nanofiltracji (Xenoestrogens in the water environment and attemps of their removal using nanofiltration), in: Water supply and water quality (Sozański M., Dymaczewski Z. i Jeż – Walkowiak J. Eds.), Journal of Polish Sanitary Engineers' Association, Poznań, 409-424 (in Polish)
• [13] Dudziak M., Bodzek M.; (2008) Usuwanie ksenoestro-genów w nanofiltracji: wpływ substancji organicznej (Removal of xenoestrogens by nanofiltration: effect of the organic matter), in: Membranes and membrane processes in environmental protection (Konieczny K., Bodzek M. Eds.), Materials of the Environmental Engineering Committee of Polish Academy of Science, 49, 199-206 (in Polish)
• [14] Dudziak M., Bodzek M.; (2008) Mechanizm separacji hydrofobowych ksenoestrogenów w procesie nanofiltracji (Separation mechanism of hydrophobic xenoestrogens in nanofiltration), in: Membranes and membrane processes in environmental protection (Konieczny K., Bodzek M. Eds.), Materials of the Environmental Engineering Committee of Polish Academy of Science, 49, 83-89 (in Polish)
• [15] Dudziak M, Bodzek M.; (2008) Separacja nanofiltracyjna bisfenolu A w warunkach saturacji powierzchni membrany (Nanofiltration separation of Bisphenol A in conditions of membrane surface saturation), Environmental Pollution Control, 30 (2), 2008, 17-21 (in Polish)
• [16] Dudziak M., Bodzek M.; (2007) Wybrane czynniki uzależniające eliminację hormonów z wody w procesie nanofiltracji (Selected factors affecting the elimination of hormones from water in nanofiltration) Instal, 4 (271), 48-52 (in Polish)