Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Removal of fluoride ions by ultrafiltration in the presence of cationic surfactants

Klimonda A., Grzegorzek M., Majewska-Nowak K.

Environment Protection Engineering

|

2017

|

Vol. 43, nr 2

5--13

EN

The usability of surfactant-aided ultrafiltration for removal of fluoride ions from aqueous solutions has been investigated. The experiments were conducted with the use of cellulose and polyethersulfone membranes. Fluoride solutions containing 10 and 100 mg F–/dm3 and cationic surfactants: octadecylamine acetate (ODA) and hexadecylpyridium chloride (CPC) were used in the experiments. The concentration of surfactants amounted to 320–960 mg/dm3. Ultrafiltration process was run under a trans-membrane pressure of 0.2 MPa. In the course of experiments, the effects of initial fluoride concentration, surfactant concentration and membrane type on the fluoride retention coefficient as well as the permeate flux were studied. It was found that the increase of the surfactant concentration effected in improvement of the separation efficiency. On contrary, the permeate flux decreased upon increase of the surfactant concentration. The process efficiency was also strongly influenced by the membrane and surfactant type. The permissible concentration of fluoride in the final product (below 1.5 mg F–/dm3) was obtained for the test with initial solutions containing 10 mg F–/dm3, polyethersulfone membrane and CPC con-centration equal to 644 and 966 mg/dm3.

2

Skuteczność usuwania fluorków z roztworów wodnych metodami konwencjonalnymi i technikami membranowymi

Majewska-Nowak K., Grzegorzek M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

29--37

PL

Zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych związkami fluoru jest problemem występującym w wielu regionach świata. Związki te mogą pochodzić zarówno ze źródeł antropogenicznych, jak i naturalnych. Niewielkie ilości fluorków działają korzystnie na rozwój kości i zębów, jednakże ich większe ilości w spożywanej wodzie wpływają szkodliwe na zdrowie człowieka. Zgodnie z wytycznymi WHO oraz polskimi przepisami, zawartość fluorków w wodzie przeznaczonej do spożycia nie może przekraczać 1,5 gF–/m3. Z tego powodu poszukuje się coraz skuteczniejszych i bardziej ekonomicznych metod defluoryzacji wody. Fluorki mogą być usunięte ze środowiska wodnego różnymi metodami fizyczno-chemicznymi, takimi jak adsorpcja, koagulacja, strącanie, wymiana jonowa, a także w procesach membranowych. W pracy omówiono przykłady procesów i technologii eliminacji flourków, z uwzględnieniem ich ograniczeń wpływających na skuteczność usuwania jonów fluorkowych z roztworów wodnych. Wykazano, że stopień usunięcia fluorków w różnych procesach technologicznych zależy przede wszystkim od takich czynników, jak pH roztworu, początkowa zawartość jonów F–, obecność jonów współtowarzyszących, rodzaj adsorbentu czy też właściwości membrany. Wyniki badań wskazują, że realizacja procesu defluoryzacji wody w optymalnych warunkach może zapewnić skuteczność usuwania fluorków przekraczającą 90%.

EN

Fluoride contamination of surface and groundwaters is frequently observed around the world. Fluorides may originate from both anthropogenic and the natural sources. In small amounts, they are beneficial for bone and teeth development. However, higher concentrations in drinking water are harmful to human health. According to WHO guidelines, the fluoride content in drinking water cannot exceed 1.5 gF–/m3. Therefore, more effective and economic defluoridation methods are sought. Fluorides can be removed from water environment by various physico-chemical methods such as adsorption, coagulation, precipitation, ion-exchange as well as the membrane processes. Examples of fluoride elimination processes and techniques are discussed, taking account of their limitations affecting the efficacy of fluoride removal from water solutions. It was demonstrated that the extent of fluoride removal in different technological processes primarily depends on solution pH, the initial F– ion concentration, presence of coexisting ions, adsorbent type and membrane properties. The study results indicate that under optimal operational conditions the fluoride removal efficacy may exceed 90%.

3

Use of the electrodialysis process for fluoride ion and salt removal from multi-constituent aqueous solutions

Grzegorzek M., Majewska-Nowak K.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2016

|

Vol. 9, no. 4

107--113

EN

Fluorine is a common chemical element. According to WHO guidelines, the F- ion content in drinking water cannot be higher than 1.5 mg/dm3. Excess of fluorine leads to many health problems: Alzheimer’s disease, neurological disorders or fluorosis (dental or skeletal). Fluoride can be removed from aqueous solutions by means of various methods (adsorption, precipitation, ion-exchange or membrane techniques). The aim of this paper was to evaluate the efficiency of electrodialysis in fluoride removal under the presence of organic substances. During experiments solutions containing fluorides (5, 10, 100 and 200 mg F-/dm3), mineral salt (0.5 g NaCl/dm3) and organic matter (5, 10 and 15 mg/dm3 of humic acids) were used. The research was conducted with the use of the PC Cell BED-1 System. The current density was equal to 1.72 mA/cm2. It has been shown that electrodialysis is an efficient technique of fluoride removal provided that the initial concentration of F- ions is not higher than 10 mg F-/dm3. The impact of organic matter on the process run and efficiency was dependent on the fluoride content in the treated solution.

PL

Fluor jest powszechnie występującym pierwiastkiem chemicznym. Zgodnie z wytycznymi WHO zawartość fluorków w wodzie do picia nie może być większa niż 1.5 mg/dm3. Nadmiar fluoru prowadzi do licznych problemów zdrowotnych (Alzheimer, problemy neurologiczne, fluoroza zębów lub szkieletu). Fluorki mogą być usunięte z roztworów wodnych z wykorzystaniem różnych metod (adsorpcja, strącanie, wymiana jonowa czy procesy membranowe). Celem pracy była ocena efektywności elektrodializy w usuwaniu jonów fluorkowych w obecności substancji organicznych. W trakcie doświadczeń zostały wykorzystane roztwory zawierające fluorki (5, 10, 100 i 200 mg F-/dm3), sól mineralną (0.5 g NaCl/dm3) oraz substancje organiczne (5, 10 i 15 mg/dm3 kwasów humusowych). Doświadczenia zostały przeprowadzone z wykorzystaniem instalacji PCCell BED-1 System. Gęstość prądu wynosiła 1.72 mA/cm2. Wykazano, że w procesie elektrodializy fluorki są skutecznie usuwane pod warunkiem, że ich początkowe stężenie nie przekracza 10 mg F-/dm3. Wpływ substancji organicznych na przebieg i efektywność procesu zależał od stężenia fluorków w oczyszczanym roztworze.

4

Removal of inorganic nitrogen and phosphorous compounds from two-component aqueous solutions by micellar enhanced ultrafiltration

Górna J., Majewska-Nowak K.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 2

167--178

EN

The micellar enhanced ultrafiltration of model aqueous solutions containing inorganic nitrogen and phosphorous compounds was studied. In the experiments, cellulose membranes of 5, 10 and 30 kDa molecular weight cut-off and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as a cationic surfactant were used. The concentration of CTAB amounted to 2 and 3CMC (critical micelle concentration). The influence of surfactant concentration, membrane cut-off and operating pressure on permeate flux, as well as on nitrate and phosphate separation was evaluated. The results showed that the presence of both nitrates and phosphates caused deterioration of the retention coefficient in comparison to separation efficiency achieved for one-component solutions.

5

Removal of fluoride ions by batch electrodialysis

Majewska-Nowak K., Grzegorzek M., Kabsch-Korbutowicz M.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 1

67--81

EN

Suitability of conventional batch electrodialysis to fluoride removal from aqueous solutions has been investigated. The experiments were conducted with the use of laboratory installation PCCell BED-1 System at a constant current density (1.56 or 2.34 mA/cm2). The influence of initial fluoride and salt (NaCl) concentration, as well as the presence of organic matter on the process performance was studied. It was found that the separation efficiency increased upon decrease of initial fluoride content in model solutions. Permissible final concentration of fluorides in the product water (1.5 mg/dm3) was obtained for experiments with solutions of initial fluoride concentration equal to 5 mg F–/dm3 and 10 mg F–/dm3. The presence of humic acids in fluoride solutions subjected to electrodialysis treatment has no adverse effect on the defluorization and desalination efficiency. The calculated electrical energy demand depended on composition of fluoride solution and varied from 0.121 to 0.895 kWh/m3.

6

Wykorzystanie metod elektromembranowych do odsalania roztworów zawierających substancje organiczne

Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2014

|

Vol. 36, nr 4

33--43

PL

Przedstawiono możliwości procesów elektromembranowych w odsalaniu wodnych roztworów zawierających substancje organiczne. Dyskusję poprzedzono syntetycznym opisem konwencjonalnej elektrodializy, elektrodializy odwracalnej i elektro-dejonizacji. Podkreślono, że zagadnienie odsalania roztworów substancji organicznych jest ważne nie tylko w technologii biochemicznej, ale też w oczyszczaniu wód technologicznych i ścieków przemysłowych. Odsalanie i zatężanie ścieków przemysłowych w układzie mikrofiltracja–elektrodializa pozwala na odzyskanie wody i wartościowych substancji, dając możliwość tworzenia zamkniętych obiegów wody. Wykazano, że usuwanie soli z roztworów zawierających obojętne makrocząsteczki organiczne może być w prosty sposób prowadzone za pomocą konwencjonalnej elektrodializy. Obecność substancji organicznych o jonowym charakterze powoduje intensywne blokowanie membran (fouling) i/lub przenikanie składników organicznych do strumienia koncentratu. Stwierdzono, że w celu wyeliminowania tych problemów należy stosować elektrodializę odwracalną i jonoselektywne membrany jonowymienne.

EN

The potential of electro-membrane processes in salt separation from aqueous solutions containing organic substances was discussed. The discussion was preceded by brief description of conventional electrodialysis, electrodialysis reversal and electrodeionization. It was emphasized that desalination of organic substance solutions was essential not only for biochemical technology, but also for industrial water and wastewater treatment. Desalination and concentration of industrial effluents by microfiltration–electrodialysis system enabled reuse of water and valuable substances, thus providing the possibility of creating water closed-loop systems. It was demonstrated that salt removal from solutions containing neutral organic macroparticles might be a simple procedure when conducted with use of conventional electrodialysis. In contrast, the presence of ionic organic compounds led to intensive fouling and/or leakage of organics into the concentrate stream. It was concluded that to overcome these limitations it was advisable to apply electrodialysis reversal and mono-selective ion-exchange membranes.

7

Przydatność wybranych kationowych środków powierzchniowo czynnych do usuwania nieorganicznych związków fosforu z roztworów wodnych metodą ultrafiltracji micelarnej

Majewska-Nowak K., Górna J.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 2

47--50

EN

This paper reports the results of phosphate removal by micellar enhanced ultrafiltration (MEUF) using cellulose membranes. Usability of cationic surfactants for removal of phosphates from aqueous solutions was assessed. Cellulose membranes (Microdyn Nadir) of various cut-off values (5, 10 and 30 kDa) and two cationic surfactants (hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB and hexadecylpyridinium chloride, CPC) were used in the experiments. The surfactant concentration was 2, 3 and 6 CMC (critical micelle concentration). Cellulose membrane with a cut-off value of 10 kDa exhibited the best separation properties – phosphate removal efficacy varied from 40 to 75% and from 38 to 68% for solutions containing CPC and CTAB, respectively. It was observed that increase in surfactant concentration resulted in the improvement in phosphate removal efficacy and in the concurrent worsening of membrane permeability.

PL

Przedstawiono wyniki badań nad skutecznością usuwania fosforanów w procesie ultrafiltracji micelarnej (MEUF) z wykorzystaniem membran celulozowych. Oceniono przydatność surfaktantów kationowych do separacji fosforanów z modelowych roztworów wodnych. W doświadczeniach wykorzystano membrany celulozowe (Microdyn Nadir) o różnej granicznej rozdzielczości (5 kDa, 10 kDa i 20 kDa) oraz dwa surfaktanty kationowe (bromek cetylotrimetyloamoniowy – CTAB oraz chlorek cetylopirydynowy – CPC). Stężenie surfaktantów wynosiło 2 CMC, 3 CMC i 6 CMC. Stwierdzono, że najlepszymi właściwościami separacyjnymi charakteryzowała się membrana o granicznej rozdzielczości 10 kDa – skuteczność usuwania fosforanów wynosiła 40÷75% w przypadku roztworów z dodatkiem CPC i 38÷68% w przypadku roztworów zawierających CTAB. Zwiększenie stężenia surfaktantów miało wpływ na poprawę skuteczności usuwania fosforanów oraz jednoczesne zmniejszanie przepuszczalności membran.

8

Surfactant enhanced ultrafiltration for the removal of inorganic phosphorous compounds from aqueous solutions

Górna J., Majewska-Nowak K.

Environment Protection Engineering

|

2013

|

Vol. 39, nr 3

197--206

EN

he usability of the micellar enhanced ultrafiltration (MEUF) for removal of phosphates from aqueous solutions has been evaluated. The process was performed with the use of polyethersulfone membranes under various transmembrane pressures (0.1, 0.15, and 0.2 MPa). Phosphorous solutions containing 15 mg of PO3-4/dm3 and two cationic surfactants: octadecylamine acetate (ODA) and hexadecylpyridium chloride (CPC) were used in the tests. The concentration of ODA and CPC amounted to 2 and 3 CMC (Critical Micelle Concentration) as well as 2, 3 and 6 CMC, respectively. The results of the study showed that the surfactant type and its concentration influenced the process efficiency. The phosphate removal with the use of ODA was approximately 95%, whereas application of CPC gave unsatisfactory results.

9

Odzyskiwanie barwników i soli mineralnych z wód poprocesowych w układzie elektrodializy porcjowej z membranami monoanionoselektywnymi

Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 4

35-42

PL

Określono skuteczności odsalania roztworów anionowych barwników organicznych metodą elektrodializy porcjowej z wykorzystaniem membran monoanionoselektywnych (zamiast standardowych membran anionowymiennych). W badaniach zastosowano zasolone (NaCl) roztwory barwników organicznych różniących się masą cząsteczkową (327÷1060 Da). Gęstość prądu podczas elektrodializy zmieniano w zakresie 0,78÷3,91 mA/cm2. Wykazano, że skuteczność rozdziału anionowych barwników organicznych od soli mineralnych zależała od zastosowanej wartości gęstości prądu, natomiast wpływ masy cząsteczkowej barwników był niewielki. Mając na uwadze odzyskanie jak największej ilości barwników i zakładając 95% stopień odsolenia roztworu, proces elektrodializy należy prowadzić przy gęstości prądu w zakresie 1÷1,4ilim. Przy mniejszych wartościach gęstości prądu dochodziło do zjawiska sorpcji membranowej barwników, zaś przy wartościach większych barwniki przenikały przez membrany do komór koncentratu. Prowadzenie procesu elektrodializy mieszanin barwników z solami mineralnymi przy dużych wartościach gęstości prądu (>2ilim) zdecydowanie prowadziło do skrócenia czasu trwania procesu, jednakże przyczyniło się do znacznego pogorszenia jakości diluatu i zwiększenia zużycia energii.

EN

Laboratory tests were conducted to determine the efficiency of dye solution desalination by batch electrodialysis involving monoanion selective ion-exchange membranes (instead of conventional anion-exchange membranes). In the study use was made of saline (NaCl) organic dye solutions differing in molecular weight (from 327 to 1080 Da). In the course of electrodialysis current density varied from 0.78 to 3.91 mA/cm2. It was found that the efficiency of anionic organic dye separation from mineral salts was strongly influenced by the value of the current density applied, and that the influence of the dye's molecular weight was negligible. Taking into account the need of recovering the highest possible quantity of dyes, and assuming a 95% extent of desalination, it was necessary to conduct the electrodialysis process at the current density of 1-1.4ilim. When the process involved lower current density values, the dyes were adsorbed by the membranes. When the current density values were higher, the dyes penetrated through the membranes into the concentrate. At high current density (>2ilim), the duration of the electrodialysis process was noticeably shorter, but the quality of the diluate deteriorated significantly and energy demand increased.

10

Skuteczność odsalania roztworów barwników organicznych w procesie elektrodializy

Majewska-Nowak K., Kawiecka-Skowron J.

Ochrona Środowiska

|

2011

|

Vol. 33, nr 2

11-15

PL

Przeprowadzono badania nad możliwością odsalania modelowych roztworów anionowych barwników organicznych metodą elektrodializy. Do tego celu wykorzystano laboratoryjny stos elektrodialityczny zawierający 10 par komór. Odsalaniu poddano roztwory pięciu barwników organicznych różniących się masą cząsteczkową (618÷1060 Da), przy natężeniu prądu w zakresie 0,05÷0,2 A. Podczas procesu elektrodializy, prowadzonego w układzie porcjowym, oznaczono stężenia barwnika i chlorku sodu w koncentracie i diluacie. Wykazano, że proces elektromembranowy pozwolił na odzyskanie barwników i soli mineralnych poprzez otrzymanie z mieszaniny barwnika i chlorku sodu dwóch strumieni - roztworu zawierającego jedynie rozpuszczony barwnik (diluat) oraz solanki pozbawionej substancji organicznych (koncentrat). Stwierdzono, że skuteczność procesu separacji istotnie za-leżała od natężenia prądu i masy cząsteczkowej barwników. Najkorzystniejsze okazało się odsalanie roztworu czerni bezpośredniej - stężenie tego barwnika w diluacie pozostawało praktycznie stałe, a stopień odsolenia roztworu wynosił 98,5%. Końcowe stężenie barwnika w koncentracie było pomijalnie małe. Wykazano, że stężenie barwników o mniejszej masie cząsteczkowej w diluacie systematycznie malało, co spowodowane było adsorpcją cząsteczek barwników w strukturze lub na powierzchni membran.

EN

Laboratory tests were conducted to verify the applicability of electrodialysis (ED) as a method for the desalination of model solutions containing anionic organic dyes. For this purpose use was made of a laboratory ED stack with 10 cell pairs. The tests were per-formed with five anionic organic dyes differing in molecular weight (from 618 to 1060 Da), at a current intensity ranging from 0.05 to 0.2 A. Dye and sodium chloride concentrations in the concentrate and diluate were determined in the course of the ED process performed in the batch system. The study has produced the following findings. The ED process enabled anionic dye and mineral salt recovery by receiving two streams from a salt and dye mixture - one being enriched with dye alone (diluate), and the other one being a salt solution with no organic matter present (concentrate). The efficiency of separation strongly depended on the current intensity applied and the molecular weight of the dye. The most efficient was the de-salination of the direct black solution - the dye concentration in the diluate remained almost constant, and salt removal totalled 98.5%. The final dye concentration in the concentrate was negligibly low. The concentrations of low-molecular-weight dyes in the diluate decreased with operation time, which should be attributed to the adsorption of dye particles in the structure or at the surface of the membrane.

11

Effect of dye content in a treated solution on performance of the UF ceramic membrane

Kawiecka-Skowron J., Majewska-Nowak K.

Environment Protection Engineering

|

2011

|

Vol. 37, nr 2

5-12

EN

Low-pressure membrane processes have been studied in order to treat aqueous solutions of dyes. The influence of dye concentration (10, 20, 100 g/m3) on separation efficiencies of organic dyes (Methyl Orange, Titan Yellow and Direct Black) was analyzed. CeRAM INSIDE®(Tami Industries) membranes with various cut-off values (1, 15 kDa) were examined. The ultrafiltration process was carried out at the transmembrane pressures of: 0.03, 0.06, and 0.09 MPa. It was found that the process efficacy was affected not only by the kind of dye, but also by the dye concentration, applied pressure and membrane cut-off. With increasing dye content in the treated solution the rejection coefficient improved.

12

Usuwanie substancji organicznych z roztworów wodnych z wykorzystaniem ceramicznych membran ultrafiltracyjnych

Kabsch-Korbutowicz M., Urbanowska A., Majewska-Nowak K., Kawiecka-Skowron J.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2010

|

Tom 12

467-478

PL

Procesy membranowe są obecnie szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu oraz w szeroko pojętej ochronie środowiska do usuwania różnorodnych zanieczyszczeń zarówno o charakterze organicznym jak i nieorganicznym. W eksploatowanych na całym świecie instalacjach membranowych najczęściej stosowane są membrany wytwarzane z materiałów organicznych, np. polisulfonu, polietersulfonu, poliamidu lub materiałów celulozowych. Powszechność stosowania membran polimerowych wynika przede wszystkim z bardzo dużej dostępności membran o różnorodnych możliwościach separacyjnych. W związku z tym, iż polimery wykorzystywane do produkcji membran nie są odporne na działanie czynników chemicznych, termicznych i biologicznych, od dłuższego czasu trwają prace nad wytwarzaniem membran o znacznie większej wytrzymałości na działanie niekorzystnych czynników. Wymogi te spełniają membrany nieorganiczne wytwarzane z materiałów ceramicznych.

EN

Membrane processes are now widely used in many industries and in the widely understood environment protection to remove the various pollutants of both organic and inorganic character. In the operated worldwide membrane installations membranes made from organic materials such as polysulphone, polietersulphone, polyamide or cellulosic materials are most commonly used. The universality of application of polymer membranes is primarily attributed to very high availability of membranes with various separational characteristics. In view of the fact that the polymers used for production of membranes are not resistant to chemical, thermal and biological factors, works in order to produce membranes with a much higher resistance to the action of unfavourable factors have been carried out for a long time. These requirements meets the inorganic membrane made from ceramic materials. The advantages of ceramic membranes, deciding about their their advantage over organic membranes, include primarily their high thermal, chemical, mechanical and biological resistance. Not without significance is the fact that they can be sterilized with steam and cleaned using strong acids or bases, which allows long-term operation of such membranes. The usability of the ultrafiltration ceramic membrane in removal of natural and synthetic organic pollutants from aqueous solutions has been evaluated. The ultrafdtration experiments have been carried out towards Odra river water, model solution containing NOM and model solutions of organic dyes (methyl orange, indigo carmine, hellion blue, direct black). The ultrafiltration ceramic membrane (cut-off 50kDa) made by Tami Industries and laboratory installation ProFlux Ml2 Millipore were applied in the tests. This installation allows to run separation tests in flow system using a filtration modules of any configuration. Installation enables circulation of the solution between the supply tank with a capacity of 3 dm3 and a filter module.The influence of the transmembrane pressure (0.03,0.06, and 0.09 MPa) on the process efficiency was determined. It was stated that the increase of the applied pressure caused the increase of permeate flux. In the course of ultrafiltration of solutions containing organic substances the determined membrane permeability was much lower (by 10-40%) than observed for water. The separation properties were influenced by the composition of the treated solution and the nature of the organic pollutants. The organic dyes of the molecular weight higher than 900 Da were retained in more than 95%. The reduction of color for solutions containing NOM amounted to 46-65%.

13

Zastosowanie zintegrowanych procesów membranowych do usuwania substancji organicznych z wody

Kabsch-Korbutowicz M., Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2010

|

Vol. 32, nr 3

27-32

PL

Niskociśnieniowe procesy membranowe są coraz powszechniej stosowane do oczyszczania wody przeznaczonej do spożycia. W celu zwiększenia skuteczności oczyszczania wody oraz ograniczenia intensywności blokowania membran, coraz częściej separacja membranowa łączona jest z innymi procesami biologiczno-chemiczno-fizycznymi, tworząc tzw. procesy zintegrowane. W pracy porównano skuteczność usuwania z wody naturalnych substancji organicznych w czterech procesach zintegrowanych - sekwencyjna koagulacja/ultrafiltracja, in-line koagulacja/ultrafiltracja, sekwencyjna wymiana jonowa/ultrafiltracja oraz symultaniczna wymiana jonowa/ultrafiltracja (proces hybrydowy). Określono wpływ dawki koagulantu i żywicy anionowymiennej oraz sposobu prowadzenia procesu na zmianę właściwości transportowych membran oraz jakość wody oczyszczonej. Badania przeprowadzono z użyciem roztworu modelowego zawierającego naturalne substancje organiczne, stosując jako koagulant siarczan glinu, a w procesie wymiany jonowej żywicę MIEXŽ. Wykazano, że układ zintegrowany wymiana jonowa/ultrafiltracja, realizowany w wariancie sekwencyjnym lub hybrydowym pozwolił na lepsze oczyszczenie wody niż w procesie łączącym koagulację i ultrafiltrację. Stwierdzono także, że wszystkie zastosowane warianty procesów zintegrowanych pozwoliły w zbliżonym stopniu na zmniejszenie intensywności blokowania membran. Wobec zbliżonej skuteczności oczyszczania membran uzyskanej w wariancie sekwencyjnym i hybrydowym, układ hybrydowy, pomijający etap sedymentacji, wydaje się z punktu widzenia kosztów oczyszczania wody bardziej wskazany.

EN

Low-pressure membrane processes are frequently used in the treatment of water intended for human consumption. In order to increase the efficiency of water treatment and reduce membrane fouling, membrane separation processes are integrated with other biological, chemical or physical processes (creating so-called integrated processes). In this paper four integrated processes were analyzed for the efficiency of natural organic matter removal from water: sequential coagulation/ultrafiltration, in-line coagulation/ultrafiltration, sequential ion exchange/ultrafiltration, and simultaneous ion exchange/ultrafiltration (hybrid process). Another major objective of the study was to determine how the coagulant or ion-exchange resin dose, as well as the method used for the realization of the process, affected the transport properties of the membrane and the final quality of the water. The experiments involved model solutions con-taining natural organic matter, an alum coagulant for the coagulation process and a MIEXŽ resin for the ion exchange process. The integrated ion exchange/ultrafiltration process, regardless of whether conducted in the sequential or simultaneous mode, provided water of a higher final quality as compared to the integrated coagulation/ultrafiltration process. With all the integrated processes tested, similar decrease in membrane fouling was observed. Taking into account the comparable treatment effects obtained with either the sequential or the hybrid process, preference should be given to the hybrid process, which, owing to the lack of the sedimentation step, lowers the overall treatment costs.

14

Zastosowanie reaktorów wielofunkcyjnych do oczyszczania wody

Adamski W., Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2010

|

Vol. 32, nr 1

3-8

PL

Scharakteryzowano rolę i zasady stosowania reaktorów wielofunkcyjnych zarówno w nowobudowanych zakładach oczyszczania wody, jak i zakładach modernizowanych, poprzez wprowadzenie dodatkowej funkcji do reaktorów już pracujących. Na pod-stawie przeprowadzonej analizy wykazano, że zaletą tego typu rozwiązań, poza zmniejszeniem kosztów inwestycyjnych i mniejszym zapotrzebowaniem zakładu oczyszczania na powierzchnię, jest możliwość elastycznego reagowania na zmiany jakości ujmowanej wody. Reaktory wielofunkcyjne mogą stanowić substytut zintegrowanego układu oczyszczania wody lub jeden z jego elementów. Występują również reaktory, w których dodatkowe funkcje - jak aktywność biologiczna - powstają spontanicznie (np. kolumny adsorpcyjne z GWA czy też filtry powolne). Wykazano, że bardzo atrakcyjną alternatywę dla klasycznych reaktorów wielofunkcyjnych stanowią reaktory membranowe i ich modyfikacje. Identyfikacja zjawisk zachodzących w reaktorach wielofunkcyjnych pozwala na konstrukcję zaprezentowanych w pracy modeli matematycznych, które mogą znaleźć zastosowanie do optymalizacji układów technologicznych oczyszczania wody. Podkreślono, że praktyczne wykorzystanie podanych modeli matematycznych wymaga określenia wartości ich poszczególnych parametrów zarówno metodami analitycznymi, jak i w modelowych badaniach laboratoryjnych, a także ich kalibracji.

EN

The role of multipurpose reactors and the principles of their application were analyzed, taking into account newly constructed water treatment plants and those modernized by imparting additional functions to the reactors being operated there. The results of this analysis have demonstrated that such approach offers a number of benefits, not only reducing the capital costs and space demands, but also enabling a flexible response to any variations observed in the quality of the taken-in water. A multipurpose reactor may become a substitute for an integrated water treatment system or for one of its elements. Also available are reactors where additional functions (such as biological activity) are generated spontaneously (e.g. GAC adsorption columns or slow filters). It has, furthermore, been demonstrated that membrane reactors, as well as their modifications, constitute a very attractive alternative to classical multipurpose reactors. The identification of the phenomena occurring in multipurpose reactors makes it possible to construct mathematical models which can be used for the optimization of water treatment trains (such models are shown in the present paper). It has been emphasized that if the models are to be used for engineering applications, their parameters have to be established by analytical methods and laboratory model tests, and the models themselves should be calibrated.

15

Skuteczność usuwania naturalnych i antropogenicznych barwnych substancji organicznych w procesie ultrafiltracji na membranach ceramicznych

Majewska-Nowak K., Kawiecka-Skowron J., Kabsch-Korbutowicz M., Urbanowska A.

Ochrona Środowiska

|

2010

|

Vol. 32, nr 4

11-14

PL

Porównano skuteczność usuwania anionowych barwników organicznych oraz naturalnych substancji organicznych z roztworów wodnych w procesie ultrafiltracji z wykorzystaniem membran ceramicznych. Zbadano wpływ granicznej rozdzielczości membrany, prędkości przepływu oczyszczanego roztworu przy powierzchni membrany oraz masy cząsteczkowej barwników i początkowej zawartości substancji organicznych w wodzie na skuteczność procesu. Badaniom poddano roztwory modelowe siedmiu anionowych barwników organicznych o masie cząsteczkowej od 327 Da do 1060 Da oraz sześciu roztworów zawierających naturalne substancje organiczne charakteryzujących się intensywnością barwy od 22 gPt/m3 do 125 gPt/m3. Stwierdzono, iż roztwory barwników, mimo ich mniejszego ciężaru cząsteczkowego, były oczyszczane z większą skutecznością.

EN

Seven aqueous solutions of anionic organic dyes (differing in molecular weight from 327 Da to 1060 Da) and six aqueous solutions of natural organic matter - NOM (varying in color between 22 gPt/m3 and 125 gPt/m3) were subjected to an ultrafiltration process, which involved ceramic membranes of different cut-off values. The efficiency of the ultrafiltration process was evaluated in terms of the membrane's cut-off value, the linear velocity of the solution near the membrane surface, the molecular weights of the dyes, and the initial NOM concentrations in the solutions tested. The comparison between the separation effects obtained for the two types of colored organic substances has demonstrated that the anionic organic dyes were removed from the solution with a higher efficiency in spite of their lower molecular weights.

16

Badania przydatności membran ceramicznych do usuwania barwników organicznych z roztworów wodnych

Majewska-Nowak K., Kawiecka-Skowron J.

Ochrona Środowiska

|

2009

|

Vol. 31, nr 2

55-60

PL

Określono skuteczność usuwania anionowych barwników organicznych z modelowych roztworów wodnych w procesie ultrafiltracji z użyciem membran ceramicznych. Do oceny właściwości transportowych i separacyjnych membran ceramicznych wykorzystano strumień objętości permeatu oraz skuteczność usuwania barwnika z roztworu. W badaniach wykorzystano trzy jednokanałowe membrany ceramiczne CéRAM INSIDEŽ (Tami Industries), różniące się graniczną rozdzielczością (1 kDa, 15 kDA o 50 kDa). Badaniom poddano roztwory dziewięciu anionowych barwników organicznych o masie cząsteczkowej od 327 Da do 1060 Da. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem laboratoryjnej instalacji ultrafiltracyjnej ProFlux M12 (Millipore) przy ciśnieniach transmembranowych 0,03 MPa, 0,06 MPa i 0,09 MPa. Analizowano wpływ masy cząsteczkowej barwnika oraz stosowanego ciśnienia na skuteczność procesu. Badania wykazały przydatność membran ceramicznych do usuwania barwników organicznych z roztworów wodnych. Stwierdzono, że membrana o granicznej rozdzielczości 15 kDa odznaczała się najlepszymi właściwościami separacyjnymi, podczas gdy membrana 50 kDa wykazywała znakomitą przepuszczalność. Wszystkie przebadane membrany ceramiczne pozwoliły na zatrzymanie barwników o dużej masie cząsteczkowej (>700 Da) w 95÷99%, niezależnie od wartości ciśnienia transmembranowego. Wykazano, że ekonomicznie uzasadnione jest stosowanie membran ceramicznych o granicznej rozdzielczości 50 kDa, gdyż membrany te zapewniają dużą wydajność przy dobrej skuteczności usuwania barwników o większych masach cząsteczkowych.

EN

Laboratory tests were conducted to determine the efficiency of anionic organic dye removal from aqueous solutions by ultrafiltration when use is made of ceramic membranes. The transport and separation properties of the membranes were evaluated by analyzing the volume flux of the permeate, and the efficiency of dye removal from the solution. The tests were performed with three single-channel CéRAM INSIDEŽ (Tami Industries) membrane modules differing in cut-off values (1 kDa, 15 kDa, and 50 kDa), with nine anionic organic dyes of molecular weights ranging from 327 to 1060 Da, and with a laboratory UF installation of ProFlux M12 (Millipore) type, at a transmembrane pressure of 0.03 MPa, 0.06 MPa and 0.09 MPa. The efficiency of the process was analyzed both in terms of the molecular weights of particular dyes and in terms of the pressure applied. The applicability of the ceramic membranes to the removal of organic dyes from aqueous solutions has been substantiated. The tests have produced the following findings. The ceramic membrane with the cut-off value of 15 kDa exhibited the best separation properties, whereas that with the cut-off value of 50 kDa was characterized by excellent permeability. All of the ceramic membranes under study provided 95-99% retention of high-molecular-weight organic dyes (>700 Da) irrespective of the transmembrane pressure applied. In economic terms, it is advisable to use 50 kDa cut-off ceramic membranes as they enable high removal efficiencies to be achieved for dyes of higher molecular weights.

17

Ultrafiltration of dye solutions in the presence of cationic and anionic surfactants

Majewska-Nowak K.

Environment Protection Engineering

|

2009

|

Vol. 35, nr 4

111-121

EN

The objective of the study was to investigate the influence of surfactant in model dye solutions on the ultrafiltration efficiency. The anionic detergent (sodium dodecyl sulphate (SDS)) and cationic detergent (hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)) were added to the dye solutions. Three anionic organic dyes of molecular weights ranging from 327 to 1060 Da were applied. Intersep Nadir membranes made of polyethersulfone and regenerated cellulose were used in the experiments. The operation pressure varied from 0.1 to 0.20 MPa. The concentration of dyes in model solutions was equal to 100 g/m3, whereas surfactant dosage amounted to 0.1, 0.6 and 1.0 CMC (critical micelle concentration). The experiments revealed dye retention by surfactant present in experimental solutions was strongly affected by the nature of detergent, membrane material and membrane cut-off value. It was also found that the presence of an anionic surfactant brought about the worsening of separation factor, whereas the cationic surfactant improved dye rejection.

18

Instalacje do odwróconej osmozy

Majewska-Nowak K.

Wodociągi - Kanalizacja

|

2007

|

nr 5

56-59

PL

Opracowanie prognostycznych modeli transportu masy podczas filtracji membranowej stwarza na ogół wiele problemów i jest uzależnione od dokładnego matematycznego opisu hydrodynamiki systemu, struktury membran i jakości cieczy zasilającej.

19

Komputerowe projektowanie procesów membranowych na przykładzie odwróconej osmozy

Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2007

|

R. 29, nr 2

21-26

PL

Omówiono możliwości projektowania instalacji membranowych przy wykorzystaniu profesjonalnych programów komputerowych. Zwrócono uwagę na duże trudności w opracowywaniu modeli transportu masy podczas filtracji membranowej. W tym celu należy dysponować dokładnym opisem matematycznym hydrodynamiki systemu oraz pełną charakterystyką struktury membrany i składem cieczy zasilającej. Stwierdzono, iż w praktyce dostępne są jedynie modele odwróconej osmozy skonstruowane przy wielu założeniach upraszczających (woda traktowana jest jako ośrodek ciągły, pomiędzy składnikami roztworu nie występują wzajemne oddziaływania, roztwór pozbawiony jest cząstek zawieszonych, nie tworzy się warstwa żelowa przy powierzchni membrany oraz brak jest aktywności biologicznej na granicy faz membrana-roztwór). Na przykładzie programu IMSDesign firmy Hydranautics opisano procedurę postępowania, umożliwiającą symulację działania systemu odwróconej osmozy przy dowolnym układzie modułów membranowych i przy zmiennych parametrach procesowych. Podano zakres niezbędnych parametrów wejściowych, takich jak wymagana wydajność, stopień odzysku i charakterystyka roztworu zasilającego. Podkreślono, że programy komputerowe nie mogą zastąpić badań pilotowych. Podstawową wadą dostępnego oprogramowania jest jego dopasowanie do produktów konkretnej firmy produkującej systemy membranowe oraz nieuwzględnienie w procedurze obliczeniowej zjawiska blokowania membran (fouling).

EN

Analyzed is the problem of whether computer-aided design can be applied to membrane installations. It has been pointed out that the development of predictive models for membrane mass transfer is rather problematic and relies on the mathematical description of the system hydrodynamics, membrane structure and feed water matrix. Only reverse osmosis can be modeled on the basis of the following simplifying assumptions: (1) water is treated as a continuum essentially devoid of the more complex interactions induced by the presence of dispersed particles, (2) the phenomenon of gel layer formation does not appear, and (3) biological activity of the membrane-solution interface can be neglected. Making use of the Hydranautics reverse osmosis software (IMSDesign), a detailed procedure enabling the simulation of a reverse osmosis system under a variable number of membrane modules and process parameters is described. The range of the inputs required (feed water quality, efficiency, conversion) is given. It has also been stressed that computer-aided packages can not be regarded as an alternative to pilot trials. Commercial software packages have the inherent disadvantage that they are applicable only to the supplier's own products. Another major drawback is that the impact of the fouling phenomenon has not been included.

20

Wpływ polielektrolitu na skuteczność ultrafiltracji roztworów wodnych zawierających barwniki organiczne i substancję powierzchniowo czynną

Majewska-Nowak K.

Ochrona Środowiska

|

2006

|

R. 28, nr 4

3-10

PL

Oceniono wydajność i skuteczność procesu ultrafiltracji wodnych roztworów barwników organicznych z dodatkiem substancji powierzchniowo czynnej i kationowego polielektrolitu. W badaniach wykorzystano płaskie membrany ultrafiltracyjne wykonane z regenerowanej celulozy i polietersulfonu. Membrany charakteryzowały się różnymi wartościami granicznej rozdzielczości (5 kDa, 10 kDa i 30 kDa). Proces ultrafiltracji przeprowadzono w przy ciśnieniach 0,1 MPa i 0,2 MPa w stosunku do roztworów anionowych barwników organicznych (oranżu metylowego, czerwieni indygo, czerni amidowej i czerni bezpośredniej) oraz roztworów barwników z dodatkiem surfaktantu - dodecylosiarczanu sodu (SDS) i kationowego polielektrolitu Magnofloc LT 22S. Stężenie barwników i SDS w roztworach wodnych wynosiło 100 g/m3, zaś polielektrolitu - 0,5 g/m3. Stwierdzono, że obecność kationowego polielektrolitu, jako substancji kompleksującej, przyczyniła się do polepszenia właściwości separacyjnych membran ultrafiltracyjnych (zwłaszcza polietersulfonowych) w stosunku do anionowych barwników organicznych i anionowej substancji powierzchniowo czynnej (SDS). Obecność kationowego polielektrolitu zarówno w roztworach zawierających anionowe barwniki organiczne jak i w roztworach barwników z anionową substancją powierzchniowo czynną spowodowała zmniejszenie wydajności membran ultrafiltracyjnych, zwłaszcza o umiarkowanej hydrofilowości. Przyczyną tego zjawiska było blokowanie struktury membran przez makrocząsteczkowe kompleksy typu polielektrolit-barwnik (SDS). Zjawisko to było tym bardziej widoczne, im większa była graniczna rozdzielczość membran.

EN

The effect of a cationic polyelectrolyte on the efficiency of dye and surfactant solution treatment by ultrafiltration was assessed. Flat UF membranes made of regenerated cellulose and polyethersulfone characterized by different cut-off values (5, 10, and 30 kDa) were used in the experiments. The UF process involved a pressure of 0.1 and 0.2 MPa. Permeation measurements were carried out with aqueous solutions of different anionic dyes (Methyl Orange, Indigo Carmine, Amido Black, and Direct Black) and dye solutions containing an anionic surfactant, sodium dodecyl sulphate (SDS), and/or a cationic polyelectrolyte, Magnofloc LT 22S. Dye and surfactant concentration in the experimental solutions amounted to 100 g/m3, whereas polyelectrolyte concentration was equal to 0.5 g/m3. It was found that when a cationic polyelectrolyte was present in the dye solutions or in the aqueous mixtures of an anionic dye and an anionic surfactant, this was concomitant with a decrease in membrane permeability and an increase in dye and surfactant retention (especially for polyethersulfone membranes). The observed effects can be attributed to the formation of intermolecular complexes of polycations with dye and surfactant particles. These polyelectrolyte complexes can cause membrane fouling, which is more pronounced for membranes of higher cut-off values and moderate hydrophilicity.