Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Usuwanie naturalnych związków organicznych z wody na makroporowatych polistyrenowych żywicach anionowymiennych

Urbanowska A., Kabsch-Korbutowicz M.

Ochrona Środowiska

|

2017

|

Vol. 39, nr 3

55--60

EN

Removal of natural organic matter (NOM) from surface waters is a critical aspect of potable water treatment as NOM compounds are precursors of harmful disinfection by-products and as such should be removed from water intended for human consumption. Ion exchange on synthetic ion-exchange resins is one of the NOM removal methods as a substantial fraction of these compounds forms macroanions. Moreover, the uncharged fraction of organic compounds can be removed from water by physical adsorption on resin particles. The study was conducted to evaluate the impact of ion exchange conditions on the efficacy of NOM removal from water solutions. The physico-chemical properties of the water treated, the resin properties, its dose and the contact time between the resin and contaminants were taken into consideration. Two macroporous polystyrene ion exchange resins were used for testing in the batch mode: weakly alkaline A100 (Purolite) and strongly alkaline BD400FD (Suzhou Bojie Resin Technology). It was demonstrated that anion exchange resins could successfully remove NOM from water. It was observed that increase in the resin dosage and contact time between resin particles and water resulted in improved quality of treated water (color, UV absorbance, DOC), while increase in the pH resulted in a slight decrease of the process efficacy. In addition, the process efficacy was enhanced by the increase in temperature of the tested solutions.

PL

Usuwanie związków organicznych, naturalnie występujących w wodach powierzchniowych ujmowanych do celów komunalnych, jest krytycznym aspektem oczyszczania wody, ponieważ związki te są prekursorami szkodliwych ubocznych produktów dezynfekcji i z tego względu należy je usuwać z wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Jedną z metod usuwania związków organicznych z wody jest proces wymiany jonowej na syntetycznych żywicach jonowymiennych, ponieważ znaczna część tych związków ma charakter makroanionów. Dodatkowo, frakcja związków organicznych pozbawiona ładunku elektrycznego może zostać usunięta z wody w wyniku ich adsorpcji na jonitach. W przeprowadzonych badaniach dokonano oceny wpływu warunków prowadzenia procesu wymiany jonowej na skuteczność usuwania naturalnych związków organicznych z roztworów wodnych. Uwzględniono właściwości fizyczno-chemiczne oczyszczanej wody, właściwości stosowanej żywicy oraz jej dawkę i czas kontaktu zanieczyszczeń z żywicą. W testach przeprowadzonych w układzie porcjowym wykorzystano dwie makroporowate polistyrenowe żywice jonowymienne – słabo zasadową A100 (Purolite) oraz silnie zasadową BD400FD (Suzhou Bojie Resin Technology). Wykazano, że makroporowate żywice anionowymienne mogą z powodzeniem eliminować naturalne związki organiczne z wody. Wzrost dawki każdej z żywic oraz czasu kontaktu makrocząsteczek organicznych z żywicą skutkowały polepszeniem jakości oczyszczanej wody (barwa, absorbancja w UV, RWO), natomiast wzrost pH powodował nieznaczne zmniejszenie skuteczności procesu. Również wzrost temperatury badanych roztworów wodnych powodował poprawę skuteczności procesu wymiany jonowej.

2

Elimination of selected anions and cations from water by means of the Donnan dialysis

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M.

Environment Protection Engineering

|

2017

|

Vol. 43, nr 3

189--205

EN

The usefulness of the Donnan dialysis has been assessed for the elimination of harmful (bromide, bromate and nitrate) or troublesome (calcium and magnesium) ions from water. The rate and efficiency of ion exchange were examined. For anion removal Selemion AM V or Neosepta ACS membranes were used while for cation removal - Neosepta CMX or Selemion CMV ones. The influence of membrane properties and salt concentration in the receiver was investigated.

3

Zastosowanie procesu wymuszonej osmozy do odsalania i odnowy wody

Kabsch-Korbutowicz M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

9--14

PL

Proces wymuszonej osmozy (FO), nazywany też osmozą, inżynieryjną osmozą lub manipulowaną osmozą, jest membranowym procesem osmotycznym. Wykorzystuje on ciśnienie osmotyczne silnie stężonego roztworu odbierającego, jako siłę napędową, powodującą transport wody przez zwartą membranę polimerową ze strumienia zasilającego do odbierającego. W zależności od składu roztworu zasilającego i przeznaczenia uzyskanego produktu, etap ten może być jedynym wymaganym procesem. Jednakże w większości przypadków pełny układ, wykorzystujący proces wymuszonej osmozy, zawiera kolejny etap, polegający na regeneracji roztworu odbierającego i uzyskaniu czystej wody. Przewaga procesu wymuszonej osmozy nad klasycznymi technikami odsalania polega na mniejszej intensywności blokowania membran, mniejszym zużyciu energii, większej skuteczności retencji soli oraz większym strumieniu wody. Wymuszona osmoza jest coraz częściej stosowana jako proces separacyjny w oczyszczaniu ścieków, produkcji żywności i odsalaniu wód morskich lub słonawych.

EN

Forward osmosis (FO), also known as osmosis, engineered osmosis or manipulated osmosis, is an osmotically driven membrane process. FO utilizes osmotic pressure of a highly concentrated draw solution as a driving force to transfer water from a feed solution to the draw solution through a dense polymeric membrane. Depending on the concentration of solutes in the feed and the intended use of the product, this stage may be the only process required. In most cases however, a complete FO system utilizing the forward osmosis contains a subsequent step for the draw solute regeneration to finally produce a clean water. Potential advantages of FO over classical desalination processes include its low fouling intensity, low energy consumption, higher salt rejection and higher water flux. It attracts growing attention as separation process in wastewater treatment, food processing, and seawater/brackish water desalination.

4

Metody analizy, izolacji i frakcjonowania substancji humusowych naturalnie występujących w środowisku wodnym

Urbanowska A., Kabsch-Korbutowicz M.

Instal

|

2016

|

nr 10

51--56

PL

Głównym składnikiem naturalnej materii organicznej są wielkocząsteczkowe substancje humusowe. Są to związki, które stanowią złożone heterogeniczne polimery kwasowe o barwie żółtej lub brązowej. Powstają w wyniku mikrobiologicznych reakcji, będących rezultatem rozkładu martwych tkanek roślinnych i zwierzęcych. Aby określić skład pierwiastkowy substancji humusowych przeprowadza się analizę elementarną. Ze względu na chemiczną złożoność tych związków uzyskane wyniki analizy elementarnej dają jedynie ogólny pogląd na ich strukturę i pochodzenie. Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje stosuje się inne techniki analityczne, np. chromatografię wykluczenia, spektroskopię UV-VIS. Prowadzenie kompleksowych badań nad strukturą i właściwościami substancji humusowych wymaga ich zatężania i wyizolowania z matrycy wodnej. W tym celu najczęściej wykorzystuje się adsorpcję na żywicach polimerowych oraz procesy membranowe.

EN

Macromolecules of humic substances are the main component of natural organic matter. Humic substances are complex heterogeneous acidic polymers, yellow or brown, created in microbiological reactions during decomposition of plant and animal remains. Elemental analysis is used in order to determine humic substances elemental composition, but because of their chemical complexity the results gives only overall view of their structure and origin. To obtain more specific data other techniques have to be employed, e.g. size-exclusion chromatography, UV-VIS spectroscophy. Extensive examination of humic substances structure and properties requires their concentration and isolation from water. Polymeric resin adsorption and membrane processes are the most often used for this purpose.

5

Characteristics of natural organic matter removed from water along with its treatment

Urbanowska A., Kabsch-Korbutowicz M.

Environment Protection Engineering

|

2016

|

Vol. 42, nr 2

183--195

EN

The object of this study was to examine the nature of natural organic matter (NOM) removed on each stage of water treatment train used in the “Mokry Dwór” Wrocław Water Treatment Plant (WTP) and to compare obtained results with water treatment efficiencies achieved with the use of membrane ultrafiltration, ion-exchange and UF/ion-exchange integrated processes. In the experiments fractional analysis with the use of polymeric resins (DAX-8, XAD-4 and IRA-958) was used. Obtained results have shown that most (56%) of the raw water NOM was found in fraction characterized by presence of humic and fulvic acids (VHA and SHA fractions). VHA fraction made the most of DOC removed in examined water treatment train and coagulation was mainly responsible for this effect. Integrated process consisting of MIEX®DOC ion exchange and PES 10 kDa ultrafiltration turned out to be very effective at high molecular weight hydrophobic compounds removal from water being much less efficient with hydrophilic compounds.

6

Regeneracja żywic polimerowych stosowanych do frakcjonowania naturalnych substancji organicznych

Urbanowska A., Kabsch-Korbutowicz M.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

664--679

EN

Natural organic matter (NOM) removal plays important role in water treatment due to their ability to form disinfection by-products. Due to NOM complexity, it is crucial to separate it into fractions and then subject them to the detailed analysis. Organic contaminants are heterogeneous mixture of various organic compounds of diverse properties and could be divided into 3 fractions: hydrophobic, hydrophilic and transphilic. Currently, the common NOM fractionation method was proposed by Chow et al. This method employs XAD resins to fractionate NOM. One of decisive factors, when it comes to their usability, is the possibility to regenerate it. In this connection evaluation of XAD resin regeneration methods efficiency was performed. Supelite DAX-8, Amberlite XAD-4 and Amberlite IRA-958 nonionic macroporous resins were used in the experiments. Experiments included resin preparation by initial regeneration, resin saturation with NOM and final resin regeneration. Experiments were carried out on the model solution and surface water taken from Odra River (Poland). Regeneration was conducted in a column system with the use of two methods. The first one was in accordance with Chow et al. procedure. The second one comprised of successive resin rinsing with redistilled water, 0.1 n NaOH, 0.1 n HCl, 0.1 n NaOH, redistilled water, methanol, acetonitrile, methanol and redistilled water. Preliminary research that were conducted in order to evaluate sorption performance in column system revealed that in all cases same schema could be observed: in few initial minutes, UV 254 nm absorbance, colour and dissolved organic carbon concentration in column effluent was constant, then started rising until reaching feed solution values. It is noticeable that none of the resins adsorbed all contaminants at any time. Subsequent experiments has shown that developed by Chow et al. method of saturated resins regeneration was not able to restore their initial sorptive capacity. Regeneration procedure developed by paper authors allowed full regeneration of NOM saturated resin, even after second saturation-regeneration cycle. Influence of regeneration time on resin sorption capacity restoration efficiency was also observed: longer regeneration resulted in better results. The best effects of resin regeneration was observed for 3 h contact time with each regenerant solution.

7

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.

8

Zastosowanie procesów membranowych do oczyszczania wody. Część 2: Procesy z membranami jonowymiennymi

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2014

|

Nr 1

30--34

PL

W pracy scharakteryzowano ważniejsze procesy membranowe, które są stosowane do odsalania i usuwania niepożądanych składników jonowych z wody: elektrodializę, elektrodejonizację i dializę Donnana. W procesach tych stosowane są membrany jonowymienne, które umożliwiają selektywny transport określonego rodzaju jonów: anionów (membrany anionowymienne) lub kationów (membrany kationowymienne). W grupie omawianych procesów największe znaczenie aplikacyjne w oczyszczaniu wody ma elektrodializa. Proces ten stosowany jest przede wszystkim do odsalania wód o stosunkowo niskim zasoleniu (do 5 g/ dm3) w celu otrzymania wody do picia. W wyniku zastosowania w elektrodializerze membran monosełektywnych, możliwe jest skuteczne usunięcie z wody szkodliwych anionów: azotanów i fluorków. Elektrodejonizacja jest końcowym procesem demine-ralizacji wody, w którym otrzymuje się wodę wysokiej jakości wymaganą m.in. w energetyce i przemyśle elektronicznym. Dializa Donnana umożliwia, w wyniku wymiany jonów, usunięcie z wody szkodliwych anionów (azotanów i fluorków) lub zmiękczenie wody przed odsalaniem w procesie elektrodializy.

EN

In the paper were characterized prime processes applied for water desalination and undesirable ion removal: electrodialysis, electrodeionization and Donnan dialysis. In these processes ion-exchange membranes are used: anion-exchange membranes, for selective anion transport and cation-exchange membranes, for selective transport of cations. Of the covered processes, electrodialysis is a process of the dominant importance in water treatment. It is applied for desalination of brackish water (with salinity up to 5 g/L) for drinking purposes. When the process involves mono-anion-selective membranes, it makes possible to remove harmful anions from potable water: nitrates and fluorides. Electrodeionization is applied for water demineralization and the process delivers highrquality water that is required in power industry and electronics. Donnan dialysis, the process based on ion exchange, enables harmful anion removal from potable water (nitrates and fluorides) or water softening before electro-dialytic desalination.

9

Usuwanie bromków i bromianów z wody w procesie wymiany anionów przez membranę jonowymienną

Wiśniewski J. A., Kabsch-Korbutowicz M., Łakomska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2013

|

Tom 15, cz. 2

1260--1273

EN

Bromide ions are present both in surface and ground water and their concentration ranges from several to 800 µg/L. Bromides are not reported to be detrimental to human health but their presence in the water being disinfected is a contributing factor in the formation of harmful disinfection by-products (DBP). During water disinfection with chlorine, bromides are oxidized to hypobromous acid (HOBr), which reacts with natural organic matter (NOM) to form carcinogenic brominated trihalomethanes (BrTHM). When ozone is used in water disinfection, bromides are oxidized to hypobromite ions (OBr-/) and thereafter to bromates (BrO3-). Bromates are ions exerting a carcinogenic effect on human organisms. According to the data published by the US Environmental Protection Agency, the lifetime risk of cancer disease amounts to 10-4, for a man consuming daily 2 L of water containing 5 μg BrO3-/L. The above data prove that bromides or bromates should be removed from drinking water. Among the methods used for this purpose, coagulation (for bromide removal) and granular activated carbon adsorption or reverse osmosis (for bromate removal) provide the highest removal efficiency. We proposed Donnan dialysis with anion-exchange membrane for removal of bromides or bromates from water. In this process, an anion-exchange membrane separates two solutions: the feeding solution (with harmful anions) and the receiver (with a simple salt of a relatively high concentration). Transport of the driving anions (e.g. chlorides) from the receiver to the feeding solution induces an equivalent, oppositely directed anion flow to the receiver. In this way the harmful anions that occur in the solution being treated (bromides or bromates) are replaced with neutral ions from the receiver (i.e. chlorides). Donnan dialysis was performed in a laboratory dialytic set-up containing 20 cell pairs with anion-exchange membranes, Selemion AMV (Asahi Glass) or Neosepta ACS (Tokuyama Corp.). The working area of the membranes amounted to 0.140 m2. The feed was natural water enriched with bromide salt (500 µg Br-/L) or with bromate salt (50 µg BrO3-/L). The receiver was NaCl solution with concentration ranging from 50 to 300 mM. It was found that Donnan dialysis with the anion-exchange membrane Selemion AMV enables high removal efficiency of bromides from natural water containing 500 µg Br-/L. The efficiency of bromide removal amounts to 86% at a relatively low NaCl concentration in the receiver (100 mM). The exchange of bromide ions for chloride ions is paralleled by the exchange of associated anions: sulphates (with 76% efficiency) and bicarbonates (with 70% efficiency). Compared to the anion-exchange process with Selemion AMV, the process involving Neosepta ACS (an anion-exchange membrane of a compact surface structure) provides a higher efficiency of bromide removal that amounts to 90%. In this process, retention of the associated anions is relatively high: sulphates are exchanged for chlorides with the efficiency of 3% and bicarbonates – with the efficiency of 43%. The anion-exchange process with the membrane Selemion AMV offers complete removal of bromates from natural water (containing 50 µg BrO3-/L), when salt concentration in the receiver is low (100 mM NaCl). There is aconcomitant exchange of other anions for chloride ions: sulphates are exchanged for chlorides with the efficiency of 93% and bicarbonates – with the efficiency of 73%. The anion-exchange process also provides complete removal of bromates from natural water, when use is made of the Neosepta ACS membrane. However, the exchange of sulphate ions and bicarbonate ions for chloride ions is poor (3% efficiency and 47% efficiency, respectively). Such treatment approach may be recommended for implementation, when the concentration of anions (especially that of bicarbonates) in the water to be treated is low.

10

Zastosowanie procesu wymiany jonowej do usuwania naturalnych substancji organicznych z wody

Kabsch-Korbutowicz M.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 1

11--18

PL

Omówiono zastosowanie procesu wymiany jonowej do usuwania z wody naturalnych makrocząsteczek organicznych. Możliwość ta wynika z faktu, iż znaczna część naturalnych substancji organicznych ma charakter makroanionów i stąd mogą być one usuwane na żywicach anionowymiennych. Także frakcja związków organicznych pozbawiona ładunku elektrycznego może zostać usunięta z wody wyniku adsorpcji na jonitach. Wykazano, że o skuteczności usuwania naturalnych substancji organicznych decydują m.in. właściwości fizyczno-chemiczne oczyszczanej wody, właściwości stosowanej żywicy oraz sposób realizacji procesu wymiany jonowej. Korzyści wynikające z wykorzystania wymiany jonowej do usuwania makrocząsteczek organicznych z wody to – oprócz bardzo wysokiej skuteczności – także minimalne wtórne zanieczyszczenie wody oraz bardzo niewielkie ilości odpadów wymagających zagospodarowania. Dodatkowo, coraz częstsze stosowanie tej techniki w układach oczyszczania wody wynika z faktu, iż koszty inwestycyjne i eksploatacyjne procesu wymiany jonowej są porównywalne do kosztów równie skutecznych metod oczyszczania wody ze związków organicznych, np. nanofiltracji lub adsorpcji na węglu aktywnym.

EN

Application of ion exchange process to removal of natural organic matter (NOM) from water was discussed. The majority of natural organic particles show properties of macroions and therefore they may be removed using anion exchange resins. Also, the fraction of organic compounds lacking electric charge may be removed from water using ion exchange adsorption. It was proved that efficiency of NOM removal depends, among others, on the physicochemical properties of water being purified, type and properties of the resin used as well as on the ion exchange method. The advantages of ion exchange process application to NOM separation from water include, apart from very high efficiency, minimum secondary water contamination and low amount of wastes to be disposed. Additionally, an increasing popularity of ion exchange in drinking water treatment results from investment and operating costs being comparable to costs of equally effective water treatment processes like nanofiltration or activated carbon adsorption.

11

Zastosowanie procesów membranowych do oczyszczania wody. Część 1: Ciśnieniowe procesy membranowe

Kabsch-Korbutowicz M., Wiśniewski J. A.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 12

481--486

PL

Pogarszająca się jakość wód naturalnych, ich malejące zasoby oraz coraz wyższe wymagania stawiane wodzie przeznaczonej do spożycia powodują, że ciągle trwają poszukiwania nowych, wysokosprawnych i ekonomicznych technik uzdatniania wody. Takimi technikami są procesy membranowe. Najczęściej do tego celu wykorzystywane są procesy, w których siłą napędową, wymuszającą transport przez membranę, jest różnica ciśnień. Do tej grupy zaliczane są mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja i odwrócona osmoza. W artykule omówiono możliwości wykorzystania tych technik do usuwania zanieczyszczeń fizycznych, chemicznych oraz mikrobiologicznych.

EN

Deterioration of natural waters quality, decrease of its reserves and increase of requirements concerning the quality of potable water, results in search of new, efficient and economic techniques of water treatment. Such a method are membrane processes, among which pressure driven processes are the most often applied. This group of processes contains microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis. In the paper the possibilities of physical, chemical and microbiological pollutants removal from water intended for consumption are discussed.

12

Naturalne związki organiczne w wodach i metody ich usuwania

Urbanowska A., Kabsch-Korbutowicz M.

Instal

|

2012

|

nr 6

44-49

PL

Substancje organiczne, w formie rozpuszczonej lub nierozpuszczonej, występują w każdym rodzaju wód na kuli ziemskiej. Nawet w potocznie uważanych za czyste, wodach z głębokich jezior znajdujących się na terenach oddalonych od skupisk ludzkich, obserwuje się występowanie tych związków. W wodach niezanieczyszczonych na skutek działalności człowieka, o poziomie zanieczyszczenia związkami organicznymi decydują naturalne substancje organiczne (NOM), będące produktami rozkładu organizmów roślinnych i zwierzęcych lub stanowiące wydzielinę makro - i mikroorganizmów. Ze względu na zaostrzające się wciąż przepisy dotyczące jakości wody do picia ważne jest ich usunięcie. Spośród wielu procesów pozwalających na usunięcie z wody substancji organicznych, najczęściej w zakładach uzdatniania wody zastosowanie znajdują koagulacja i adsorpcja na węglu aktywnym. Oprócz tego coraz większym zainteresowaniem cieszą się niskociśnieniowe procesy membranowe, tj. mikro - (MF) i ultrafiltracja (UF), które pozwalają na usunięcie z wody wielu domieszek i zanieczyszczeń.

EN

Dissolved or particulate organic substances are present in every type of freshwater source around the world. Even in the deep lakes commonly assumed as clean and located far from populated areas, the natural substances are present. In the water sources not contaminated with anthropogenic pollution, the natural organic matter (NOM) plays dominant role as a main natural contaminant. NOM is a product of decomposition of animals and plants or macro - and microorganisms excretions. The NOM removal from water has become imperative as stringent regulations concerning drinking water increased. To remove NOM from water, most frequently coagulation and activated carbon adsorption are used. Recently, water treatment facilities are also making use of low-pressure membrane filtration processes: micro - (MF) and ultrafiltration (UF) making it possible to separate various contaminants from water.

13

Sztuczne sieci neuronowe jako narzędzie do modelowania zagadnień związanych z inżynierią środowiska - stan wiedzy

Kabsch-Korbutowicz M., Kutyłowska M.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2012

|

Nr 5

228-232

PL

W pracy ukazano możliwość zastosowania sztucznych sieci neuronowych (SSN) jako alternatywy dla typowych modeli matematycznych. Jest to narzędzie za pomocą, którego można w szybki oraz dokładny sposób przewidzieć i zaprognozować wiele zmiennych parametrów. Cechy sieci neuronowych sprawiają, że możliwa jest analiza zjawisk charakteryzujących się nieliniowością oraz aproksymacja funkcji wielu zmiennych. Przedstawiono przykłady zastosowania SSN do modelowania wybranych zjawisk i procesów w inżynierii środowiska.

EN

In this paper the possibilities of using artifical neural networks (ANN) as an alternative to conventional methematical models are displayed. It is a tool which can be a quick and accurate way to predict and forecast the number of variables. Features of neural networks (make) it possible to analyze the phenomena that characterize the nonlinearity and approximation of functions of several variables. Examples of application of ANN for modeling of selected phenomena and processes in environmental engineering are presented.

14

Elektrodialityczne oczyszczanie solanki po regeneracji jonitów wykorzystywanych do usuwania naturalnych substancji organicznych z wody

Kabsch-Korbutowicz M., Wiśniewski J., Łakomska S., Urbanowska A.

Ochrona Środowiska

|

2011

|

Vol. 33, nr 2

35-38

PL

Skutecznym procesem usuwania z wody naturalnych substancji organicznych o charakterze jonowym jest wymiana jonowa na żywicach anionowymiennych. W procesie tym powstają roztwory poregeneracyjne, których zagospodarowanie nie zostało jeszcze do końca rozwiązane. W omawianych badaniach określono skuteczność procesu elektrodializy w odzyskiwaniu chlorku sodu z solanek poregeneracyjnych zawierających substancje organiczne. Przebieg procesu przeanalizowano stosując dwa typy membran - Neosepta AMX/CMX i Neosepta ACS/CMS, przy różnym stosunku objętości roztworu zasilającego (diluatu) do roztworu odbierającego (koncentratu) - 5:5, 5:4 i 5:3. Przedmiotem badań były roztwory 12% NaCl o różnej zawartości kwasów humusowych (100 g/m3 i 1000g/m3). Uzyskane wyniki wykazały, że zastosowanie procesu elektrodializy pozwoliło na skuteczne oczyszczenie solanki poregeneracyjnej do stanu umożliwiającego ponowne jej użycie. Ponad-to wykazano, że do uzyskania najmniejszej ilości substancji humusowych w koncentracie najkorzystniejsze było zastosowanie monoselektywnych membran Neosepta ACS/CMS, przy stosunku objętości diluatu do koncentratu równym 5:4.

EN

Ion exchange involving anion-exchange resins is an efficient process of natural organic matter removal from water. However, an inherent part of the process is the formation of spent regenerant salts, a by-product whose disposal still raises some environ-mental problems. The study reported on in this paper aimed at assessing the efficiency of the electrodialysis process when used for sodium chloride recovery from spent brines containing organic substances. The course of electrodialysis was examined using two types of membranes, Neosepta AMX/CMX and Neosepta ACS/CMS, as well as various ratios of the feed solution (diluate) volume to the receiver solution (concentrate) volume (5:5, 5:4 and 5:3). Experiments were carried out with 12% NaCl solutions differing in the content of humic substances (100 g/m3 and 1000 g/m3). The study has produced the following findings: (1) The efficiency of the electrodialytical treatment of the spent brine was sufficiently high to enable the reuse of the recovered NaCl solution, and (2) the quantity of humic substances in the concentrate was the lowest, when use was made of the monoselective membrane Neosepta ACS/CMS and the diluate to concentrate volume ratio of 5:4.

15

Use of artificial intelligence in predicting the turbidity retention coefficient during ultrafiltration of water

Kabsch-Korbutowicz M., Kutyłowska M.

Environment Protection Engineering

|

2011

|

Vol. 37, nr 2

75-84

EN

The artificial neural network (ANN) is widely used as new mathematical tool offering an alternative way of dealing with complex problems. To predict water quality after coagulation/ultrafiltration processes using an immersed membrane, various structures of multilayer perceptrone with one hidden layer were created. Feed water turbidity, turbidity in a tank, pH and temperature in the tank as well as transmembrane pressure and permeate flux were treated as input signals. Based on the best network chosen, prognosis of water quality was done. The created ANN was able to predict very accurately behaviour of a real system with relative errors of turbidity retention coefficient equal to 2.16×10(-2).

16

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%.

17

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.

18

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do prognozowania zmian mętności wody po procesie koagulacja/ultrafiltracja

Kabsch-Korbutowicz M., Kutyłowska M.

Ochrona Środowiska

|

2010

|

Vol. 32, nr 2

15-20

PL

Sztuczne sieci neuronowe w technologii oczyszczania wody mogą być wykorzystywane jako alternatywna metoda matematycznego modelowania funkcji wielu zmiennych. W pracy opisano możliwość wykorzystania sztucznych sieci neuronowych do prognozowania mętności wody infiltracyjnej oczyszczonej w zintegrowanym procesie koagulacja/ultrafiltracja. Do prognozowania mętności filtratu stworzono różne struktury wielowarstwowego perceptronu z jedną warstwą ukrytą. Sygnałami wejściowymi do sieci były mętność wody dopływającej, mętność wody po koagulacji, ciśnienie transmembranowe, strumień filtratu oraz temperatura i pH wody. Na wyjściu sieci znajdował się jeden neuron symbolizujący wartość współczynnika określającego skuteczność zmniejszenia mętności wody oczyszczonej. Wykazano, że sieć neuronowa o parametrach MLP 7-9-1 charakteryzowała się najmniejszym błędem średniokwadratowym w prognozowaniu. W przypadku tej sieci współczynnik korelacji wynosił 84,38%. Uzyskane wyniki wskazują na wystarczającą (choć nie idealną) zbieżność prognozy z danymi doświadczalnymi z pilotowej stacji oczyszczania wody infiltracyjnej.

EN

Artificial neural network modeling is widely used in water treatment techno-logy as an alternative method to deal with functions of several variables. In the study reported on in this paper consideration was given to the possibilities of using artificial neural networks to predict the turbidity of infiltration water after treatment by the integrated coagulation/ultrafiltration process. To forecast the turbidity of the permeate it seemed advisable to create different structures of the multilayer perceptrone with one hidden layer. Raw water turbidity, water turbidity after coagulation, transmembrane pressure, permeate flux, water temperature and water pH were adopted as input signals. One neuron at the output of the network described the value of the turbidity retention coefficient. It has been demonstrated that the neural network of the parameters MLP 7-9-1 was characterized by the least mean-square error in forecasting. For this network the coefficient of correlation equaled 84.38%. Simulation results have revealed that the convergence with experimental data was sufficiently good (although not ideal).

19

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.

20

Oczyszczanie wody w hybrydowym procesie wymiana jonowa - filtracja na membranach ceramicznych

Kabsch-Korbutowicz M., Urbanowska A.

Instal

|

2010

|

nr 11

47-49

PL

Procesy membranowe z użyciem membran ceramicznych są coraz częściej stosowane do uzdatniania wody, w tym do usuwania z niej naturalnych substancji organicznych. Wobec niewystarczającej skuteczności separacji oraz ze względu na podatność membran na blokowanie są one łączone z innymi procesami tworząc układy zintegrowane (gdy kolejne procesy nastepują po sobie) lub hybrydowe (gdy różne procesy są realizowane jednocześnie). Jednym z takich rozwiązań może być proces hybrydowy łączący ultrafiltracje z wymianą jonową. W badaniach określono skuteczność oczyszczania wody z Odry w procesie hybrydowym łączącym wymiane jonową z filtracją na membranach ceramicznych. Efektywność procesu przeanalizowano dla dwóch membran ultrafiltracyjnych i jednej mikrofiltracyjnej oraz dla czterech żywic anionowymiennych. Uzyskane wyniki wykazały, że zastosowanie procesu hybrydowego pozwala na poprawe skuteczności oczyszczania wody, a ponadto pozwala na ograniczenie intensywności blokowania membran.

EN

Membrane processes with the use of ceramic membranes are nowadays often applied in water treatment (among others in natural organic matter removal). Due to insufficient separation efficiency and membrane blocking susceptibility these processes are combined with others forming integrated (when processes are implemented consecutively) or hybrid (when processes are realized simultaneously) process. An ultrafiltration-ion exchange hybrid process is an example of such technique. In the study, the efficiency of natural water from Odra River treatment in an ion exchange - ceramic membrane filtration hybrid process was examined. One microfiltration and Iwo ultrafiltration membranes as well as four anion-exchange resins were used to evaluate process efficiency. Obtained results have shown that the hybrid process can improve water treatment efficiency as well as allows to reduce membrane blocking intensity.