Membranen zijn halfdoorlaatbare scheidingsmedia (dunne platen materiaal) die het mogelijk maken om de ene stof van de andere te isoleren, door selectief alleen de gewenste stof door te laten. Het mechanisme vereist dat de vloeistof door de membraanporiën wordt geduwd, zodat de scheiding plaatsvindt.
Bij waterbehandeling worden membranen ontworpen om water te scheiden van verontreinigingen op basis van eigenschappen als deeltjesgrootte of lading[1]. Het water gaat door en laat grotere deeltjes, micro-organismen en andere verontreinigingen achter.
In vergelijking met andere processen hebben membranen het voordeel dat ze een scheidingsmethode zijn met een laag energieverbruik, in tegenstelling tot verdamping of destillatie, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid warmte wordt toegevoegd om de scheiding te bereiken.
In het algemeen verminderen membraanprocessen het aantal handelingen van de eenheid en werken ze continu en automatisch[2] zonder dat er bewegende delen in het systeem nodig zijn, met uitzondering van pompen of compressoren, die nodig zijn om de vloeistof door de membranen te bewegen en te duwen.
Membranen vormen een aantrekkelijk alternatief voor conventionele afvalwaterbehandelingsprocessen, omdat er geen chemicaliën aan toegevoegd hoeven te worden (alleen voor de reiniging van de membranen), het proces eenvoudig is met eenvoudige regelsystemen en een lage onderhoudsbelasting [2], en meestal een lage voetafdruk heeft.
Toch hebben membraansystemen, net als alle andere, ook enkele nadelen, omdat vervuiling de belangrijkste is[2].
Fouling
Fouling, of membraanvervuiling, treedt op wanneer zwevende of opgeloste vaste stoffen zich ophopen op het externe membraanoppervlak (waardoor een koekje ontstaat), of op/in de poriën (poriënverstopping of -blokkering)[3]. Fouling resulteert in een hoger energieverbruik om de vloeistof door te drukken, vermindering van de permeaat (gezuiverde stof) flux in de tijd[2], een hogere reinigingsfrequentie en een kortere levensduur van het membraan[3] (een gemiddelde levensduur van het membraan van drie tot zes jaar). Poriën kunnen verstopt raken met klei en organisch materiaal als deeltjesrijke stromen niet vooraf gefilterd worden[1].
Fouling is een van de grootste problemen die heeft geleid tot de perceptie dat membranen onbetrouwbaar en duur zijn[4], omdat fouling de permeaatstroom vermindert[2]. Er zijn echter tot nu toe geoptimaliseerde reinigingscycli vastgesteld die in veel gevallen een combinatie zijn van fysieke en chemische reinigingsmethoden. Bovendien zullen membraanprocessen altijd twee stromen produceren, het permeaat en het retentate, wat de stroom met de resterende verontreinigingen is. Retentate, moet meestal verder worden behandeld voordat het wordt afgevoerd, omdat het in feite een geconcentreerde voedingsstroom is[6]. In de industrie worden terugwinningsratio’s tot 85% gezien, waardoor een zeer geconcentreerde stroom overblijft om te lozen of te gebruiken voor verdere winning van grondstoffen (nullozing van vloeistoffen).
De genoemde nadelen hebben de verspreiding van de membraantechnologie wereldwijd echter niet beperkt. Toenemende bevolking, groeiende bezorgdheid over verontreinigingen in het water, afname van veilige schone en gemakkelijk toegankelijke waterbronnen, de huidige en voorspelde waterschaarste[8], samen met de grote hoeveelheden die de waterindustrie gebruikt[9], zijn factoren die de maatschappij en de technologie aanzetten tot technieken en praktijken die het mogelijk maken om te rekenen op schoon water met een gering energiegebruik. Niet tevergeefs wijzen membranen zich momenteel toe als een miljardenindustrie[8] en staan ze als een betrouwbare optie als het gaat om waterhergebruik.
De noodzaak van een transitie naar een schonere en energiezuinigere wereld, vergezeld van een inzet van industrieel en huishoudelijk hergebruik van afvalwater, zet de membraantechnologie aan tot optimalisatie. Dit leidt tot een verlaging van de totale levenscycluskosten, waardoor membranen ontegenzeggelijk de belangrijkste technologie van de toekomstige waterzuivering worden.
BOSAQ maakt voor haar systemen gebruik van membraantechnologie. Binnen de BOSAQ off-grid drinkwaterproductieapparatuur wordt het gebruik van chemicaliën voor membraanreiniging tot een absoluut minimum beperkt door middel van een slimme inzet van innovatieve ‘groene’ vervuilingspreventiemethoden.
Referenties
[1] N. Academies, ‘Safe Drinking Water Is Essential’, Reports from the National Academies, 01-Sep-2007. [Online]. Available: https://www.koshland-science-museum.org/water/html/en/Treatment/Membrane-Processes.html. [Accessed: 27-Oct-2018].
[2] W. Guo, H.-H. Ngo, and J. Li, ‘A mini-review on membrane fouling’, Bioresour. Technol., vol. 122, pp. 27–34, Oct. 2012.
[3] ‘Membrane fouling’. [Online]. Available: https://www.lenntech.com/membrane-fouling.htm. [Accessed: 28-Oct-2018].
[4] ‘Exploring membrane technology’, edie.net. [Online]. Available: https://www.edie.net/library/Exploring-membrane-technology/2785. [Accessed: 26-Oct-2018].
[5] ‘The Challenge of Membrane Maintenance’, Water & Wastes Digest. [Online]. Available: https://www.wwdmag.com/membranes-microfiltration/challenge-membrane-maintenance. [Accessed: 27-Oct-2018].
[6] P. Zhou, G. M. Brown, and B. Gu, ‘Membrane and Other Treatment Technologies — Pros and Cons’, in Perchlorate: Environmental Occurrence, Interactions and Treatment, B. Gu and J. D. Coates, Eds. Boston, MA: Springer US, 2006, pp. 389–404.
[7] ‘Membrane Filtration’, Water Quality Products. [Online]. Available: https://www.wqpmag.com/membrane-filtration. [Accessed: 27-Oct-2018].
[8] J. Nemeth-Harn, ‘What is Membrane Water Treatment Technology and Why Do We Specialize In It?’ [Online]. Available: http://blog.harnrosystems.com/what-is-membrane-water-treatment-technology-and-why-do-we-specialize-in-it. [Accessed: 27-Oct-2018].
[9] A. the A. P. Manison, ‘Sustainable membranes for wastewater applications’, Water Technology, 01-May-2013. [Online]. Available: https://www.watertechonline.com/sustainable-membranes-for-wastewater-applications/. [Accessed: 27-Oct-2018].
