1

1. Uvod

Voda je obnovljivi resurs, no samo ograničena količina pitke vode može biti

iskorištena u nekom vremenskom razdoblju. Vrlo je vjerojatno da će u bližoj budućnosti

porasti oskudice, nestašice i napetosti povezane s vodom te će ona predstavljati žariše sukoba

(Gereš, 2003).

Ubrzano povećanje populacije, sve stroži zahtjevi o kvaliteti vode i troškovi

proizvodnje vode za piće pobuđuju interes za primjenu membranskih tehnologija u pripremi

vode za piće i recikliranju otpadne vode. Sekundarno korištenje upotrijebljenih voda je

relativno malo u odnosu na ukupnu uporabu voda, ali je u stalnom porastu. Najveću

tendenciju rasta ima u područjima koja oskudijevaju vodom. Zahvaljujući brojnim

prednostima, membranski separacijski procesi postupno potiskuju i zamjenjuju

konvencionalne procese u tehnologiji vode, ponaprije u proizvodnji vode za piće i procesne

vode, te u obradi otpadnih voda.

Glavna prepreka široj primjeni uronjivih membranskih filtracijskih tehnologija je neizbježno

čepljenje membrana koje dovodi do smanjenja permeabilnosti i povećanja operativnih

troškova (Yamamura i sur., 2007; Birima i sur., 2009).

2. Teorijski dio

2.1. Voda za piće

Voda za piće jest sva voda koja je u svojem izvornom stanju ili nakon obrade namijenjena za

piće, kuhanje, pripremu hrane ili druge kućanske namjene, neovisno o njenom porijeklu, te

neovisno o tome da li se isporučuje razvodnim mrežama, cisternama ili bocama ili

spremnicima, kao i sva voda koju subjekti u poslovanju s hranom upotrebljavanju za

proizvodnju, preradu, konzerviranje ili prodaju proizvoda ili tvari namijenjenih za

konzumaciju ljudi.

Zdravstveno ispravnom vodom za piće smatra se voda koja:

a) ne sadrži mikroorganizme, parazite i njihove razvojne oblike u broju koji predstavlja

opasnost za zdravlje ljudi,

2

b) ne sadrži tvari u koncentracijama koje same ili zajedno s drugim tvarima predstavljaju

opasnost za zdravlje ljudi,

c) ne prelazi vrijednosti mikrobioloških, fizikalno-kemijskih i radioloških pokazatelja

ispravnosti vode za piće koje su navedene u Pravilniku o zdravstvenoj ispravnosti vode za

piće (NN, 47/08).

2.2. Membranska tehnologija

Membranska tehnologija je pouzdanija, ekološki prihvatljivija i praktičnija od

konvencionalnih tehnologija, te proizvodi vodu iznimne kvalitete. Međutim, njezina primjena

je donekle ograničena zbog problema čepljenja koje smanjuje produktivnost, kvalitetu

permeata i učinak obrade (Zularisam i sur., 2010).

Membranski postupci se definiraju kao postupci koji pomoću membrane dijele ulaznu

struju na dvije struje: permeat koji sadrži tvari koje prolaze kroz membranu i koncentrat

(retentat) koji sadrži koncentrirane otopljene tvari koje membrana zadržava. Razlikuju se

prema pokretačkoj sili, gradijentu tlaka, gradijentu električnog potencijala i gradijentu

kemijskog potencijala.

Tlačni membranski postupci su reverzna osmoza (RO), nanofiltracija (NF),

ultrafiltracija (UF) i mikrofiltracija (MF), dok su elektrodijaliza i dijaliza rezultat gradijenta

električnog, odnosno kemijskog potencijala. Osnovne razlike između navedenih postupaka su

u korištenom tlaku i veličini čestica koje membrana zadržava. Princip tlačnog membranskog

postupka je da se primjenom tlaka većeg od osmotskog na otopinu, neke komponente otopine

protiskuju kroz membranu. Pokretačka sila je razlika tlaka (transmembranski tlak). Veličina

pora membrana pada od MF do RO, a time raste tlak jer je hidrodinamički otpor sve veći

(Dolar, 2009).

Filtracija se može provesti na dva načina: klasično i tangencijalno. Kod klasične

filtracije voda dolazi na membranu pod pravim kutom i sva prolazi. Filtrirana tvar ostaje na

membrani (eng. „dead-end“) i stvara filtracijsku naslagu (filtracijski kolač). Primjenjuje se

kad je filtracijski medij relativno skup, a membrana jeftina jer brzo dolazi do čepljenja

membrane, ali se iskoristi sav medij. Kod tangencijalne filtracije (engl. cross-flow filtration)

voda ulazi paralelno s membranom brzim protokom pri čemu dolazi do turbulentnog strujanja

koje smanjuje taloženje filtrirane tvari na površinu membrane. Koncentrat s filtriranom tvari

se kontinuirano odvodi pa membrana ima dulji period rada s obzirom na čepljenje.

3

Iskorištenje na samoj membrani je nisko. Primjenjuje se kad je filtracijski medij relativno

jeftin, a membrana skupa (Mijatović i Matošić, 2010).

Slika 1. Usporedba klasične i tangencijalne filtracije

.

2.2.1. Mikrofiltracija

Mikrofiltracija je membranski proces koji najviše podsjeća na klasičnu grubu filtraciju. Pore

membrana za mikrofiltraciju kreću se od 0,05 do 10 μm, što je čini pogodnom za uklanjanje

grubih disperzija u vodi. Mikrofiltracija ima široku primjenu u laboratorijima i industriji, gdje

treba ukloniti čestice veće od 0,1 μm od otapala. U laboratorijima se koristi klasična (dead

end) filtracija, dok je u industriji zastupljenija tangencijalna (cross-flow) filtracija. MF se

često koristi za filtraciju i bistrenje različitih pića (vino, pivo, različiti sokovi) i za sterilizaciju

otopina koje se u farmaceutskoj industriji koriste za proizvodnju lijekova. Veoma je značajna

upotreba i u biotehnologiji gdje se MF koristi za odvajanje mikrobnih stanica pri

biotehnološkim fermentacijima i konverzijama. Od početka 1990-tih MF se koristi u obradi

vode za piće u svrhu smanjenja broja virusa i određenih mikroorganizama kao što je Giardia

da bi se zadovoljile zakonske regulative. U usporedbi sa ostalim membranama (UF,NF i RO)

membrane za MF su znatno jeftinije i omogućavaju velike flukseve vode kroz membranu uz

korištenje znatno nižih tlakova (od 0,1 do 2 bar) od ostalih membrana, što ih čini

najzastupljenijima u svijetu. (Mijatović i Matošić, 2010).

4

2.2.2 Ultrafiltracija

UF je membranski proces separacije otopljenih tvari veće molekularne mase iz otopine

primjenom vanjskog tlaka. Ovaj proces se razlikuje od NF i RO po veličini molekula koje se

separiraju i po tlakovima koji se upotrebljavaju. Veličina pora UF membrana je između 0,05

μm i nekoliko nm. UF membrane su uglavnom asimetrične, što znači da prema ulaznoj

otopini membrana ima najmanje pore, koje se proz presjek membrane povećavaju prema

strani permeata omogućavajući tako filtraciju i čvrstoću membrane koju daje deblji, pozoniji

dio. Ovaj postupak posebno je povoljan za odvajanje iz otopina toplinski i kemijski osjetljivih

tvari, kao što su prehrambeni proizvodi i drugi biološki materijali. UF se koristi u mliječnoj,

farmaceutskoj, tekstilnoj i kemijskog industriji, metalurgiji itd. U tehnologiji vode koristi se

za uklanjanje organskih molekula veće mase iz vode i za uklanjanje koloida kao što su željezo

i silikati. Treba napomenuti da se ultrafiltracijom uklanjaju sve bakterije iz vode, što je čini

metodom dezinfekcije. (Mijatović i Matošić, 2010).

2.3. Tipovi membrana i membranskih modula za UF i MF

Membrane se mogu proizvesti od velikog broja različitih materijala, a najlakše ih je podijeliti

na membrane od organskih polimera i na membrane od anorganskih polimera. Polimeri za

izradu membrana moraju imati sposobnost što većeg propuštanja otapala, što veći faktor

separacije prema filtriranoj tvari, mehaničku otpornost, te kemijsku otpornost i to ponajprije

prema sredstvima za čišćenje membrana. (Mijatović i Matošić, 2010).

Nakon proizvodnje membrane se slažu u membranske module koje se sastoje od same

membrane, kućišta i nosača membrane, te sustava za dovod vode i odvod permeata i

koncentrata. Najvažniji membranski moduli su:

Filtar preša

Modul sa šupljim vlaknima

Cijevni modul

Spiralni namotaj

Izvedba spiralnog namotaja i filtar preše upotrebljavaju ravne membrane u obliku ploče,a

cijevni i modul sa šupljim vlaknima, membrane u obliku cjevčica ili vlakana. Razlika između

membrana koje upotrebljavaju membrane u obliku cjevčica je u promjeru samih membranskih

5

vlakana. Promjer membranskih vlakana je tako >10 mm za cijevne,a od 0,1 do 10 mm za

modul sa šupljim vlaknima (Mijatović i Matošić, 2010).

Filtar preše imaju više različitih konfiguracija. Najčešće se upotrebljava filtar preša koja se

sastoji od dvije ravne membrane između kojih se nalazi tanki plastični razdjelnik u obliku

ploče. Ulazna voda ulazi između svake od membrana i razdjelnika, permeat prolazi kroz

membrane, a voda koja ne prođe kroz membranu kao koncentrat se odvodi s membrane.

Mnogo tako građenih filtar preša se pakira zajedno tvoreći membranski modul.(Slika 2.)

Slika 2. Modul filtar preše

Unutar takvog modula može se naslagati oko 100 – 400 m² membranske površine po m³

membranskog modula. Zbog ugradnje velikog broja razdjelnika i brtvi cijena modula filtar

preše je dosta visoka, a gustoća pakiranja membrana je relativno niska. Zbog toga se danas

princip filtar preše koristi u manjem broju membranskih procesa i to uglavnom kod reverzne

osmoze i ultrafiltracije (Mijatović i Matošić, 2010).

Prednosti filtar preša:

membrane mogu biti postavljene vrlo blizu jedna drugoj, pa se na taj način sprječava

polarizacija koncentracije na membrani

jednostavno čišćenje (membrane se mogu vrlo lako razdvojiti) (Nath, 2008.)

6

Postoji još jedna izvedba ovog tipa modula, a to je modul s membranom u obliku

ploče koji kao pokretačku silu filtracije koristi vakuum. Sastoji se od dvije membrane koje se

spajaju na okvir koji sadrži mali kanal za izlaz permeata. Primjenom vakuuma s unutrašnje

strane membranskog okvira postiže se tok vode s vanjske strane membrana kroz membrane u

unutrašnjosti okvira. Ovaj tip membranskog modula se naziva i uronjena membrana, jer se

treba uroniti u otopinu koja se filtrira (Slika 3.).

Slika 3. Pločasta uronjena membrana

Cijevni modul se sastoji od paralelnih snopova, poroznih ili perforiranih membrana u obliku

cjevčica, čiji je promjer veći od 1 cm. (Slika 4.). Cjevčice se ugrađuju u kućište koje može biti

izgrađeno od čelika, plastike ili keramike. Ovakav modul može sadržavati i do 30 cjevčica.

Ulazna voda uvijek ulazi u unutrašnjost cjevčice i filtrira se kroz stijenku prema van, te se kao

permeat odvodi kroz kućište na plaštu dok koncentrat izlazi na suprotnom kraju modula.

Membrane od keramike gotovo uvijek se proizvode kao cijevni modul. Membranska površina

po iskorištenom prostoru odnosno gustoća pakiranja je ovdje najmanja i iznosi otprilike 300

m²/m³ (Mijatović i Matošić, 2010).

7

Slika 3. Cijevni modul

Prednosti cijevnih modula:

može se upotrebljavati u postupcima predobrade

jednostavno mehaničko čišćenje (upotreba spužvi)

zauzimaju relativno malo prostora

začepljivanje membrana se može umanjiti povećanjem protoka (Nath, 2008.)

Membranski modul sa šupljim vlaknima (Slika 4.) se sastoji od mnogo membrana u

obliku cjevčica ili kapilara čiji se slobodni krajevi drže zajedno kao snop koji im omogućuje

da izdrže utjecaj velikog tlaka (Cui i Muralidhora, 2010).

Slika 4. Membranski modul sa šupljim vlaknima

Moduli su obično sastavljeni od 50- 3000 zasebnih šupljih vlakana. Vlakna su

najčešće promjera u rasponu od 0,2-3 mm , osim onih koji se koriste u reverznoj osmozi, čiji

promjer može biti oko 0,04 mm, te mogu izdržati mnogo veći pritisak. Duljina vlakana je u

rasponu od 18 do 120 cm. Kod ovih modula se može postići najveća gustoća pakiranja

8

membrana, čak i do 30,000 m²/ m³. Najpogodnije su za primjenu u području laminarnog

strujanja tekućine (Cui i Muralidhora, 2010).

Pri filtraciji voda može prolaziti kroz membranu smjerom iz unutrašnjosti vlakna

prema van ili iz okoline vlakna u njegovu unutrašnjost. Koji način filtracije će se upotrijebiti

ovisi o primjeni procesa, transmembranskom tlaku, kvaliteti ulazne vode s obzirom na

začepljivanje membrane.

Prednosti membranskog modula sa šupljim vlaknima:

veliki omjer površine i volumena

niska cijena

najjednostavnije čišćenje

mali pad tlaka unutar vlakna

najmanja potrošnja energije

Jedini nedostatak ovih modula je taj da se vlakna mogu lako začepiti kada voda struji kroz

membranu iznutra prema van (Cui i Muralidhara, 2010).

Modul sa šupljim vlaknima se najčešće upotrebljava za ultrafiltraciju i mikrofiltraciju, te rjeđe

za reverznu osmozu.

Modul sa spiralnim namotajem se sastoji od velike pločaste membrane namotane oko

centralne perforirane cijevi koja služi za odvod permeata (Slika 5.). Modul se sastoji od dvije

pločaste membrane koje su odvojene razdjelnikom koji je izgrađen od poroznog polimernog

materijala.

Membrane i razdjelnik se međusobno zalijepe na tri kraja, dok je četvrti kraj otvoren, čime se

dobije oblik koverte. Otvoreni dio se zalijepi na perforiranu centralnu cijev, a čitava

membranska koverta se namota oko perforirane cijevi tako da u unutrašnjost koverte voda

može ući ili izaći samo kroz perforacije na cijevi. S vanjske strane membranske koverte doda

se još jedan razdjelnik koji se namota zajedno s membranom (Cui i Muralidhora, 2010.).

9

Slika 5. Modul sa spiralnim namotajem

2.4. Proizvođači membrana za ultrafiltraciju i mikrofiltraciju

2.4.1. Lenntech

Lenntech je osnovan 1993 u Delftu u Nizozemskoj. Donedavno je bio u na području kampusa

Sveučilišta u Delftu. Specijalizirali su se za razvoj, dizajn, proizvodnju i instalaciju sustava za

pročišćavanje zraka i vode.

Lenntechovo UF postrojenje (Lenntech, 2012) se sastoji od membrana sa šupljim vlaknima

za ultrafiltraciju. Postrojenje ima dvije moguće konfiguracije:

klasična (dead end) filtracija

tangencijalna (cross flow) filtracija sa sustavom filtracije izvana u unutrašnjost

vlakana

Maksimalni radni protok ovog UF postrojenja je 100 m³/h. Primarno se koristi za dezinfekciju

vode. (Slika 5.)

10

Slika 5. Lenntechovo UF postrojenje

Tablica 1. Karakteristike Lenntech-ovog postrojenja

Podzemna voda Morska voda Površinska voda

Zamućenost < 5 NTU < 20 NTU < 50 NTU

Fluks 75 L/m2

h 60 L/m2

h

45 L/m2 h

Iskorištenje 96 % 94 % 85 %

Tip membrane membrana sa šupljim

vlaknima

membrana sa šupljim

vlaknima

membrana sa

šupljim vlaknima

Maksimalni TSS 100 mg/L 100 mg/L 100 mg/L

Maksimalni COD 60 mg/L 60 mg/L 60 mg/L

Maksimalna

koncentracija ulja i

masnoće

2 mg/L 2 mg/L 2 mg/L

11

2.4.2. Mitsubishi Rayon Engineering

Mitsubishi Rayon Engineering je uz Zenon (General Electric) i Kubotu najveći dobavljač

MBR membrana. Kompanija, koja godišnje zarađuje 330 milijuna dolara, bavi se mnogim

područjima koja se odnose na polimerne materijale, i njihov asortiman uključuje membrane

koje se koriste u industrijskim kao i u općinskim sektorima.

Mitsubish Rayon Engineering proizvodi UF membrane za korištenje u obradi vode. Korišteni

materijal za izradu membrana je polietilen. Membrane imaju veličine pora 0,1 µm i pogodne

su za uklanjanje bakterija. Budući da su konstruirane od polietilena, membrane su hidrofilne.

U ponudi su 2 tipa: submerzni i tlačni.

Submerzni tip se koristi za pročišćavanje riječne vode kao i pročišćavanje vode zagađene

različitim uljima (Slika 6. i 7.).

Slika 6. i 7. Mitsubishi Rayon Engineering UF submerzne membrane (Mitsubishi Rayon,

2012)

12

Tablica 2. Karakteristike Mitsubishi Rayon Engineering submerznih membrana

Model Streapore LFB

Tip 13623 27223 40823 54423 68023 81623

Duljina 1202 1202 1202 1202 1202 1202

Širina 400 400 400 400 400 400

Visina 420 840 1260 1670 2100 2520

Materijal Polietilen

Vrsta

membrane

Modul sa šupljim vlaknima

Način rada Submerzni tip

Veličina

pora

0,1 µm

Tlačni tip se najčešće koristi u obradi vode za piće, filtraciji i sterilizaciji bunarskih voda, te

također može se koristi u obradi vode za poslovne zgrade. Česta je primjena također u obradi

vode koja se koristi za bazene, pri uklanjanju različitih metala, kao predtretman desalinizaciji

vode i pri dobivanju ultra čiste vode za industrijske potrebe. Membrane imaju veliki kapacitet

od 1 do 55 m3/h. Za čišćenje osim detergenata i različitih kiselina može veoma efikasno

upotrijebiti zrak koji stvara turbulenciju i sprečava začepljivanje. Također, više membrana se

može postaviti u posudu da rade kao jedna kompaktna jedinica (Slika 8.).

Slika 8. MRE modul sa više tlačnih membrana

13

Tablica 3. Karakteristike Mitsubishi Rayon Engineering tlačnih membrana

Model UMF-2024WFA UMF-2012WFA

Materijal Polietilen i ABS (Modul sa šupljim vlaknima, hidrofilna)

Veličina pora 0,1 µm 0,03 µm

Membranska površina 20 m2

Dimenzije 170 x 808 mm

2.4.3 General Electric

General Electric jedno je od vodećih svjetskih poduzeća na području mjerno-

instrumentacijske opreme. Svojim širokim asortimanom pokriva područja mjerenja u

industriji nafte i plina, energetskoj industriji, procesno industriji i mjerenja na području voda i

otpadnih voda. U svojoj ponudi imaju više vrsta UF, NF, i RO membrana.

Od ultrafiltracijskih membrana GE proizvodi 3 vrste: ZeeWeed 500, ZeeWeed 1000 i

ZeeWeed 1500 (General Electric, 2012). Također nude postrojenja sa više UF membrana kao

i UF membrane za membranske bioreaktore. ZeeWeed 500 moduli su napravljeni od tvrdih i

hrapavih dijelova koji mogu izdržati rad u najtežim uvjetima. ZeeWeed 1000 moduli

omogućavaju filtraciju uz nizak kapital, rad i također imaju dugačak vijek trajanja. ZeeWeed

1500 je membrana pod tlakom za mala i srednja postrojenja.

ZeeWeed membranski sustavi mogu ukloniti čestice koje su veće od pora na membrane

vlakana. Onečišćenja koje postoje u otopljenom obliku, ili su manji od pora, također mogu

biti uklonjene od strane membrane ako ih se prvo prevede u netopljivi oblik ili veće čestice.

14

Tablica 4. Karakteristike efluenta ZeeWeed 500, ZeeWeed 1000 i ZeeWeed 1500 UF

membrana.

Slika 9. ZeeWeed 1500 UF membrana

ZeeWeed 500 ZeeWeed 1000 ZeeWeed 1500

Zamućenost < 0,05 NTU < 0,05 NTU < 0,5 NTU

Bakterije > 4 log > 4 log > 4 log

Giardia Cysts > 4 log > 4 log > 4 log

Cryptosporidium

Oocysts

> 4 log > 4 log > 4 log

Virusi > 2,5 log > 2 log (ovisi o

uporabi)

> 2 log

Ukupne suspendirane

tvari

< 1 mg/L Nije detektirano < 1 mg/L

TOC 50 – 90 % (sa

dodatkom

koagulanta)

50 – 90 % (sa

dodatkom

koagulanta)

50 – 90 % (ovisi o

kvaliteti sirove vode)

Boja < 5 PCU < 5 PCU < 5 PCU

Željezo 0,05 mg/L / 0,05 mg/L (uz

predtretman)

Mangan < 0,02 mg/L / < 0,02 mg/L (uz

predtretman)

SDI < 1 < 1 /

Arsen / / < 5 µg/L

15

2.4.4. Memcor

Memcor, danas dio Siemens grupe, datira još od 1982. godine, a potječe iz Australije. Danas

je Memcor jedna od najvećih proizvođača membrana za mikrofiltraciju i ultrafiltraciju koje se

koriste u obradi vode za piće, pročišćavanju otpadnih voda, kao predtretman desalinizaciji i

proizvodnji vode za industriju. MF membrane su tubularne i dizajnirane su tako da mogu

filtrirati vodu koja sadrži i do 5 % suhe tvari. Također veoma su kemijski inertne tako da

mogu raditi u rasponu pH od 0 do 14. Membrane su građene od PVC-a, polietilena,

nehrđajućeg čelika ili nekog drugog materijala otpornog na koroziju. Membrana osigurava

prepreku za prolaz krutih tvari i za to je sposobna za uklanjanje metala i drugih onečišćenja (

u određenim granicama topljivosti). To također dovodi do uklanjanja većine koloida i stoga

filtrirana voda ima veoma nisku SDI vrijednost i samim time je pogodna za daljnu uporabu.

(Slika 10.)

Slika 10. Memcorov MF membranski sustav (Memcor History, 2012)

2.4.5. Koch Membrane Systems

KMS je osnovan 1963 godine kao privatna tvrtka zvana Abcor. 1970 godine KMS je počeo

proizvoditi UF membrane i sustave, što se pokazalo veoma uspješno tako da su sve druge

tehnike pročišćavanja napuštene. Od tada tvrtka je isključivo usmjerena proizvodnji

membrana i svjetski je lider u tom području.

ROGA ultrafiltracijska membrana je prva membrana sa spiralnim namotajem koja se koristila

u industrijskim procesima. Membrana ima glatku površinu i neutralan naboj a građena je od

celuloze acetata. Radi pri niskom tlaku i veoma je efikasna u uklanjanju organskih tvari iz

16

vode u odnosu na tankoslojne membrane. Također ima veoma veliku otpornost na klor u vodi,

te uklanja do 98 % klora iz vode pri srednjem tlaku. (Slika 11.)

Slika 11. KMS-ova ROGA UF membrana sa spiralnim namotajem (Koch Membrane Systems,

2012)

2.4.6. Pall

Pall-ovi sustavi za dobivanje vode visoke čistoće su dizajnirani u skladu s međunarodnim

zakonima i propisima. Za obradu vode za piće Pall je uveo Pall Aria sisteme koji su

dizajnirani kako bi ispunili zahtjeve u malim zajednicama čija kvaliteta vode ne zadovoljava

propise Svjetske zdravstvene organizacije (WHO). Sistemi mogu otkloniti štetne

kontaminante kao što su fluor i arsen. Također se mogu koristi za otklanjanje različitih

obojenja u vodi. Pall Aria sistem za filtraciju ima kapacitet od 4000 litara kada radi na solarni

sistem, odnosno 12.000 litara kada je spojen na struju. Sistem je također opremljen sa

baterijama, koje mu omogućavaju rad u vrijeme nedostatka sunca ili nevremena, ili u hitnim

slučajevima.

Tablica 5. Karakteristike Pall Aria sistema za filtraciju vode (Pall Corporation, 2012)

Kapacitet

(m3/h)

Radni

tlak (bar)

Maksimalna

radna

temperatura

Iskorištenje Masa (kg) Dimenzije (mm)

Ulazna voda:

0,83 – 0,90

Permeat:

0,5

0,5 – 16 40 ºC 60 % u transportu:

176

360 x 930 x 1600

u radu:

230

280 x 930 x 1600

s baterijom:

240 ili 350

4300 x3100x1500

17

Pall Aria LT serija je sustav za obradu vode za piće. Moduli ovog sustava su napravljeni od

polivinildenflourida (PVDF) koji osiguravaju visoku mehaničku i kemijsku otpornost kao i

dug vijek trajanja. Pall Aria LT sistemi uklanjaju sirok spektar onečišćenja u vod, kao što su

Suspendirane čvrste tvari/zamućenost

Giardia i Cryptosporidium spore

Bakterije

Viruse

Oksidirani mangan i oksidirano željezo

Pall Aria LT sistemi su dosputni u konfiguracijama od 1 do 10 modula i imaju proizvode čistu

vodu za piće pri protocima od 1 do 50 m3/h. Rade automatski, mijenjajući način rada od

ispiranja do filtracije. Pri normalnim uvjetima ljudska snaga kao ni uporaba kemijaklija nije

potrebna. (Slika 12.)

Slika 12. Pall Aria LT series

18

Tablica 6. Karakteristike Pall Aria LT serije

Karakteristike LT 1 LT 2 LT 4 LT 6 LT 8 LT 10

Broj modula 1 2 4 6 8 10

Protok (m3/h) 5 10 18 30 40 50

Masa bez

vode (kg)

225 260 380 800 850 950

Masa sa

vodom (kg)

335 390 650 1500 1600 1750

Dimenzije L

x W x H

(mm)

1500 x

870 x

2700

1500 x

870 x

2700

1500 x

870 x

2700

3270 x

903 x

2678

3514 x

903 x

2678

3753 x

903 x

2678

Napajanje Trofazno

400 V –

50 Hz

Trofazno

400 V –

50 Hz

Trofazno

400 V –

50 Hz

Trofazno

400 V –

50 Hz

Trofazno

400 V –

50 Hz

Trofazno

400 V –

50 Hz

2.4.7. X – Flow

X – Flow je osnovan 1984. godine na Sveučilištu u Twenteu čiji je cilj bio proizvodnja

ultrafiltracijskih membrana visoke kvalitete. Danas X – Flow (Pentair) membrane nalaze se u

postrojenjima diljem svijeta i na gotovo svim bitnim projektima u industriji.

X – Flow Xiga UF membrana sa šupljim vlaknima ima primjenu u obradi površinske kao i

podzemne vode za potrebe vode za piće. Membrana uspješno zadržava virusa kao i bakterije

otporne na klor, kao Cryptosporidium i Giardia. Xiga 40 moduli nude jednostavno rješenje za

dobivanje vode koja odgovara najvećim zahtjevima. Više Xiga 40 modula (do 4) se mogu

postaviti u horizontalno kućište (Slika 13).

19

Slika 13. X – Flow Xiga UF membrane sa šupljim vlaknima (X – Flow, 2012)

Tablica 7. Karakteristike X – Flow Xiga UF membrane sa šupljim vlaknima

Površina membrane (m2) 40

Promjer membrane (mm) 0,8

Zadržavanje bakterija 99,9999 %

Zaržavanje virusa 99,99 %

Indeks gustoće mutnoće <3

Zamućenost < 0,1 NTU

X – Flow Water Miracle jedinica je opremljena s Aquaflex 40 membranskim modulima i služi

za dobivanje vode za piće. Kapacitet ove male jedinice iznosi od 2000 do 3000 L/h. Svaka

jedinica radi direktno na struju ili na generator. Svaka jedinica ima submerznu pumpu za vodu

koja pumpa vodu sa izvora direktno u jedinicu. Predfilter otklanja veće čestice iz ulazne vode.

Odatle se voda filtrira kroz UF membrane koje uklanjaju viruse kao i bakterije. Dimenzije ove

jedinice iznose 1,2 x 0,8 x 2,2 m, a po satu Water Miracle troši 1,1 kW (Slika 14.).

20

Slika 14. X – Flow Water Miracle jedinica

2.4.8. inge GmbH

Tvrtka inge GmbH se bavi razvojem ultrafiltracijskih tehnologija koje se koriste u obradi

vode za piće, proizvodnji procesne vode, obradi morske vode i obradi otpadne vode. Tvrtka je

osnovana 2000. godine, a sjedište joj je u gradu Greiferbergu blizu Munchena.

Dizzer XL membrane se odlikuju velikom površinom. Veliki napredak u razvoju geometrije

membrane su povećali kapacitet pročišćavanje vode za 20 %, bez porasta veličine membrane.

Potencijalne aplikacije uključuju: obradu vode za piće, proizvodnju procesne vode,

proizvodnju vode za idustrijske potrebe, obradu vode za bazene, obradu morske vode i obradu

otpadne vode. Dizzer XL moduli mogu raditi bez uporabe vanjskog kućišta. Ovo omogućava

značajnu uštedu invensticijskih troškova jer moduli ne koriste dodatne ventile i cijevi (Slika

15.).

21

Slika 15. Dizzer XL membranski moduli (inge GmbH, 2012)

T – Rack je jedinstveni dizajn kojeg je razvio inge i predstavlja svojevrsnu revoluciju u

ultrafiltracijskih tehnologija (Slika 16.). Opremljen dizzer 40 modulima, T – Rack je

dizanjiran da bude modularan, čime je omogućeno da se u sustav ugradi i do 80 membrana.

Dakle, kompaktan dizajn s okomito smještenim moduima zatijeva do 60 % manje prostora od

konvencionalnih dizajna. Dizajn uključuje odvojenu filtraciju svakog modula zasebno, što

znači da svaki modul može raditi kao zasebna filtracijska jedinica. Ovaj koncept omogućava

neusporedivu fleksibilnost kao i smanjenje operacijskih troškova na minimum.

Slika 16. T – Rack dizajn (inge GmbH, 2012)

22

Tablica 8. Karakteristike Dizzer XL modula u T – Rack dizajnu

Modul Dizzer XL 0.9 MB 60 W Dizzer XL 1.5 MB 40 W

Površina membrane (m2) 60 40

Dužina bez kape (mm) 1486±1,5 1486±1,5

Vanjski promjer modula

(mm)

250 250

Masa (kg) 48 42

Materijal PVC – U, bijela boja PVC – U, bijela boja

Raspon temperature (ºC) 0 – 40 0 – 40

Fluks pri filtraciji (Lmh) 60 – 180 60 - 180

2.4.9. Toray

Materijal Toray - ovih UF i MF membrana sa šupljim vlaknima (HF) je PVDF. Ovaj materijal

nudi visoku mehaničku i kemijsku otpornost (oksidacija, pH). Dvije membrane sa šupljim

vlaknima različitih pora su dostupne:

HFU serija s veličinom pora od 0,01 µm

HFS serija s veličinom pora od 0,02 µm

Mogućnost filtriranja podzemne vode, površinske vode, morske vode i otpadne vode

omogćuje širok spektar primjene membrana:

Proizvodnja vode za piće

Obrada otpadne vode

Predtretman prije desalinacije vode

Proizvodnja vode za industrijske potrebe

Ponovna obrada otpadnih industrijskih voda

23

Tablica 9. Karakteristike Toray-ovih UF modula (Toray, 2012)

Serija HFU HFS

Oznaka modula HFU – 2020

HFU – 1020 HFS – 2020 HFS – 1020

Veličina pora 150, 000 Da 0,02 µm

Površina 72 m2 29 m

2 72 m

2 29 m

2

Fluks 2,6 – 8,0 m3/h 1,1 – 3,2 m

3/h 2,4 – 11,0 m

3/h 1,0 – 4,3 m

3/h

Promjer 216 mm 216 mm 216 mm 216 mm

Duljina 2,160 mm 1,120 mm 2,160 mm 1,120 mm

Masa (s vodom) 110 kg 60 kg 110 kg 60 kg

Masa (bez vode) 67 kg 40 kg 67 kg 40 kg

Materijal PVDF

Max. Tlak 300 kPa

Raspon

temperature

0 – 40 ºC

pH raspon

1 – 10 pri filtraciji, 0 – 12 pri kemijskom čišćenju

Dok je HFS serija pogodna za obradu vode za piće, HFU serija se preporuča u obradi

otpadne vode, kao predtretman za desalinizaciju i u proizvodnji vode za industrijske

potrebe.

24

2.5. Primjeri upotrebe UF i MF membrana u obradi vode za piće

2.5.1. Odabir najprikladnije ultrafiltracijske membrane za dezinfekciju vode u

zemljama u razvoju

Testiranje UF postrojenja u obradi vode za piće u Ekvadoru (Arnal i sur., 2004). Cilj obrade

vode je dezinfekcija. Postrojenje se sastoji od jednog UF modula sa spiralnim namotajem i

pumpe sa benzinskim motorom. Postrojenje se još testira u svrhu izbora najbolje vrste

ultrafiltracijske membrane. Prije nego što voda dospije u modul prolazi kroz filter veličine

pora 50 µm da bi se uklonile suspendirane tvari. Nakon toga filtrirana voda ulazi u UF

modul. U svakom pokusu permeat se prihvaćao u različiti prihvatni tank dok se koncentrat

vraćao u početni tank tako da bi se koncentracija mikroorganizama u izvornoj vodi

povećavala. Da bi se odredila selektivnost membrane u uzorcima svakog permeata se

ispitivala mikrobiološka aktivnost. U tom pokusu najbolje su se pokazale UF membrane od

akrilonitrila i polisulfonske membrane. Ipak membrane od akrilonitrila su se pokazale

pouzdanije jer su pri određenim narinutim tlakovima pokazivale veći fluks permeata (J),

također UF membrane od akrilonitrila su se pokazale rezistentnije na slobodni klor. Zbog

potrošnje energije UF bi se najviše ekonomski isplatila pri tlaku od 0.4 MPa. Što se tiče

selektivnosti membrana, sve su se pokazale više nego pogodne u dezinfekcijskog primjeni

jer su otklanjale mikroogranizme priblizno 100 %. Također važno je reći da voda koja je

korištena u ovom pokusu sadrži veću koncentraciju mikroorganizama od one u Ekvadoru.

Da bi se spriječilo nakupljanje mikroorganizama na površini UF membrane filtracija se

mora prekidati na duže vrijeme te se čistiti sa 4% natrijevim fosfatom tijekom 2 sata.

Slika 17. Dijagram pilot postrojenja korištenog u pokusu

25

2.5.2. Ultrafiltracija u obradi vode za piće, studija za Yorkshire postrojenje za obradu

vode (Knops i Franklin, 2000)

Yorshire Water Services, jedna od najvećih privatnih tvrtki u Engleskoj koje se bave

tehnologijom vode, imaju potencijalni problem sa izvorom površinske vode koja se koristi

za opskrbu grada Hull – a i okolnih područja. Većinu vremena voda je izvrsne kvalitete ali

nakon kišnog razdoblja postoje problemi sa zamućenjem. Iako Cryptosporidium nije

otkriven u izvorima vode postoji potencijalni rizik. Pilot postrojenje je izgrađeno koje je

pokazalo da je ultrafiltracija najefektivnija metoda u obradi vode za piće.

Norit Membrane Technology je dizajnirao ultrafiltracijski sustav. Taj sustav se sastojao od

11 identičnih modularnih membranskih stalaka. Svaki stalak je imao do 3360 m2

membranske površine. Svaki stalak je imao svoj zasebni predfilter. Tijekom rada koristilo

se maksimalno 9 membranskih stalaka da bi se tretirala sirova voda. Kapacitet se mogao

kontrolirati kontrolom protoka ili gašenjem određenih membranskih stalaka. Ovih 9 stalaka

su predstavljali primarni ultrafiltracijski sustav. Jedan stalak se koristio kao sekundarni

ultrafiltracijski sustav koji je služio da bi se smanjio volumen. Zadnji stalak se obično

koristio kao zamjena za primarni i sekundarni ultrafiltracijski sustav.

Primarni ultrafiltracijski sustav je imao pore veličine 150, 000 Daltona (oko 0,05 µm). ta

veličina pora je stotinu puta manja od veličine Cryptosporidium spora. Membrana ne samo

da je otklanjala Cryptosporidium spore već i viruse. Deset tisuća membrana je složeno u

jedan membranski modul površine 35 m2. Promjer modula je bio 20,32 cm, a dužina 152,4

cm. Čišćenje membrana se obavljalo protustrujnim pranjem ili sa vodom koja je sadržavala

niske koncentracije kemikalija za čišćenje.

Sekundarno ultrafiltracijsko postrojenje je koristilo iste membrane kao i primarno

ultrafiltracijsko postrojenje. Koncentrat iz pimarnog postrojenja se prvo skupljao u prihvatni

tank a tek onda se koristio kao ulazna voda za sekundarni sustav (Slika 18.).

26

Sekundarna UF Povratak permeata

Ulaz sirove

vode

Primarna UF

Filtrirana voda

Slika 18. Shema filtracije

U to vrijeme Keldgate postrojenje je bilo najveće u svijetu (Slika 19.).

Karakteristike Keldgate postrojenja:

Kapacitet: 1 000 litara u sekundi

Maksimalni hidraulički kapacitet: 1 250 litara u sekundi

Ukupna membranska površina: 37 000 m2

Ukupna dužina membranskih vlakana: 15 800 kilometara

Potrošnja energije: 500 kW

27

Slika 19. Keldgate ultrafiltracijsko postrojenje za obradu vode za piće

2.5.3. Submerzne membrane u obradi vode za piće (Côté i sur., 2000)

Postrojenje za obradu vode za piće sastoji se od paralelnih tankova u koje su uronjeni

kazete. Jedan tank predstavlja jednu proizvodnu jedinicu, i opremljen je sa pumpom za

permeat i puhalom. Dizajn je veoma fleksibilan i jednostavno se može nadograditi

dodatkom kazeta sa membranama u tank (Slika 20.).

Slika 20. Tank sa submerznim membranama („plug flow“)

Manji sistemi rade na principu tanka sa mješanjem (CSTR). Ipak, uobičajeni dizajn za veće

sustave uključuje „plug flow“ tank (PFR). Ovaj dizajn ima mnoge prednosti. Prvo,

omogućava konstantan odvod koncentrata. Drugo, takav sustav omogućava visoko

28

iskorištenje do 99 %. Također, sirova voda se koncentrira kako teče kroz tank i samo su

zadnje membrane najviše opterećene sa najkoncentriranijom vodom.

Da bi se reducirali kapitalni troškovi korišteni su veći fluksevi. Najveći trošak uključuje

životni ciklus membrane. ZeeWeed sustavi pokušavaju učiniti membranske sustave što

jednostavnijima. Ovo su ostvarili uporabom malog membranskog tlaka i osrednjih vrijednosti

flukseva. Periodično protustrujno pranje je potrebno da bi se spriječilo čepljenje membrana.

ZeeWeed membrane su komercijalizirane 1994. godine. Brzi razvoj tehnologije je sumiran u

Tablici 10., koja pokazuje broj postrojenja. Prvobitna postrojenja su bila malog kapaciteta (<

100 m3/dan) i fokusirala su se na obradu otpadne vode uporabom membranskih bioreaktora.

Za obradu vode za piće ZeeWeed membrane su se počele koristiti 1996. godine.

Tablica 10. ZeeWeed postrojenja (podatci iz 1999. godine) (Côté i sur., 2000)

Veličina

postrojenja

(m3/dan)

< 100 100 – 1 000 1 000 – 10 000 >10 000

Industrija

Procesna voda 1 4 2 0

Otpadna voda 9 22 1 0

Grad

Voda za piće 1 9 11 6

Otpadna voda 22 9 21 1

Ukupno 33 44 35 7

29

3. Zaključak

Posljednjih nekoliko desetljeća upotreba membrana zauzela je vrlo važno mjesto u

tehnologiji vode. Danas, membranska filtracija se upotrebljava za velik broj procesa obrade

vode. Membranska filtracija zbog svojih prednosti kao što su kvalitete obrađene vode,

jednostavnost procesa, smanjena upotreba kemikalija, polako istiskuje do sada dominante

tehnologije (flokulacija, ionska izmjena). Broj membranskih postrojenja je u stalnom

porastu pa se može reći da membranski procesi predstavljaju budućnost u obradi vode.

4. Literatura

Alfa Laval, AlfaLaval – Complete Line Filtration Equipment

http://www.wassertech.net/content/view/34/63/lang,thai/ Pristupljeno: 24. Lipnja 2012.

Arnal J.M., Sancho* M., Verdú G., Lora J., Marín J. F., Cháfer J.: Selection of the most

suitable ultrafiltration membrane for water disifection in developing countries (2004)

Birima A. H., Mohammed T.A., Noor M. J. M. M., Muyibi S. A., Idris A., Nagaoka H.,

Ahmed J., Ghani L. A. A.: Membrane fouling in a submerged membrane bioreactor treating

high strength municipal wastewater 7 (2009) 267 – 274

Cui, Z. F., i Muralidhara H. S. : Membrane Technology, A Practical Guide to Membrane

Technology and Applications in Food and Bioprocessing (2010)

Dolar D., Košutić K. Ašperger D., Kunst B. : Removal of emerging contaminants of industrial

origin by NF/RO membranes: a pilot scale study. Desalination and Water Treatment. 6 (2009)

General Electric, http://www.ge.com/ Pristupljeno 27. Svibnja 2012.

30

Gereš, D.: Čovjekove intervencije u hidrološkom ciklusu (2003)

inge GmbH, http://www.inge.ag/ Pristupljeno 1. Lipnja 2012.

Knops F.N.M. i Franklin B. : Ultrafiltraton for 90 MLD Cryptosporidium- and Giarida-free

Drinking Water, A Case Study of the Yorksire Water Keldgate Plant (2000)

Koch Membrane Systems, http://www.kochmembrane.com/ Pristupljeno 28. Svibnja 2012.

Memcor History,

http://www.water.siemens.com/en/about_us/legacy_brands/Pages/memcor.aspx Pristupljeno

27. Svibnja 2012.

Mijatović, I., Matošić, M., (2010), Tehnologija vode, Interna skripta PBF, Zagreb

Mitsubishi Rayon, http://www.mrc.co.jp/english/products/special/index.html Pristupljeno: 20.

Svibnja 2012.

Nath, S. K., Dutta, R. K., Borbodoli, S. : Iron removal form water using HCO3- or CO3- salts

of K+ or Na+ retaining the pH within acceptable limit for drinking

Pall Corporation, http://www.pall.com/main/Home.page Pristupljeno 28. Svibnja 2012.

31

Pravilnik o Zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (2008) Narodne novine 182, Zagreb (NN

47/2008)

Subramanian K., Viraeaghavan T.,Tanjore S. i Phomnavong T., Water Qual.Res. J.Can, 32

(1997) 551

Toray, http://www.toray.com/ Pristupljeno 1. Lipnja 2012.

Lenntech, http://www.lenntech.com/ Pristupljeno 13. Travnja 2012.

X – Flow, http://www.x-flow.com/ Pristupljeno 29. Svibnja 2012.

Yamamura S. T., Saito M., Magara Y. : Constraints to improving water and sanitation

services (2007)

Zularisam A. W., Ismail A. F. i Sakinah M. : Application and challenges of membrane in

surface water treatment. J. Applied Sci., 10: 380 – 390 (2010)

32