Utjecaj poroznosti i ostalih karakteristika NF/RO membrana na njihovu separacijsku djelotvornost pri obradi voda

Cilj disertacije bio je karakterizacija površinski selektivnog sloja, tj. utvrditi utjecaj eksperimentalnih parametara poroznosti desetak komercijalno raspoloživih reverzno osmotskih (RO) i nanofiltracijskih (NF) membrana na njihovu separacijsku učinkovitost pri uklanjanju različitih zagađivala iz voda. Ispitivane membrane izabrane su zbog njihove velike upotrebe diljem svijeta u postrojenjima za obradu otpadnih voda i u desalinacijskim uređajima. Na laboratorijskom RO/NF uređaju eksperimentalno su, mjerenjem ovisnosti protoka vode o tlaku, određena dva tipična parametra: osjetljivost strukture selektivnog sloja na tlak, α i permeabilnost čiste vode, lnK. Vrijednosti parametra α omogućile su podjelu membrana u tri grupe: rahle nanofiltracijske (α ~ 50•10-4), guste nanofiltracijske (α ~ 200•10-4) i reverzno osmotske membrane (α ~ 100•10-4). Eksperimentalni parametri poroznosti dovedeni su u korelaciju s drugim veličinama kao što su veličina pora, njihova veličinska raspodjela (VRP krivulje) te efektivnim brojem pora u površinski selektivnom sloju. Navedeni parametri dobiveni su propuštanjem markera kroz membrane (8 bar) pri čemu se za izračun ovih veličina koristio tzv. ''SF–PF'' model. RO membrane karakteristične su po najmanjim porama, čije se dimenzije kreću oko 0.7 nm, a njihove VRP krivulje su u pravilu bimodalne. Guste NF membrane karakteristične su po srednjim veličinama pora (oko 0.8 nm), a VRP krivulje mogu biti bimodalne i trimodalne. VRP krivulje rahlih NF membrana su trimodalne gdje je većina pora smještena oko 0.9 nm, ali se pojavljuju i veće pore smještene na veličini pora oko 1.5 nm. Također su izvedeni zaključci o mehanizmu zadržavanja. Pokazano je da kod RO membrana veličina molekula igra glavnu ulogu pri zadržavanju organskih i anorganskih tvari, a kod NF membrana i druga fizikalno–kemijska svojstva, kao što su električna nabijenost membrana. Eksperimentalni parametri poroznosti omogućili su odabir membrana za ispitivanje zadržavanja prije svega organskih zagađivala iz modelnih i realnih voda veterinarske industrije. Odabrana je jedna RO (XLE) i dvije NF membrane (NF90 i HL). Istraživanje je pokazalo da XLE i gusta NF90 membrana zadržavaju praktički potpuno veterinarske antibiotike, dok rahla NF membrana (HL) nešto slabije zadržava pojedine grupe antibiotika. Prema svim dobivenim rezultatima utvrđeno je da je dominantni mehanizam zadržavanja ispitanih veterinarskih antibiotika mehanizam koji se temelji na isključenju po veličini. Dobiveni rezultati na laboratorijskoj razini uspoređeni su s rezultatima na RO/NF pilot uređaju koji je konstruiran za tu svrhu. U pilot uređaju bila su ugrađena tri spiralna modula s XLE, NF90 i HL membranom. Pilot ispitivanje provedeno je na otpadnoj vodi iz proizvodnje veterinarskih lijekova vrlo složenog sastava koja je prije puštanja u pilot uređaj predobrađena koagulacijom s FeCl3 i flokulacijom s MagnaFloc LT20 flokulantom. Dobiveni rezultati pokazali su visoku efikasnost RO i NF membrana u obradbi otpadnih voda farmaceutske industrije. XLE i NF90 membrane potpuno su uklonile ispitivane antibiotike, dok je HL uspješnost zadržavanja antibiotika manjih molekulskih masa bila do 90 %. Problem predobrade je potrebno doraditi kako bi se blokiranje membrana svelo na najmanju moguću mjeru. Ispitivanja su pokazala da je osjetljivost na tlak površinskog poliamidnog sloja visokoprotočnih NF membrana (NF270, HL) posebno velika pa je potrebno daljnje istraživanje utjecaja tlaka i tlačne predobrade na stabilnost ove klase membrana.