Database technieken waterzuivering en -behandeling

Aquaporin Inside™ technology

Principeschema

Principe- en installatiebeschrijving

Aquaporines [1] worden in FO- en RO-membranen (zie technische fiche ‘Forward Osmosis‘ en ‘Omgekeerde Osmose‘) ingebed om specifiek watertransport mogelijk te maken en zo te streven naar Minimal Liquide Discharge of Zero Liquide Discharge. Deze biomimetische membranen [2] kunnen vergeleken worden me de functie van nieren met een hoge selectiviteit naar water moleculen.

Specifieke voor- en nadelen

Voordelen

Aquaporine RO-membranen werken tot twee keer sneller dan ‘conventionele’ RO gebaseerde filters, ten gevolge van de proteïne efficiëntie.

Bij gebruik in FO-membranen:

Door de hoge selectiviteit wordt het mogelijk om de zeer moeilijke proceswaters en effluent te behandelen;
Veel minder kans op vervuiling, waardoor minder chemicaliën gebruikt dienen te worden. Dit zorgt voor een kost daling en een groener proces;
Compact ontwerp waardoor de inplanting minimaal is op de site;
Er is geen warmte of druk nodig, waardoor er lagere energieverbruiken zijn.
Mogelijkheid tot overslaan van voor-en nabehandeling van het water in systemen met Aquaporines in FO-producten.

Nadelen

De huidige uitdagingen zijn voornamelijk van technische aard, gerelateerd aan de productie van de biomimetische membranen. Daarnaast moet dit type membraan zich nog bewijzen inzake duurzaamheid en lange termijn stabiliteit bi.j ontzilting van zeewater. Verder moeten er speciale chemicaliën gebruikt worden voor de preventie van fouling en scaling

Toepassing

Het bedrijf Aquaporin A/S heeft in 2013 een joint venture bedrijf opgericht samen met het Deense Luchtvaartbedrijf ApS om de Aquaporin Inside® Technologie te commercialiseren in de ruimte en dit onder de naam Aquaporin Space Alliance (ASA). Huidige toepassingen zijn voornamelijk ontzouten van brakwater, hergebruik van afvalwater en kraanwater zuivering in de textiel, olie en gas, halfgeleiders en automobielsector. Dit zijn voornamelijk FO-membranen.

Deze technologie wordt inmiddels ook getest voor zoutwater ontzilting door middel van RO-membranen.

Randvoorwaarden

Aquaporines zijn eiwitten en dus gelimiteerd in temperatuur en bloodstelling aan bepaalde chemicaliën (oa reinigingsproducten).

Werkingsgraad

Hoge selectiviteit naar watermoleculen. Retentie van alle overige moleculen. Waterpermeabiliteit gaat richting 600 L/(m².h.bar^-1). Dit is twee grotenordes meer dan conventionele zeewater RO-membranen. Zelfde verwijderingspercentages als omgekeerde osmose.

Hulpstoffen

Bij Aquaporines geïntegreerd in FO-membraan is een Draw Solution nodig om een osmotische potentiaal over het membraan te kunnen verkrijgen. Dit kan een zout/water mengsel zijn. Het water kan vervolgens terug onttrokken worden door middel van een regeneratiestap, zoals RO.

Milieu-aspecten

Bij omgekeerde osmose en forward osmose worden zo goed als alle ionen opgeconcentreerd in een waterige stroom, het concentraat. Deze stroom is een ingedikte versie van de voedingsstroom. De indikking hangt af van de gewenste permeaatkwaliteit, het ontwerp van de installatie en de retentie van de membranen.

Indien de geconcentreerde stroom niet nuttig kan ingezet worden in een procestoepassing moet deze geloosd of afgevoerd worden. Bij het lozen is het noodzakelijk dat de lozingsnormen in de vergunning vergeleken worden met de kwaliteit van het concentraat. Indamping van het concentraat kan een alternatief zijn.

Opmerkingen

Verdere opschaling en commercialisering van RO Aquaporines is vereist.

Complexiteit

De moeilijkheid zit voornamelijk in het maken van de Aquaporines en deze ingebed krijgen in de membranen.

Automatiseringsgraad

De installatie is grotendeels automatiseerbaar. De spoelcyclus dient ook geautomatiseerd te worden en geïnitieerd door een gemeten drukval of op tijdsbasis. Het vervangen van de membranen dient echter steeds manueel te gebeuren.

Bronnen

Versie

Augustus 2021

[1] Aquaporines zijn proteïnen die het mogelijk maken in het menselijk lichaam om snel en zeer selectief enkel water door te laten over een celmembraan. Dit maakt het mogelijk voor cellen om het volume en interne osmotische druk te regelen in lijn met de hydrostatische en osmotische drukverschil van buiten de cel.
[2] Biomimetische membranen zijn membranen gemaakt van natuurlijke of op natuurgebaseerde materialen (organisch, anorganisch, hybrid).