Database technieken waterzuivering en -behandeling
Forward Osmosis (FO)
Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Forward Osmose (FO) is een proces gelijkaardig aan omgekeerde osmose, maar met het verschil dat er geen externe druk wordt aangelegd op het water, maar het werkt via een osmotische drukverschil. Er wordt hierbij gebruik gemaakt van een vloeistof met een hoge zoutconcentratie (‘the draw solution’) aan de ene kant van het semipermeabele membraan, waardoor het water zich doorheen het membraan gaan bewegen om het drukverschil te compenseren vanuit de ‘feed brine’.
Specifieke voor- en nadelen
Voordelen
- Zonder de regeneratiestap is FO meer energie efficiënt dan RO. Er dient geen externe druk te worden aangelegd.
- Geen hoge temperaturen
- Kan voedingsconcentraties van 200.000 mg/l TDS behandelen
- Lage neiging tot vervuiling
Nadelen
- Niet beschikbaar zijn van de ideale ‘draw solution’
- Geen stabiele membranen beschikbaar
- Extra stap om de ‘draw solution’ te regenereren. Dit brengt extra energie met zich mee
- Ontstaan van een omgekeerde zoutflux uit de ‘draw solution’ naar de voedingszijde
- Voorbehandeling van de voeding is belangrijk (ontharden, pH correctie, UF, IEX…) om scaling en vervuiling tegen te gaan
- Mogelijkheid tot optreden van ‘internal en external concentration polarization’ [1]
Toepassing
Behandeling van concentraat
Ontwateren van farmaceutische producten
Randvoorwaarden
tekst
Werkingsgraad
Waterrecovery tot 98%
Zware metalen >99,5%, wanneer de temperatuur >60°C, dan werd zware metalen >99,7% verwijderd
Hulpstoffen
Er is nood aan een ‘draw solution’ die idealiter
- goedkoop is
- eenvoudig beschikbaar
- zorgt voor hoge waterfluxen
- een lage vervuilingspotentieel heeft
- lage terugflux
- lage of geen toxiciteit voor micro-organismen
- eenvoudig terug te winnen bij regeneratie
Deze draw solutions kunnen organische en anorganische zouten zijn, maar ook gebaseerd op nanopartikels.
Milieu-aspecten
tekst
Opmerkingen
Er dienen bijkomende technieken aangesproken te worden om de ‘draw solution’ te regenereren, zoals thermische scheiding, membraanscheiding, neerslagreacties of een combinatie van processen.
Uit FO kan energie gewonnen worden.
Complexiteit
De uitdagingen om FO als een energiebron en als ontzoutingsstap te gebruiken zijn:
- niet-efficiënte membranen
- gebrek aan goede draw solutions om te kunnen ontzouten
Daarom moet er eerst ingezet worden op het moleculair ontwerp van membraan materiaal, draw solution en fabricage van de membranen om verder commercialisatie van FO te realiseren en commercialiseren.
Automatiseringsgraad
tekst
Bronnen
- Panagopoulos, A., Desalination brine disposal methods and treatment technologies - A review, Science of The Total Environment, 2019
- Vanoppen, M. Technologiegids ikv VIS-Traject "De Blauwe Cirkel" van watercircle.be, 2016
- Chung, T-S., Forward osmosis processes: Yesterday, today and tomorrow, Desalination, 2012
- Chung, T-S., What is next for forward osmosis (FO) and pressure retarded osmosis (PRO), Separation and Purification Technology, 2015
Versie
Augustus 2021
[1] Internal concentration polarization (ICP) is caused by the combined effect of draw solution dilution by water emigrated from the feed into the support layer; and by the resistance to draw solute diffusion from the bulk of the draw solution to the substrate. The effective osmotic pressure difference across the selective layer can be substantially lower than the osmotic pressure difference of the feed and draw solutions. (bron: https://www.nature.com/articles/srep19593)
External concentration polarization (ECP) refers to the local variation of solution concentration near a membrane surface in forward osmosis (FO). The existence of ECP leads to much lower solvent permeating flux, and hence ECP is a major factor deteriorating FO membrane performance.