Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

3. szám - Dr. Dobolyi Elemér–Dobos Ferencné: A fordított ozmózis elvének gyakorlati alkalmazása a vízgazdálkodásban

122 Hidrológiai Közlöny 1978. 4. sz. Oláh J.—Tóth L.—O. Tóth E.: Szokatlanul nagy tápanyag terhelés A fordított ozmózis elvének gyakorlati alkalmazása a vízgazdálkodásban Dr. DOBOLYI ELEMÉR* és DOBOS FERENCNÉ* 1. Bevezetés A fordított ozmózis napjainak legdivatosabb sótala­nítási eljárása. A módszer az elmúlt 10—15 évben roha­mosan fejlődött. Az eljárással foglalkozó szakirodalom már könyvtárakat tölt meg, ezért jelen közleményünk­ben még vázlatosan sem tárgyalhatjuk a fordított ozmó­zis elméletével és gyakorlati alkalmazásával kapcsolatos valamennyi kérdést. Ezért — a teljesség igénye nélkül — néhány alapfogalom tisztázása után az eljárás hazai vonatkozásait és — elsősorban a figyelem felkeltése céljából — a VITUKI-ban végzett néhány gyakorlati mérés eredményeit mutatjuk be. 1.1 A fordított ozmózis eljárásának kialakulása Az ozmózis jelenségét — ami több mint­­200 éve ismert —, elsőként 1748-ban Nollett írta le. Kísérletében konyakkal töltött edényt marhahólyaggal zárt le, és az egészet vízbe merítette. Egy idő múlva azt tapasztalta, hogy a hólyag megduzzadt, majd kipukkadt. A víz ugyanis bediffundált az edénybe, de az alkohol nem tudott kijönni onnan. A hólyag mint féligáteresztő, szemipermeábilis membrán működött. Az első mester­séges szemipermeábilis membránt 1867-ben Traube állí­totta elő, aki porózus kerámia felületére rézferrocianid hártyát csapatott ki. Ennek segítségével vizsgálta rész­letesen Pfeffer az ozmózis jelenségét, és állapította meg azt, hogy ha két különböző aktivitású, azaz különböző koncentrációjú oldatot féligáteresztő, azaz szemiper­meábilis hártyával, az úgynevezett membránnal válasz­tunk el egymástól, akkor a kisebb koncentrációjú, nagyobb kémiai potenciálú oldat a membránon keresztül a töményebb oldat felé áramlik és ott egy bizonyos nyomást hoz létre. Az áramlás addig tart, míg a nyomás elegendő lesz a termodinamikai egyensúly létrehozására, azaz a hidrosztatikai nyomás akkora lesz, hogy meg­akadályozza újabb folyadékmennyiség átáramlását. Az ilyen egyensúlyi állapotban kialakult nyomás az ozmó­zisos nyomás, vagy ha tiszta oldószer helyett kisebb koncentrációjú oldatot alkalmazunk, akkor a két oldat ozmózisos nyomásának különbsége. Kísérletei alapján Pfeffer felállította az ozmózisos nyomás egyenletét, amely a következő JI= qmn/V­BT, ahol TI = az ozmózisos nyomás [att],­­p= az ozmózisos nyomás együtthatója, n \­mel — = az oldott anyag koncentrációja L , R = az egyetemes gázállandó [atm], T­s az abszolút hőmérséklet \°K~\. Amennyiben a fentiekben bemutatott folyamatot megfordítjuk, és a koncentrált, vagy koncentráltabb oldatra nyomást gyakorolunk, amely nagyobb mint az oldat ozmózisos nyomása, akkor eljutunk a fordított ozmózis jelenségéhez, azaz nyomás hatására, egy félig­áteresztő membrán segítségével egy bizonyos tömény­ségű oldatból ki tudjuk szorítani a tiszta oldószert (a gyakorlatban a vizet) és visszamarad egy, a kiindulási­nál töményebb oldat. A jelenség meglehetősen egyszerű, azonban gyakorlati alkalmazására mégis csak az utolsó két évtizedben került sor azután, hogy Reid és Breton [1], valamint tőlük függetlenül Yuster, Sourirajan és Bernstein [2] felfedezték a cellulózacetát film szemipermeabilitását a vizes oldatban levő sókra nézve. Ennek a filmnek per­meabilitása, azaz vízáteresztőképessége még kicsi, azon­ban elindította a fejlődést, ami ettől kezdve ugrásszerű volt. Az első nagy vízáteresztő-képességű (fluxusú) membránokat az Egyesült Államokban szabadalmaz­tatták 1960-ban [3, 4], majd megoldották a membránok pórusméreteinek változtatását is, miáltal az elválasz­tást szelektívebbé tudták tenni [5], és így ennek az elválasztási eljárásnak az alkalmazási területe egyre tágult. A fordított ozmózis elvén alapuló membrán-szepa­rációs eljársnak (amit a műszaki életben röviden fordí­tott ozmózisnak nevezünk) két lényeges előnye van. Az egyik, hogy nem jár fázisátalakulással, illetve szá­mottevő hőeffektussal, a másik pedig — az előzőnek megfelelően — hogy ily módon kisebb az energiaigénye, mint a fázisátalakulással járó desztilláció vagy a ki­fagyasztás. A fordított ozmózis helyét a különböző elválasztási eljárások sorában az 1. táblázat szemlélteti. •"Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ 1095 Budapest, Kvassay Jenő út I. 2. A fordított ozmózis eljárás magyarországi vonatkozásai Magyarországon a fordított ozmózis céljára alkalmas membránok készítésével legkorábban a Központi Élel­miszeripari Kutató Intézetben kezdtek el foglalkozni. Dr. Demecky és munkatársai, a Nagynyomású Kutató Intézet munkatársainak segítségével olyan készüléket szerkesztettek, amely egyrészről alkalmas volt mind az általuk öntött membránok használhatóságának kipró­bálására, mind pedig a jónak bizonyult membránokkal való félüzemi, majd üzemi méretű kísérletek lefolytatá­sára. Vizsgálataikat az élelmiszeripar területén végez­ték, és kísérleteiket elsősorban a tejsavóban levő érté­kes anyagok kinyerésére, illetve a különböző gyümölcs­levek koncentrálására irányították. A tejsavó fordított ozmózisos kezelésének azonban nemcsak élelmiszeripari, hanem igen jelentős szennyvíz­tisztítási vonatkozásai is vannak. Köztudott ugyanis, hogy az élelmiszeriparon belül a tejiparból származik a biológiai kezelhetőség szempontjából a legkellemetle­nebb szennyvíz, és ebben, a szennyvízben levő tej­savónak döntő szerepe van. A sajtgyártásnál keletkező tejsavónak ugyanis olyan nagy a BOI5, illetve KOI érté­ke, hogy annak a biológiai szennyvíztisztító telepre való lökésszerű bevezetése még az általában jól méretezett szennyvíztisztító telepen is időszakos túlterhelést okoz. Ez a kellemetlen hatás kitűnően elkerülhető azáltal, ha a savóból a fordított ozmózis eljárással az értékes (és egyben a nagy KOI értéket okozó) fehérjéket és szén­hidrátokat kinyerik, és ezután a szinte tiszta vizet veze­tik a csatornába, ahogy arról Kehi Ádámné, a KÉKI munkatársa 1973-ban írt cikkében [6] beszámol. 1973-ban a Magyar Hidrológiai Társaság és a VITUKI által közösen rendezett tudományos kollokviumon dr. Dobolyi Elemér számolt be [7] a fordított ozmózis elvéről és annak gyakorlati alkalmazhatóságáról. Majd ugyanebben az évben Baráti Ernő és Haszáng Géza, a Szerves Vegyipari Kutató Intézet munkatársai írtak összefoglaló cikket [8] ugyanerről a témáról. 1974 végén, elsősorban műanyagipari, membrán­előállító szempontból, a Műanyagipari Kutató Intézet­ből Haklits István jelentetett meg közleményt [9]. A fenti cikkek, illetve előadás­ részletesen tárgyalják a fordított ozmózissal kapcsolatos alapfogalmakat, a transzportjelenségek mechanizmusát, a membránok elő­állítását, a különböző készülékek technikai megoldásait és az eljárás alkalmazási területeit. Ezért mi, a tovább

Next