Osmoză inversă de rotație și osmoză inversă tip spirală - comparație

I. Introducere

A asigura apa adecvată, aerul şi mâncarea pentru echipajul care efectuează misiuni în spaţiu pe termen lung este o mare provocare pe viitor. Cea mai importantă este rezerva de apă potabilă şi controlul asupra apei reziduale produsă de achipaj. Reciclarea apelor reziduale pentru a produce apa potabilă şi apa menajeră va fi un lucru esenţial pentru oamenii de la bordul navelor spaţiale. Osmoza inversă a fost propusă să fie utilizată într-un sistem de recuparare a apei reziduale. Sistemele de osmoză tip spirală sunt des folosite în practicile industriale şi în aplicaţiile pentru desalinizare.

Filtrarea de rotaţie este o metodă dinamică care prezintă avantaje faţă de cealaltă metodă. Filtrul este format dintr-un cilindru poros acoperit de o membrană de osmoză inversă. Apa purificată în urma procesului este colectat într-un ax gol în centrul dispozitivului. Rotaşia filtrului cilindric de osmoză inversă produce vîrtejuri Taylor în centrul dispozitivului care duce la scăderea concentraţiei de polarizare.

Respingerea solutului de către membranele de osmoză inversă este puternic influenţată de proprietăţile fizico-chimice ale solutului, ale membranei şi ale solventului, în aceeaşi măsură şi de către masa de transfer, care e guvernat de fluxul învecinat membranei.

Comparaţia dintre cele două sisteme de membrană este bazată în această lucrare pe acelaşi flux, în special compensînd diferenţa dintre suprafeţele membranelor aparţinând celor două sisteme.

Principalul obiectiv al acestei lucrări este acela de a compara caracteristicile filtrării pe o perioadă mai lungă de timp într-o singură etapă, atît pentru osmoza inversă de rotaţie, cît şi pentru osmoza inersă tip spirală. Acest lucru se face în condiţii ridicate de recuperare pentru un flux comparabil prin membrană. Rezultatele vor fi comparate în funcţie de declinul fluxului de permeat, procentul de recuparare, respingerea speciilor ionice şi a componentelor organice din soluţia de alimentare.

II. Materiale şi metode

Pentru a menţine cîteva aspecte asemănătoare în ceea ce priveşte consistenţa dintre cele două sisteme, membrana ESPA a fost utilizată exclusiv în toate sistemele de comparaţie. Membrana ESPA posedă un grad ridicat de respingere, flux ridicat, şi disponibilitatea de a putea fi folosite în cele două cazuri. Membrana din poliamidă are un diametru de 0,33 nm şi un pH între 4-11.

Pentru a crea un model de apa reziduală la bordul unei nave spaţiale, a fost utilizat un procesor biologic de transformare a apei reziduale (BWPE). BWPE ersatz conţine nouă componente anorganice incluzînd sodiu, potasiu, amoniac, sulfaţi, cloruri. Cele 14 componente organice conţin cantităţi mari de dextran şi creatinină.

În acest studiu experimentele au fost făcute, utilizînd sistemele de filtrare de osmoză inversă de rotaţie şi osmoză inversă tip spirală. Permeatul este forţat să treacă prin membrana de osmoză inversă, acoperind un cilindru interior poros care se roteşte în interiorul unui cilindru mai mare fără pori. Permeatul este colectat într-un vas interior, în mijlocul dispozitivului. Permeatul este reciclat într-un rezervor cu o capacitate de 20 litri (fig. 1a).

Experimentele osmozei inverse de rotaţie au fost făcute la o viteză de rotaţie de 90 rpm, suprafaţa membranei pentru dispozitivul osmozei inverse de rotaţie este de 158 cm², iar volumul lui de 0,5 litri. Singurul element din sistemul de filtrare utilizat în osmoza inevrsă tip spirală este prezentat în fig. 1b.