Membraanfiltratie is een proces waarbij stoffen uit het water worden gehaald door middel van scheiding op basis van deeltjesgrootte en drukverschil. Door het toepassen van een specifiek membraan (semipermeabel materiaal) met een specifieke poriegrootte kan de gewenste scheiding worden verkregen.
Ultrafiltratie, ook wel aangeduid als UF, is een membraanfiltratie techniek waarbij een vloeistof onder druk door een semipermeabel membraan wordt geperst. Dit membraan heeft bij ultrafiltratie een poriegrootte die globaal varieert van 0,1-0,01 μm (10-100 nm). Ultrafiltratie membranen worden voornamelijk gebruikt voor de verwijdering van zwevende en colloïdale stoffen, bacteriën en virussen. Ultrafiltratiemembranen worden in verscheidene configuraties aangeboden. Mogelijke configuraties zijn:
Naast de specifieke membraanconfiguratie kan men ook enkele bedrijfsvoeringen onderscheiden. De twee meest gebruikte methodes zijn dead-end (dit is de methode die Logisticon over het algemeen toepast) en cross-flow bedrijfsvoering. De namen verwijzen naar de manier waarop de voeding aan het membraan aangeboden wordt. Bij dead-end UF wordt de voeding in het holle membraan geleid en aan het eind tegengehouden. Hierdoor gaat het water door het membraan en wordt het vuil opgehoopt. Periodiek wordt, door een backwash, de vuillast weggespoeld. De vuillast wordt zo losgemaakt en kan afgevoerd worden. Dit noemt men semi dead-end bedrijfsvoeding. Wanneer de vuillast te sterk is samengedrukt of te sterk aan het membraan kleeft, kan het zijn dat de backwash niet voldoende meer is. In dit geval zal een chemische reiniging worden uitgevoerd. Bij cross-flow bedrijfsvoering wordt de vloeistof langs het membraanoppervlak gestuurd. Het permeaat zal het membraan passeren en de vuillast blijft achter. Hierdoor ontstaat er een geconcentreerde stroom. De vuillast wordt in deze bedrijfsvoering continu verwijderd door de langsstromende voedingsstroom.
Omgekeerde osmose, ook wel hyperfiltratie of reverse osmose genoemd, wordt voornamelijk gebruikt voor het verwijderen van zouten en mineralen en derhalve het verlagen van de geleidbaarheid. Een bijkomende werking is dat omgekeerde osmose deels andere stoffen zoals pesticiden, zware metalen, medicijnresten en meer tegenhoudt. Osmose is een natuurlijk proces van een stroming door een semipermeabel membraan. Wanneer zuiver water van dezelfde temperatuur aanwezig is aan beide zijden van een membraan en de druk aan beide zijden is ook gelijk is, zal er geen water door het membraan stromen. Wanneer er aan de ene kant zout wordt opgelost in het water, zal er een waterstroom door het membraan ontstaan van het zuivere water naar het water met zouten. De natuur probeert het concentratieverschil op te heffen als het ware. Wanneer er druk wordt uitgeoefend op de kant waar de zouten zijn toegevoegd, ontstaat er een nieuw evenwicht. Door deze druk zal er water door het membraan gaan waar de zouten er niet doorheen kunnen. Dit fenomeen wordt omgekeerde osmose genoemd. De drijvende kracht achter omgekeerde osmose is de toegepaste druk minus de osmotische druk. Het energieverbruik van omgekeerde osmose is: direct gerelateerd aan de zoutconcentratie, aangezien een hogere zoutconcentratie een hogere osmotische druk geeft.
Deze techniek wordt onder meer ingezet voor de productie van proceswater en ketelvoedingswater en het bereiden van drinkwater (uit brak of zoutwater), demin water en ultra puur water. Ook het ontharden en ontkleuren van water, het opwerken van processtromen tot een hogere kwaliteit en het zuiveren van afvalwater gericht op hergebruik behoren tot de vele mogelijkheden.
Logisticon maakt gebruik van Capillaire Nanofiltratie of CapNF membranen. Deze inside-out holle vezel membranen zijn gemaakt van Polyetherslfon (PES), die in tegenstelling tot normale spiraalgewonden membranen ook teruggespoeld kunnen worden. Voordeel van gebruik van PES is dat dit beter bestand is tegen oxidatieve stoffen als actief chloor.
Met Capillaire Nanofiltratie kan oppervlaktewater of (tertiair) afvalwater in één stap worden gezuiverd tot kwalitatief hoogstaand proceswater of zelfs drinkwater. CapNF combineert de gunstige eigenschappen van Capillaire Ultrafiltratie (UF) met de gunstige eigenschappen van Nanofiltratie (NF). Deze techniek is zeer geschikt voor de verwijdering van organische opgeloste stoffen (grote moleculen), kleur, microverontreiniging, pesticiden en deels ook ionen (calcium, sulfaat, fosfaat, etc.). Tevens verwijdert een CapNF-membraan, net zoals een UF-membraan, ook bacteriën en virussen.
Een MBR bestaat uit twee delen: een bioreactor en een membraan installatie. In de bioreactor (een actief slib reactor) treden de biologische processen op voor het afbreken van de vervuiling. De membraaninstallatie scheidt het water van het actieve slib waarna het geloosd of hergebruikt kan worden.
De biologische processen in een membraanbioreactor (MBR) zijn zo goed als gelijk aan een actiefslibsysteem met het verschil dat de scheiding tussen actief slib en het gezuiverde water bewerkstelligd wordt met behulp van membranen, in plaats van bezinking en onttrekking bij de conventionele biologische behandelingen. De voordelen van een membraan bio-reactor (MBR) boven de conventionele technieken zijn:
Bij MBR worden verschillende type membranen gebruikt: ondergedompelde membranen en crossflow membranen.
De ondergedompelde MBR membranen werken op basis van onderdruk. De flux (capaciteit per m² membraan oppervlak) is relatief laag, waardoor meer membraan oppervlak nodig is ten opzichte van overdruk (crossflow) membranen. Het voordeel is echter dat een ondergedompeld membraan veel minder energie verbruikt. In feite dus een verschuiving van Opex naar Capex. Verder is het voordeel dat de membranen van buiten naar binnen bedreven worden. Hierdoor blijft de vervuiling aan de buitenkant en kan in geval van calamiteiten of extreme vervuiling eenvoudiger gereinigd worden.
Naast de toepassing van ondergedompelde membranen bestaat ook de mogelijkheid voor het toepassen van overdruk MBR membranen, dit is het geval bij het gebruik van een crossflow membraanunit. Het voordeel van een dergelijk systeem is dat veel hogere fluxen gerealiseerd kunnen worden (50 – 80 l/m².h) waardoor het benodigd membraanoppervlak beperkt blijft en een relatief compacte installatie gebouwd kan worden. Een groot nadeel daarentegen is het hogere energieverbruik ten opzichte van gebruik dompelmembranen.
Een van de nieuwere technieken om bepaalde opgeloste gassen uit water te halen is door middel van membranen. Met deze speciale membranen is het mogelijk om gas in een energie-efficiënte manier en zonder de toevoeging van chemicaliën uit water te verwijderen.
Het ontgassingsmembraan bestaat uit duizenden microporeuze polypropyleen holle vezelmembranen (een soort rietjes) die gewonden zijn om een distributiepijp. Omdat de holle vezelmembranen hydrofoob (waterafstotend) zijn kan de waterige stroom niet door de poriën penetreren, maar het gas wel. Het gas kan verwijderd worden bij de poriën door aan de waterige zijde een hogere druk aan te leggen dan aan de gaszijde. Als er hele lage waarden van opgeloste gassen bereikt moeten worden is het mogelijk aan de zuigzijde een vacuüm aan te brengen eventueel in combinatie met een stripgas (veelal stikstof). Dit vormt een drijvende kracht die opgeloste gassen van de waterfase in de gasfase brengt. In sommige gevallen zijn als voorbeeld zuurstofgehaltes van < 10 ppb te behalen.
Naast verwijdering van bekende gassen zoals ammonium, zuurstof en kooldioxide is het ook mogelijk om methaan uit water te verwijderen. Diverse onderzoeken tonen aan dat methaan uit grondwater verwijderd kan worden tot lage waarden. Dit methaan kan, in gunstige gevallen, zelfs teruggewonnen worden en gebruikt als energiebron.
Electro De-ionisatie (EDI) of Continue Electro De-ionisatie (CEDI) worden door elkaar gebruikt en is een techniek om zeer zuiver water (demi water) te maken. De techniek bestaat uit een combinatie van membraanfiltratie en ionenwisseling. In tegenstelling tot een traditionele ionenwisselaar heeft dit systeem voor de regeneratie geen chemicaliën nodig. De ionenwisselaarhars zit tussen afwisselend een kation selectief en een anion selectief membraan. Dit zijn de product en reject compartimenten.
Door een gelijkspanning aan te brengen op de CEDI-module worden de in het voedingswater aanwezige ionen in de richting van de ion-selectieve membranen getransporteerd. Hierdoor komen ze het oppervlakte van de ionenwisselaar hars. De ionen gaan door het membraan en komen terecht in de reject compartimenten. Hier worden ze vervolgens afgevoerd. Wat achterblijft is zeer schoon water. Door de gelijkspanning splitst het water zich in H+ en OH- ionen. Deze regenereren op hun beurt de ionenwisselaarhars. Omdat de selectieve membranen uitsluitend ionen doorlaten, wordt een klein deel (5-10%) van het voedingswater gebruikt om de ionen uit de reject compartimenten in een geconcentreerde stroom te verwijderen.