MEMBRÁN TECHNOLÓGIÁK

A szűrés olyan fázisszétválasztási folyamat, melyben szilárd halmazállapotú anyagokat (lebegőanyag, vagy kolloid anyag) választunk el folyadék halmazállapotú anyagtól A membrán olyan féligáteresztő anyag, amelyen bizonyos anyagok könnyebben átjutnak, mint mások A membrán tehát egy szelektív gát, melynek feladata bizonyos anyagok átengedése mellett más anyagok visszatartása, azaz különböző anyagok szétválasztása A membránszűrésben a hagyományos szűréshez képest a visszatartott anyagok köre kibővül, hiszen bizonyos membránok oldott - akár 0,0001 m méretű - anyagok visszatartására is képesek

Ozmózis: A membrán-réteg a víz számára átjárható, azonban a szennyezőanyag számára nem. Mivel a két tartályban a koncentráció-kiegyenlítődés irányában mennek a folyamatok  a víz a B tartályból az A tartályba áramlik, amíg a nyomásviszonyok azt megengedik

Fordított ozmózis: Az ozmózissal ellentétes folyamat: nyomás hatására a folyadék az A tartályból a B-be áramlik; a szűrt víz (permeátum) a B tartályból összegyűjthető

Mikroszűrés: 400 – 20 000 Angstrom pórusméret (1 Angstrom = 0,1 nm = 10-10 m) Oldott anyagokat átengedi 42 - 119 kPa nyomás (6 - 17 psi) Ultraszűrés: 40 – 1000 Angstrom Eltávolít: mikroorganizmusok, nagy tömegű szerves vegyületek, kolloid részecskék, iszap 800 – 100 000 dalton Átjut: sók, kis móltömegű anyagok 105 – 700 kPa (15 -100 psi)

Nanoszűrés: 1 – 20 Angstrom pórusméret 700 – 1 050 kPa nyomás (100 - 150 psi) Eltávolít: 0,001 μm méretű szemcsés és oldott anyag, mikroszennyező anyag, mikroorganizmusok, THM prekurzorok 200 – 800 dalton Fordított ozmózis: 1 – 10 Angstrom Eltávolít: 50 – 200 dalton 1,05 – 2,8 MPa (150 -400 psi)

Membránok kialakítása: Lap membránok Spirál membrán Csöves elrendezésű membrán Kapilláris membrán modulok

Lap mebránok (párhuzamos sík membránok) A lap-membránok sík membránlapok és támasztó (távtartó) lemezek sorozatából állnak. A tisztítandó víz két szomszédos membrán lap között halad (keresztirányú áramlás), miközben a szűrlet a membránon átszűrve, a membránlapra merőleges irányban távozik. A porózus támasztó lemezek a membrán megtámasztását szolgálják, valamint biztosítják a szűrlet összegyűjtését.

Porózus támasztó lemez Lap mebránok (párhuzamos sík membránok) Nyersvíz Nyersvíz csatornák Membrán Porózus támasztó lemez Szűrlet gyűjtése Koncentrátum

Spirál mebránok A párhuzamos lap-membránokból fejlesztették ki az ún. spirál membránt. A spirál membránban a 2 membrán lap között flexibilis, porózus, szűrlet-elvezető távtartó lemez helyezkedik el. A membrán lapok 3 oldalon szigeteltek, a negyedik oldal egy perforált csőhöz van illesztve, itt gyűlik össze a tisztított víz (szűrlet). Az így készített szendvicsszerkezetet egy, a nyersvíz áramlását biztosító távtartó lemezzel egészítik ki, majd az egészet feltekercselik. A spirál membránban a nyersvíz a tekercs tengelyével párhuzamosan (a szűrési irányra merőlegesen) áramlik, míg a szűrlet spirálisan áramolva a tekercs közepén elhelyezkedő perforált csőben gyűlik össze.

Spirál mebránok Anti-teleszkópos tartó Szűrlet összegyűjtő perforált cső Nyersvíz Nyersvíz Nyersvíz áramlása a porózus távtartókon keresztül Membrán Szűrlet összegyűjtő Szűrlet áramlása Membrán Nyersvíz áramlását biztosító távtartó Takaró fólia

Csöves elrendezésű membránok A csöves elrendezésű membránban a membrán réteget egy támasztó cső belső oldalára viszik fel (belső szűrőfelület). Az így készített csövet (egyet, vagy többet) egy nagyobb nyomócsőbe helyezik. A nyersvíz, nyomás alatt a cső belsejében áramlik, a tiszta rész (szűrlet) a membránon átszűrődve a cső külső felülete mentén (általában egy porózus távtartó rétegben) kerül összegyűjtésre, míg a koncentrátum a cső ellentétes oldalán gyűlik össze. A cső-membránok tisztítása a legegyszerűbb, vegyszerekkel, vagy mechanikailag, tisztítólabdák csőben történő mozgatásával történik.

Csöves elrendezésű membránok

Kapilláris membrán A kapilláris membrán modulok több ezer vékony, üreges szálból (nagyon vékony, spagetti-szerű csövecskéből) állnak. A nyersvíz a csövecskék belsejében nyomás alatt (belülről kifelé szűrve – belső szűrőfelület), vagy azok külső részén, vákuum hatására (kintről befelé szűrve – külső szűrőfelület) áramlik. A kapilláris membránok önhordóak, és a legnagyobb felület/térfogat arány ezzel a konfigurációval alakítható ki.

Kapilláris membrán

Forrás: The Management and implementation Authority of the Man-Made River Project, 1994

Balatonöszödi Felszíni Vízmű A Balatonöszödi Felszíni Vízmű szezonálisan működik, Balatonszemes és Balatonföldvár térségét látja el ivóvízzel a nyári csúcsidőszakban, amikor drasztikusan megnövekszik az ivóvíz felhasználás a turizmus és a nyári öntözések miatt

Balatonöszödi Felszíni Vízmű – régi technológia A régebbi technológia a következő lépésekből állt (3 600 m3/d kapacitás): Nyersvíz kivétel, majd előszűrés egy durva szűrőn (5mm) Vegyszeradagolás: előklór (1,75 g/m3) KMnO4 (0,7 g/m3) vas-szulfát (10 g/m3 Fe3+) Koagulációs szűrés kavics töltetű szűrőtornyokban Közbenső klóradagolás (0,05 g/m3) Homokszűrés és aktívszenes adszorpció kétrétegű szűrőkkel, amelyek felső része homok, alsó része pedig aktívszén Utóklór adagolás Tárolás, fogyasztókhoz eljuttatás

Balatonöszödi Felszíni Vízmű – korszerűsített technológia 2002. júniusától üzemel a ZENON cég Zee-Weed technológiájával létesített 5 000 m3/nap névleges kapacitású felszíni víztisztító mű Vízkivétel Előoxidálás kálium-permanganáttal (0,3 – 0,7 g/m3) Előszűrés Derítőszer adagolás (BOPAC) - Koaguláció (25 sec. tartózkodási idő) Flokkuláció (4 min. tartózkodási idő) Ultraszűrés Utóklórozás Tisztavíz tárolás

Technológiai folymatábra

Balatonöszödi Felszíni Vízmű – korszerűsített technológia (folyt.) A membránszűrő egység: Térfogata: 88 m3 A membrán névleges pórusátmérője: 0,085 μm Vákuum  a víz kintről a membrán belső térrészébe áramlik Az iszap egy része visszajut a flokkulációs egységbe, másik része a tartály túlfolyóján keresztül távozik a zagyvíz vezetékbe

Balatonöszödi Felszíni Vízmű – korszerűsített technológia (folyt.) A membránszálak tisztítása, regenerálás: Folyamatos levegőztetés 10 másodpercenként 5-5 kazettát levegőztetve váltakozva Szűréssel ellentétes irányú vízárammal visszaöblítés (10 percenként 30 másodperces visszaöblítés) Az öblítővízzel együtt hypó oldat adagolása is történik a membránszálak belsejébe Időszakonként vegyszeres mosás a szálak regenerálására, illetve a nagyobb mértékű lerakódások eltávolítására (citromsav + sósav keverékével)

Balatonöszödi Felszíni Vízmű – korszerűsített technológia (folyt.) Eredmények: A korábbi hagyományos eljárásokhoz képest hatékonyabb algaeltávolítás Aránylag magas elfolyó KOIPS és AOX (szerves fertőtlenítési klórozott melléktermékek) értékek Tervezett bővítés: aktív szén adszorber beiktatása

A gépészeti és a technológiai konténerek Balatonöszödön

BAUER Umweltgruppe

Anlagentechnische Ausrüstung des Wasserwerkes Ottorfszell Auftragssumme  655.000 € Dauer  Sept.-Dez. 2008 QAnlage  50 m3/h Quelle: kmm, FWS-WAT, Schrobenhausen.

Wasserwerk Ottorfszell Entsäuerungsfilter: 9 m3 Reinwasserbehälter: 45 m3 Ultrafiltration (T-Rack): 10 Module je 5 m3/h Pumpen für 5 Hochbehälter Quelle: fit, BMU, Schrobenhausen.

Das Runde muss ins Eckige Quelle: kmm, FWA-WAT, Schrobenhausen.

Alles andere als ein Elefant im Porzellanladen Quelle: kmm, FWA-WAT, Schrobenhausen.

A nyersvíz minősége

Az ultraszűrő modul

Klór-dioxid előállítása 5 NaClO2 + 4 HCl  4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O Klorit Sav

A hálózati szivattyúk

Szennyvíz újrahasznosítása vízhiánnyal küzdő országokban 04.04.2017 A szennyvíz egy részének, vagy teljes mennyiségének kezelése oly módon, hogy minősége eléri a vízhasználat előtti minőséget A megoldás egyre népszerűbb a vízhiánnyal küszködő országokban (pl. Szingapúr, Közel-Kelet, Ausztrália, Spanyolország) Előnyei: mezőgazdasági, ipari, vagy települési vízfelhasználás forrása Közvetetten ivóvíz célú felhasználás Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. 04.04.2017 34

Szingapúr: az ihatatlant ihatóvá tenni 04.04.2017 Szennyvíztisztítás után: mikroszűrés, RO és UV fertőtlenítés -> NEWater. > 2.5% NEWater tározó vizével keverve  ivóvíz-célú felhasználás 97.5% NEWater felhasználása ipari vízként 5 NEWater telep, a nemzet vízellátásának 30%-t biztosítja. (2060-ra: 50 %) A korábbi miniszterelnök Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. Emily Serrano Emily Serrano Slide 35 04.04.2017 35

Szingapúr: az ihatatlant ihatóvá tenni - NEWater 04.04.2017 The first barrier is the conventional wastewater treatment process whereby the used water is treated in the Water Reclamation Plants. The second barrier, and first stage of the NEWater production process, uses microfiltration/ultrafiltration to filter out suspended solids, colloidal particles, disease-causing bacteria, some viruses and protozoan cysts. The filtered water that goes through the membrane contains only dissolved salts and organic molecules. The third barrier, and second stage of the NEWater production process, utilizes reverse osmosis (RO). In RO, a semi-permeable membrane filters out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides that cannot pass through the membrane. Hence, NEWater is free from viruses and bacteria and contains very low levels of salts and organic matter. At this stage, the water is already of potable quality. The fourth barrier, and third stage of the NEWater production process, acts as safety precaution. UV disinfection is used to ensure that all organisms are inactivated and the purity of the product water guaranteed. With the addition of some alkaline chemicals to restore the pH balance, the NEWater is ready for use Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. 04.04.2017 36

NEWater - látogatóközpont 04.04.2017 Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. 04.04.2017 37

NEWater - látogatóközpont 04.04.2017 Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. 04.04.2017 38

EMPA – Self Sufficient Home 04.04.2017 Why was there a need? We want to be self-sufficient in water. Today, 50% from catchment areas, 33% from Malaysia (made possible through an agreement in 1961). The rest, through desalination. WW is processed with conventional steps (primary clarification, MBR), then passed through microfiltration/nanofiltration processes to filter out some viruses, bacteria, protozoa, colloidal and suspended particles. Only organic molecules and dissolved salts are passed through. Next stage: RO, which keeps out undesirable contaminants such as bacteria, viruses, heavy metals, nitrate, chloride, sulphate, disinfection by-products, aromatic hydrocarbons, and pesticides. At this stage, the treated water is already of a potable quality. Last stage: UV disinfection –for safety precaution. This is to ensure that all organisms are deactivated. Currently, due to the psychological barrier, only 1% of NEWater is mixed with water in catchment areas, which will be processed to become drinking water. By next year, this amount will more than double to 2.5% Skeptical? Many large communities have unintentionally been practising similar treatment called “Unplanned Indirect Potable Use” over the years. Some examples are cities along The Rhine (chemical WW effluent up north in Germany and used as source of DW in Basel, Holland), Thames River in UK, Mississippi River in the US, Yangtze River in China, and Mekong River in Indo-China. 04.04.2017 39