Rökgaskondensatrening Nov 2014 Rökgaskondensatrening med membranteknik Flue gas condensate treatement with membrane technology Bram Faaij Hultgren

Innehåll Membranteknik princip Membranteknik tryckområden Membranmaterial Polymer Keramik Modulkonstruktion MWCO UF Osmos och omvänd osmos Spiral lindad membran RO Fouling/Scaling Tungmetallavskiljning Poleringssteg Matarvattenberedning RO/EDI Sammanfattning

Membranteknik princip MF, UF, NF, RO storlek av passerande ämnen. http://gewater.com/artifacts/media/spiralwound_container.html

Membranteknik tryckområden

Membranmaterialen: polymer Begränsningar: pH Temperatur Tryck Kemisk beständighet

Membranmaterialen: keramik Begränsningar: pris/m2

Modulkonstruktion

Molecular Weigth Cut-Off MWCO

UF: driftvarianter Membran Dead-End-mode Cross-Flow-mode Feed - råvatten P F p > Permeat - renvatten Membran

UF: process TMP := Trans-Membrane-Pressure TMP = (p1 + p2) / 2 – p3 I allmänhet 0,1 – 0,4bar; max.0, 6 bar

Removal of Deposit layer UF: filtration och backspolning Feed Retentate Formation of Deposit layer Filtration at TMP ~ 0.4 bar Discharge Backwashing with Permeate at < 2 bar Removal of Deposit layer

UF: permeabilitet Schematic diagram of flux development Time dependent on: raw water quality TMP backwashing procedure Flux recovery by backwashing with cleaning reversible fouling and scaling a) with backflushing reversible fouling Line of accepted flux decline Filtration interval Flux decrease without any backwashing Buffertank mellan UF och RO Chemical cleaning interval (3 - 12 months) Time Schematic diagram of flux development

UF: TMP och temperatur påverkan

UF: exempel

Osmos och omvänd osmos princip

Omvänd osmos modul konstruktion Spiral lindad modul = ”spiral wound module” Feed channel spacer: 0,5 – 1,0 mm http://gewater.com/artifacts/media/spiralwound_container.html

Omvänd osmos process design Christmas –tree –structure Min. koncentratflöde Uppkoncentrering permeat/koncentrat Permeat-/Koncentrat-uppkoncentrering

Omvänd osmos transport mekanismen

Temperatur påverkan RO membran

RO: exempel

Membran kapacitet minskande faktorer Blockerande störsubstanser Fouling (partikel, biologisk tillväxt osv.) Scaling (utfällning) Skadliga störsubstanser (kemikalier, bakterien) Kapacitet minskande störsubstanser (osmotiskt tryck, viskositet) Känslighet oljor, fett

Tungmetallavskiljning med membranteknik UF, partikulär RO, ioner

Modell (1/4) Laddningsbalans Karbonat system Avskiljnings resultat Jonstyrka Konduktivitet Osmotiskt tryck Karbonat system pH Alkalinitet Avskiljnings resultat TCF Permeat flux Salt flux VRF_av Anjon specifik Donnan potential Modell begränsningar Jw = f(p, π) A-value Js = f(γ) ≈ f(c) B-value

Modell (2/4) Laddningsbalans Jonstyrka Konduktivitet Osmotiskt tryck

Modell (3/4) TCF Permeat flux Salt flux [C. Bartels et al. ”the effect of feed ionic strength on salt passage through reverse osmosis membranes”, Desalination 184, April 2005]

Modell (4/4) Egenskaper: Fördelar: Membran specifik B-values Komplexbildning; lab-försök pH beroende Fouling/Scaling försummas Fördelar: Jonspecifik B-value anpassbar Jonspecifik permeat koncent. Kapacitet

Pilot försök; CuSO₄ (1/2) Komplexbildning Laddning Molekyl storlek Storleksavskiljning Complexformation: Medussa, size, solving complex equilibriums, stability constants, pH Non-charged CuSO4 only by size exclusion Membrane poresize min, max

Pilot försök; CuSO₄ (2/2) B-SO₄-value Jonstyrka korrektur Teoretiskt kontra experimentell 1,00 E⁻⁸ 0,75 E⁻⁸ Massbalans problematik IS-correction not needed for SO4 since the B-value should be constant Mass balance not fulfilled; possebly due to plating of Cu on stainless steel or volume estimation incorrect (with small volumes big influence)

Poleringsteg selektiv jonbytare Ta bort metalljonen Anjon (-) & Katjon (+) jonbytare; SJB Flervärda metalljoner  harts Laddningsbalans vatten 0,3 – 1,2 mm hartskulor Vatten och lösta metaller tränger sig i hartsen Regenerering / byta massa Exempel: Katjon-JB: Cu2+ + H+-harts  H+ + Cu2+-harts Anjon-JB: CrO42- + Cl--harts  Cl- + CrO42—harts

Matarvattenberedning RO/EDI Stadsvatten eller rökgaskondensat Fördelar: Reducerad footprint mot Mix Bed Reducerad stadsvattenförbrukning Reducerad energi förbrukning, återanvända RO permeat Behöver bara 1 RO anläggning Nackdelar: Permeatkvalitet RO beroende på inkommande rökgaskondensat kation

Tack för er uppmärksamhet Rökgaskondensatrening med membranteknik Tack för er uppmärksamhet WWW.MERCATUS:SE Bram Faaij Hultgren