Column

Nieuws

Emile Cornelissen spreekt tijdens de negende MTC van de IWA

Behoefte aan membranen met betere selectiviteit, beter moduleontwerp en hogere logreductie

De laatste tien jaar heeft een enorme toename plaatsgevonden van onderzoek naar de synthese van nieuwe membranen. Zo zijn er nieuwe omgekeerde-osmose membranen (reverse osmosis-membranen; RO-membranen) ontwikkeld waarbij de actieve scheidingslaag via 3D-printing wordt aangebracht op nieuw ontwikkelde steunlagen, alternatieve materialen zoals grafeen en grafeenoxide worden gebruikt, alternatieve polymeerchemie wordt toegepast en waarbij zeolieten en metaalorganische raamwerken worden gebruikt tijdens de synthese. Nieuwe syntheseroutes worden in toenemende mate gebruikt voor membranen die kunnen worden toegepast in de (drink)waterzuivering. Het is de bedoeling hiermee een hogere waterproductie bij een lagere druk te realiseren, waardoor er uiteindelijk minder energie nodig is voor waterzuivering en ontzouting.

Tijdens een plenaire lezing op de negende membraantechnologie conferentie (MTC) van de International Water Association (IWA) bespreekt prof. E.R. Cornelissen een aantal beperkingen in verband met deze strategie.

Plenaire sprekers.

Behoefte aan membranen met verbeterde selectiviteit van opgeloste stoffen

Er wordt veel onderzoek gedaan, en dat heeft op laboratoriumschaal geleid tot veelbelovende RO-membranen die een indrukwekkende waterproductie per membraanoppervlak (de zogenaamde “flux”) mogelijk maken. Een belangrijke functie van membraanfiltratie is de verwijdering van ongewenste bestanddelen uit het voedingswater, zoals de verwijdering van organische microverontreinigingen uit bronnen van drinkwater. Van kleine polaire organische microverontreinigingen zoals pyrazool, N-nitrosodimethylamine (NDMA), methyl-tert-butylether (MTBE) en benzotriazool is bekend dat deze slechts zeer beperkt worden tegengehouden (<50%) door commercieel beschikbare membranen. Het is daarom niet alleen belangrijk de waterflux te verhogen, maar juist ook om nieuwe membranen te ontwikkelen die dit soort kleine polaire microverontreinigingen kunnen verwijderen.

Membranen ontwikkelen voor zoetwaterbronnen

Omgekeerde osmose verbruikt relatief veel energie, met name bij zoute waterbronnen zoals zeewater. Om zuiver water te kunnen produceren, moet de osmotische druk van het toevoerwater worden overwonnen door hoge druk pompen. De ontwikkeling van nieuwe membranen met een hogere productiviteit betekent daardoor niet automatisch een substantiële afname van de benodigde energie. Als het toevoerwater minder zouten bevat, zoals bij oppervlaktewater, grondwater en zelfs afvalwater, dan leidt een verhoogde membraanproductiviteit wel tot een veel lager energieverbruik. Daarom is het met het oog op het energieverbruik belangrijk om membranen te ontwikkelen voor zoutwaterbehandeling en niet (alleen) voor zeewaterontzilting.

PRESENTATIE VAN EMILE CORNELISSEN.

Behoefte aan een beter ontwerp van membraanmodules

RO-membranen voor commerciële toepassingen zijn overwegend beschikbaar als spiraalgewonden membraanelementen. Hierbij worden de membranen gescheiden door een “voedingsspacer”, die zorgt voor menging in het toevoerkanaal. Hoewel dit ontwerp al ruim veertig jaar oud is, zijn er in de loop van de tijd hooguit enkele kleine verbeteringen in aangebracht. Door de aanwezigheid van de voedingsspacer is dit ontwerp minder geschikt om een hogere productie te realiseren, en kan het niet optimaal profiteren van de voordelen van nieuwe RO-membranen, die juist voor een hogere productie worden ontwikkeld. Bovendien is de voedingsspacer een aanhechtingsplaats voor aangroei van vuil. Het is dus ook noodzakelijk nieuwe membraanelementen te ontwikkelen.

Panelleden.

Behoefte aan een tool voor online integriteitsbewaking

Hoewel RO-membranen extreem robuust zijn, wordt ervan uitgegaan dat ze in een waterzuivering het aantal virussen slechts met een factor 100 verminderen (een “logreductiewaarde” van 2). Er bestaat namelijk geen goede methode om de daadwerkelijke virusverwijdering van volledige RO-installaties te bepalen zonder dat er markers hoeven te worden toegevoegd. Onlangs is bij KWR een nieuwe methode ontwikkeld, die is gebaseerd op DNA-biomonitoring. Hierbij wordt gebruik gemaakt van in drinkwaterbronnen aanwezige natuurlijke virussen, waarmee direct de verwijdering van virussen kan worden bepaald. Met deze nieuwe methode is een logreductiewaarde van 7 verkregen in een RO-proces met oppervlaktewater als voedingswater. Het gaat hier vooralsnog om een methode die in een proefopstelling wordt toegepast, maar er wordt gekeken of deze methode ook als een online integriteitsbewaking voor de membranen kan worden ontwikkeld.

Conclusie

Er worden steeds betere membranen ontwikkeld, en een aantal nieuwe RO-membranen is inmiddels ook al commercieel verkrijgbaar. Op het ogenblik bestaat er een grote behoefte aan de ontwikkeling van RO-membranen voor zoetwaterbronnen die beter organische microverontreinigingen kunnen verwijderen, en aan een geschikter moduleontwerp. Daarnaast is een op natuurlijke virussen gebaseerde methode ontwikkeld die kan worden gebruikt voor integriteitsbewaking van de membranen, waarmee een hogere logreductiewaarde aan full-scale installaties kan worden toegekend.