Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)

3. szám - Dr. Dobolyi Elemér–Dobos Ferencné: A fordított ozmózis elvének gyakorlati alkalmazása a vízgazdálkodásban

122 Hidrológiai Közlöny 1978. 4. sz. Oláh J.—Tóth L.—O. Tóth E.: Szokatlanul nagy tápanyag terhelés A fordított ozmózis elvének gyakorlati alkalmazása a vízgazdálkodásban Dr. DOBOLYI ELEMÉR* és DOBOS FERENCNÉ* 1. Bevezetés A fordított ozmózis napjainak legdivatosabb sótalanítási eljárása. A módszer az elmúlt ÍO—15 évben rohamosan fejlődött. Az eljárással foglalkozó szakirodalom már könyvtárakat tölt meg, ezért jelen közleményünkben még vázlatosan sem tárgyalhatjuk a fordított ozmózis elméletével és gyakorlati alkalmazásával kapcsolatos valamennyi kérdést. Ezért — a teljesség igénye nélkül — néhány alapfogalom tisztázása után az eljárás hazai vonatkozásait ós — elsősorban a figyelem felkeltése céljából — a VITUKI-ban végzett néhány gyakorlati mérés eredményeit mutatjuk be. 1.1 A fordított ozmózis eljárásának kialakulása Az ozmózis jelenségét — ami több mint '200 éve ismert —, elsőként 1748-ban Nollett írta le. Kísérletében konyakkal töltött edényt marhahólyaggal zárt le, és az egészet vízbe merítette. Egy idő múlva azt tapasztalta, hogy a hólyag megduzzadt, majd kipukkadt. A víz ugyanis bediffundált az edénybe, de az alkohol nem tudott kijönni onnan. A hólyag mint féligáteresztő, szemipermeábilis membrán működött. Az első mesterséges szemipermeábilis membránt 1867-ben Traube állította elő, aki porózus kerámia felületére rézferrocianid hártyát csapatott ki. Ennek segítségével vizsgálta részletesen Pfeffer az ozmózis jelenségét, és állapította meg azt, hogy ha két különböző aktivitású, azaz különböző koncentrációjú oldatot féligáteresztő, azaz szemipermeábilis hártyával, az úgynevezett membránnal választunk el egymástól, akkor a kisebb koncentrációjú, nagyobb kémiai potenciálú oldat a membránon keresztül a töményebb oldat felé áramlik és ott egy bizonyos nyomást hoz létre. Az áramlás addig tart, míg a nyomás elegendő lesz a termodinamikai egyensúly létrehozására, azaz a hidrosztatikai nyomás akkora lesz, hogy megakadályozza újabb folyadékmennyiség átáramlását. Az ilyen egyensúlyi állapotban kialakult nyomás az ozmózisos nyomás, vagy ha tiszta oldószer helyett kisebb koncentrációjú oldatot alkalmazunk, akkor a két oldat ozmózisos nyomásának különbsége. Kísérletei alapján Pfeffer felállította az ozmózisos nyomás egyenletét, amely a következő JI= qjn/V BT, ahol TI = az ozmózisos nyomás [att], <p= az ozmózisos nyomás együtthatója, n \ mól — = az oldott anyag koncentrációja L , R = az egyetemes gázállandó [atm], T = az abszolút hőmérséklet \°K~\. Amennyiben a fentiekben bemutatott folyamatot megfordítjuk, ós a koncentrált, vagy koncentráltabb oldatra nyomást gyakorolunk, amely nagyobb mint az oldat ozmózisos nyomása, akkor eljutunk a fordított ozmózis jelenségéhez, azaz nyomás hatására, egy féligáteresztő membrán segítségével egy bizonyos töménységű oldatból ki tudjuk szorítani a tiszta oldószert (a gyakorlatban a vizet) és visszamarad egy, a kiindulásinál töményebb oldat. A jelenség meglehetősen egyszerű, azonban gyakorlati alkalmazására mégis csak az utolsó két évtizedben került sor azután, hogy Reid és Breton [1], valamint tőlük függetlenül Yuster, Sourirajan és Bernstein [2] •"Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Központ 1095 Budapest, Kvassay Jenő út I, felfedezték a cellulózacetát film szemipermeabilitását a vizes oldatban levő sókra nézve. Ennek a filmnek permeabilitása, azaz vízáteresztőképessége még kicsi, azonban elindította a fejlődést, ami ettől kezdve ugrásszerű volt. Az első nagy vízáteresztő-képességű (fluxusú) membránokat az Egyesült Államokban szabadalmaztatták 1960-ban [3, 4], majd megoldották a membránok pórusméreteinek változtatását is, miáltal az elválasztást szelektívebbé tudták tenni [5], és így ennek az elválasztási eljárásnak az alkalmazási területe egyre tágult. A fordított ozmózis elvén alapuló membrán-szeparációs eljársnak (amit a műszaki életben röviden fordított ozmózisnak nevezünk) két lényeges előnye van. Az egyik, hogy nem jár fázisátalakulással, illetve számottevő hőeffektussal, a másik pedig — az előzőnek megfelelően — hogy ily módon kisebb az energiaigénye, mint a fázisátalakulással járó desztilláció vagy a kifagyasztás. A fordított ozmózis helyét a különböző elválasztási eljárások sorában az 1. táblázat szemlélteti. 2. A fordított ozmózis eljárás magyarországi vonatkozásai Magyarországon a fordított ozmózis céljára alkalmas membránok készítésével legkorábban a Központi Élelmiszeripari Kutató Intézetben kezdtek el foglalkozni. Dr. Demecky és munkatársai, a Nagynyomású Kutató Intézet munkatársainak segítségével olyan készüléket szerkesztettek, amely egyrészről alkalmas volt mind az általuk öntött membránok használhatóságának kipróbálására, mind pedig a jónak bizonyult membránokkal való félüzemi, majd üzemi méretű kísérletek lefolytatására. Vizsgálataikat az élelmiszeripar területén végezték, és kísérleteiket elsősorban a tejsavóban levő értékes anyagok kinyerésére, illetve a különböző gyümölcslevek koncentrálására irányították. A tejsavó fordított ozmózisos kezelésének azonban nemcsak élelmiszeripari, hanem igen jelentős szennyvíztisztítási vonatkozásai is vannak. Köztudott ugyanis, hogy az élelmiszeriparon belül a tejiparból származik a biológiai kezelhetőség szempontjából a legkellemetlenebb szennyvíz, ós ebben, a szennyvízben levő tejsavónak döntő szerepe van. A sajtgyártásnál keletkező tejsavónak ugyanis olyan nagy a BOI

5, illetve KOI értéke, hogy annak a biológiai szennyvíztisztító telepre való lökésszerű bevezetése még az általában jól méretezett szennyvíztisztító telepen is időszakos túlterhelést okoz. Ez a kellemetlen hatás kitűnően elkerülhető azáltal, ha a savóból a fordított ozmózis eljárással az értékes (és egyben a nagy KOI értéket okozó) fehérjéket és szénhidrátokat kinyerik, és ezután a szinte tiszta vizet vezetik a csatornába, ahogy arról Kehi Ádámné, a KÉKI munkatársa 1973-ban írt cikkében [6] beszámol. 1973-ban a Magyar Hidrológiai Társaság és a VITUKI által közösen rendezett tudományos kollokviumon dr. Dobolyi Elemér számolt be [7] a fordított ozmózis elvéről ós annak gyakorlati alkalmazhatóságáról. Majd ugyanebben az évben Baráti Ernő és Hoszáng Géza, a Szerves Vegyipari Kutató Intézet munkatársai írtak összefoglaló cikket [8] ugyanerről a témáról. 1974 végén, elsősorban műanyagipari, membránelőállító szempontból, a Műanyagipari Kutató Intézetből Haklits István jelentetett meg közleményt [9]. A fenti cikkek, illetve előadás'részletesen tárgyalják a fordított ozmózissal kapcsolatos alapfogalmakat, a transzportjelenségek mechanizmusát, a membránok előállítását, a különböző készülékek technikai megoldásait és az eljárás alkalmazási területeit. Ezért mi, a továb-