Komputerowe projektowanie procesów membranowych na przykładzie odwróconej osmozy

Omówiono możliwości projektowania instalacji membranowych przy wykorzystaniu profesjonalnych programów komputerowych. Zwrócono uwagę na duże trudności w opracowywaniu modeli transportu masy podczas filtracji membranowej. W tym celu należy dysponować dokładnym opisem matematycznym hydrodynamiki systemu oraz pełną charakterystyką struktury membrany i składem cieczy zasilającej. Stwierdzono, iż w praktyce dostępne są jedynie modele odwróconej osmozy skonstruowane przy wielu założeniach upraszczających (woda traktowana jest jako ośrodek ciągły, pomiędzy składnikami roztworu nie występują wzajemne oddziaływania, roztwór pozbawiony jest cząstek zawieszonych, nie tworzy się warstwa żelowa przy powierzchni membrany oraz brak jest aktywności biologicznej na granicy faz membrana-roztwór). Na przykładzie programu IMSDesign firmy Hydranautics opisano procedurę postępowania, umożliwiającą symulację działania systemu odwróconej osmozy przy dowolnym układzie modułów membranowych i przy zmiennych parametrach procesowych. Podano zakres niezbędnych parametrów wejściowych, takich jak wymagana wydajność, stopień odzysku i charakterystyka roztworu zasilającego. Podkreślono, że programy komputerowe nie mogą zastąpić badań pilotowych. Podstawową wadą dostępnego oprogramowania jest jego dopasowanie do produktów konkretnej firmy produkującej systemy membranowe oraz nieuwzględnienie w procedurze obliczeniowej zjawiska blokowania membran (fouling).

Analyzed is the problem of whether computer-aided design can be applied to membrane installations. It has been pointed out that the development of predictive models for membrane mass transfer is rather problematic and relies on the mathematical description of the system hydrodynamics, membrane structure and feed water matrix. Only reverse osmosis can be modeled on the basis of the following simplifying assumptions: (1) water is treated as a continuum essentially devoid of the more complex interactions induced by the presence of dispersed particles, (2) the phenomenon of gel layer formation does not appear, and (3) biological activity of the membrane-solution interface can be neglected. Making use of the Hydranautics reverse osmosis software (IMSDesign), a detailed procedure enabling the simulation of a reverse osmosis system under a variable number of membrane modules and process parameters is described. The range of the inputs required (feed water quality, efficiency, conversion) is given. It has also been stressed that computer-aided packages can not be regarded as an alternative to pilot trials. Commercial software packages have the inherent disadvantage that they are applicable only to the supplier's own products. Another major drawback is that the impact of the fouling phenomenon has not been included.