Microsoft Word - 04 Kabsch-Korbutowicz 1.doc

Membrany wokół nas

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Politechnika Wrocławska

1. Wstęp

Problem eliminacji zanieczyszczeń występuje tak długo, jak długo ma-

my do czynienia z życiem na naszej planecie i dlatego istniała i istnieje nadal
konieczność opracowania metod, które pozwoliłyby usuwać te składniki z róż-
nych mediów (np. wody czy powietrza).

Gdy ok. 3 mld lat temu na Ziemi pojawiło się życie pierwsze mikroorga-

nizmy musiały wytworzyć barierę pozwalającą na ochronę komórki przed działa-
niem pewnych, niekorzystnych dla ich funkcjonowania, czynników – zanieczysz-
czeń pochodzących ze środowiska oraz zanieczyszczeń wytwarzanych przez sa-
me bakterie na skutek zachodzących przemian metabolicznych. Na drodze ewo-
lucji komórka bakteryjna wytworzyła błonę komórkową, której specyficzne cechy
pozwalały na transport do wnętrza komórki wybranych składników niezbędnych
dla jej rozwoju oraz eliminację, na zewnątrz, toksycznych produktów przemiany
materii. Tak powstała pierwsza membrana naturalna.

Z biegiem czasu człowiek, podglądając przyrodę, podjął prace nad wy-

tworzeniem takiej selektywnej błony, która dzięki swoim specyficznym wła-
ściwościom pozwoliłaby na przepuszczanie tylko ściśle określonych składni-
ków cieczy lub gazów, stanowiąc jednocześnie nieprzepuszczalną barierę dla
innych elementów. Tak została opracowana membrana syntetyczna. W ujęciu
uproszczonym membraną jest każda przegroda cienkowarstwowa, zdolna do
selektywnego lub preferencyjnego przenoszenia składników mieszanin. Mem-
brany mogą być wykonane z materiałów organicznych (rysunek 1a) – polime-

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

rów lub nieorganicznych (rysunek 1b) – np. z materiałów ceramicznych lub
tlenków metali. Czasami zwyczajowo membrany określa się terminem błona
lub folia. Membrana jest cienkowarstwową przegrodą o bardzo specyficznej
strukturze zapewniającej określone właściwości separacyjne i transportowe.

a) b)

Rys. 1. Zdjęcia mikroskopowe membran syntetycznych: a) organicznych;

b) ceramicznych

Fig. 1. Electron micrograph of membranes: a) organic; b) ceramic

2. Membrany i procesy membranowe

W trakcie separacji na membranie strumień roztworu zasilającego (nada-

wy) ulega podziałowi na strumień retentatu (koncentratu) i strumień filtratu (per-
meatu), przy czym produktem procesu może być albo permeat albo retentat,
a w niektórych przypadkach oba strumienie (rysunek 2). Skład strumienia perme-
atu i koncentratu zależy przede wszystkim od właściwości użytej membrany.

MEMBRANA

Nadawa

Permeat

Koncentrat

Rys. 2. Zasada rozdziału strumieni w procesie membranowym
Fig. 2. Principles of streams separation in membrane processes

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Wspólną cechą wszystkich procesów separacji membranowej jest prze-

bieg procesu dzięki obecności membrany, a transport cząsteczek możliwy jest
dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej. W większości procesów
membranowych siłą napędową jest różnica:
¾

ciśnień,

stężeń (aktywności),

temperatury,

potencjału elektrycznego.

Podstawowe kryterium klasyfikacji procesów membranowych opiera

się na rodzaju siły napędowej wywołującej transport substancji przez membranę
[2]. Wyróżnione są 4 grupy procesów membranowych:
¾

procesy ciśnieniowe – mikrofiltracja (MF), ultrafiltracja (UF), nanofiltracja

(NF), odwrócona osmoza (RO),

procesy w których siłą napędową jest różnica stężeń – perwaporacja,

separacja gazów, dializa, układy z membranami ciekłymi, układy
z membranami katalitycznymi,

procesy w których siłą napędową jest różnica temperatur – destylacja

membranowa,

procesy w których siłą napędową jest różnica potencjału elektrycznego –

elektrodializa.

Badania nad membranami i zjawiskami towarzyszącymi transportowi

przez nie składników roztworów prowadzono już w XVIII i XIX wieku [7].
Pierwszym znanym opracowaniem na temat membran była praca francuskiego
zakonnika Nollet, który w 1748 roku opisał zjawisko osmozy. W kolejnych
latach prace wykonane przez wielu badaczy na świecie pozwoliły opracować
podstawy nowych technik separacji membranowej. Jednak brak dostępności do
membran o stałych, dobrze zdefiniowanych właściwościach, nie pozwalał na
ich powszechne zastosowanie.

Krokiem milowym w rozwoju technik membranowych, a szczególnie

procesów separacji ciśnieniowej, były prace wykonane przez Loeba i Souriraja-
na, którzy w latach 1958÷62 prowadzili badania, które zaowocowały opraco-
waniem metody wytwarzania membran asymetrycznych o kontrolowanej wiel-
kości porów.

Jednak dopiero postęp, który dokonał się w II połowie XX wieku po-

zwolił ma to, iż membrany znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach życia
(rysunek 3). Oprócz zastosowań, które są powszechnie znane, czyli oczyszcza-
nie wody (a przede wszystkim jej odsalanie) lub zastosowanie w medycynie
(sztuczna nerka), membrany dzisiaj są wykorzystywane praktycznie we wszyst-
kich gałęziach przemysłu oraz w wielu dziedzinach życia.

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

PRZEMYSL

ENERGETYKA

ATMOSFERY

GLEBY

WODY

NAUKA

MEDYCYNA

FARMACJA

OBRONNOSC

LESNICTWO

HODOWLA

ROLNICTWO

SRODOWISKA

MEMBRANY

OCHRONA

TECHNOLOGIA

OCHRONA

ZDROWIA

ZDROWA

TECHNOLOGIE

ZYWNOSC

CZYSTE

BEZPIECZNE

EKONOMICZNE

Rys. 3. Obszary zastosowań procesów membranowych
Fig. 3. Areas of membrane processes application

Wartość światowej sprzedaży membran i systemów membranowych

stosowanych do oczyszczania wody i innych cieczy w roku 2006 wynosiła ok.
7,6 mld $ i przewiduje się, że wzrośnie do 10 mld $ do roku 2010 [12]. Ok.
50% rynku membranowej separacji cieczy przypada na systemy odwróconej
osmozy, stosowane głównie do odsalania wody. Membrany, oprócz zastosowań
typowo separacyjnych, do oczyszczania lub separowania mieszanin ciekłych
lub gazowych, są także wykorzystywane w tzw. układach nieseparacyjnych.
Ponad 50% wartości sprzedaży membran przypada na zastosowania niesepara-
cyjne [4].

3. Nieseparacyjne zastosownia membran

Membrany w tak zwanych nieseparacyjnych zastosowaniach używane

są w:
¾

pieluszkach jednorazowych,

dozownikach lekarstw (kapsułki),

odzieży wodoodpornej (np. typu Goretex),

sztucznych organach np. sztuczna wątroba, serce, płuco, skóra,

opakowaniach żywności.

Dostępne obecnie na rynku pieluszki jednorazowe, zawierają wiele

warstw, których zadaniem jest szybkie odprowadzenie cieczy od skóry dziecka,
zabezpieczenie przed jej przedostaniem na zewnątrz oraz zapewnienie dopływu
powietrza do skóry. Większość tych te funkcji spełniają membrany wbudowane
w strukturę pieluszek.

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Bardzo znaczącym zastosowaniem membran są systemy dozowania le-

ków [5], zarówno w postaci kapsułek przyjmowanych doustnie jak i wprowadza-
nych do organizmu człowieka dozowników. Dzięki odpowiedniej budowie zasto-
sowanych membran pozwalają one, w ściśle kontrolowany sposób, uwalniać
czynnik terapeutyczny. Poprzez wszczepianie tych dozowników w bezpośrednim
sąsiedztwie ogniska chorobowego, pozwalają na bardzo skuteczną terapię.

Membrany znalazły także zastosowanie w kardiochirurgii. Stenty sto-

sowane w kardiologii do poszerzania średnicy tętnic powlekane są membrana-
mi, które zapobiegają osadzaniu się na ich powierzchni cholesterolu oraz uwal-
niają czynnik zmniejszający szok spowodowany dla organizmu na skutek
wprowadzenia obcego ciała.

Membranowe biokapsułki zawierające komórki wytwarzające insulinę

dają szansę pacjentom chorym na cukrzycę na znacznie mniej uciążliwą terapię.
Zastosowana membrana ma za zadanie przede wszystkim chronić wszczepione
obce komórki przed mechanizmem obronnym organizmu człowieka, a dodatko-
wo pozwala na selektywny transport substratów i produktu, jakim jest insulina.

Oprócz sztucznej nerki, która jest powszechnie stosowana w medycy-

nie, trwają prace nas wytworzeniem innych, sztucznych organów. Bardzo za-
awansowane są już prace nad sztuczną wątrobą lub sztucznymi płucami. Do
powszechnego użycia weszła już sztuczna skóra, która uzupełnia ubytki skóry
pacjentów. Trwają też prace nad „sztucznymi skrzelami’, które pozwalałyby na
oddychanie powietrzem zawartym w wodzie. Odpowiednio skonstruowane
membrany pozwalają na odzyskiwanie powietrza z wody, a także na usuwanie
CO

z wydychanego powietrza.

W powszechnym użyciu jest teraz odzież sportowa z wbudowana war-

stwą membranową (rysunek 4). Odpowiednie właściwości zastosowanej mem-
brany pozwalają na przenikanie pary wodnej, wydzielanej na skutek parowania
przez nasz organizm, na zewnątrz kurtek, a jednocześnie zapobiegają przenika-
niu cieczy i pary wodnej z zewnątrz do wewnątrz odzieży. Takie zastosowanie
membran zrewolucjonizowało rynek odzieży sportowej.

Rys. 4. Tkanina z warstwą

membranową

Fig. 4. Cloth with membrane layer

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

4. Separacyjne zastosowanie membran

4.1. Oczyszczanie i odzyskiwanie wody

Omówienie wielorakich separacyjnych zastosowań membran należy

rozpocząć od obszaru wszystkim najbliższego, czyli ochrony środowiska,
szczególnie, że spośród wszystkich zastosowań separacyjnych, ok. 50% przy-
pada na oczyszczanie wody i ścieków. Procesy membranowe znajdują obecnie
coraz szersze zastosowanie do oczyszczania i uzdatniania wody, a także jej
odzysku. Ze względu na dostępność membran o bardzo różnych właściwościach
separacyjnych, przy użyciu membran istnieje możliwość zarówno wstępnego
oczyszczania wody jak i produkcji wody o bardzo wysokiej jakości.

W zależności od jakości strumienia zasilającego oraz wymagań, jakie

stawia się wodzie oczyszczonej, układ technologiczny oczyszczania wody może
zawierać wiele elementów, ale podstawowe z nich to system oczyszczania
wstępnego, zasadniczy proces membranowy oraz system doczyszczania końco-
wego (rysunek 5).

Rys. 5. Ciąg technologiczny uzdatniania wody z wykorzystaniem systemów

membranowych

Fig. 5. Membrane-based water treatment train

Dokonując porównania konwencjonalnego układu technologicznego

uzdatniania wody powierzchniowej z systemem membranowym (rysunek 6),
widać, że zastosowanie membran pozwoliło na znaczne uproszczenie układu
technologicznego. Procesy membranowe pozwalają także na odzysk wody
i innych wartościowych składników stosowanych w wielu gałęziach produkcji.
Przykładem może być odzysk wody i pigmentów podczas elektroforetycznego
malowania (rysunek 7). Po naniesieniu na elementy metalowe cienkiej warstwy
lakieru, jego nadmiar jest zmywany wodą i zawracany do obiegu po zatężeniu
na membranach UF. Permeat wykorzystuje się ponownie do płukania. Podobny
system, ale z membranami do odwróconej osmozy (ze względu na bardzo wy-
sokie wymagania stawiane wodzie do płukania), stosowany może być w galwa-
nizerniach do odzysku wody i do kąpieli galwanicznych.

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Rys. 6. Porównanie układów membranoweg i konwencjonalnego uzdatniania wody [8]
Fig. 6. Comparison of membrane and conventional water treatment systems [8]

Rys. 7. Odzysk wody i farb po elektroforetycznym malowaniu elementów
Fig. 7. Dye and water recovery after electroforetic painting

Bardzo duże ilości wody o niezwykle wysokiej czystości, wykorzysty-

wane są obecnie do produkcji elementów półprzewodnikowych. Woda wyko-
rzystywana do tego celu poddawana jest oczyszczaniu z wykorzystaniem wielu
technik membranowych.

Obecnie dostępne są instalacje membranowe o bardzo różnej wydajno-

ści. We wrześniu 2005 roku uruchomiono w Minneapolis [11] największą na
świecie instalację ultrafiltracyją wytwarzającą wodę do picia – 265 000 m

/d.

Zaopatruje ona ponad 500 000 mieszkańców. Największa instalacja odsalająca
wodę metodą odwróconej osmozy została uruchomiona w roku 2005 w Ashke-
lon w Izraelu – jej wydajność wynosi 325 000 m

/d [3]. Dostępne na rynku są

też instalacje wytwarzające znacznie mniejsze ilości wody, w tym instalacje
domowe.

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

4.2. Oczyszczanie ścieków

Kolejnym istotnym obszarem zastosowania technik membranowych jest

oczyszczanie ścieków. Obecnie coraz częściej układy z systemami membrano-
wymi stosowane są w oczyszczalniach ścieków, do oczyszczania lub doczysz-
czania zarówno ścieków bytowo-gospodarczych jak i przemysłowych.

Połączenie konwencjonalnych technik oczyszczania ścieków z mem-

branami doprowadziło do stworzenia bioreaktorów membranowych, które po-
zwalają na znacznie skuteczniejsze oczyszczenie ścieków (rysunek 8). Wynika
to z następujących faktów [13]:
¾

znacznie większe stężenie (1,5÷2%) osadu niż w układach konwencjonal-

nych (0,2÷0,5%),

dłuższy wiek osadu (>15 do kilkuset dób) niż w układzie klasycznym (3÷15

dób),

krótsze czasy przetrzymania (2÷6 h), w układzie klasycznym (6÷24 h).

Efektem tego jest

znacznie mniejsze zapotrzebowanie na miejsce, niż

w przypadku konwencjonalnych metod oczyszczania ścieków. Zastosowanie
procesów membranowych do oczyszczania ścieków pozwala także na zamyka-
nie obiegów wodnych.

Rys. 8. Porównanie konwencjonalnego układów oczyszczania ścieków z układem za-

wierającym bioreaktor membranowy [8]

Fig. 8. Comparison of conventional and membrane bioreactor systems for wastewater

treatment [8]

Techniki membranowe mają także wielki udział w podboju kosmosu.

Każdy członek załogi statku kosmicznego zużywa w ciągu doby ok. 30 dm

wody. Ze względu na ograniczone możliwości transportu wody, istnieje ko-
nieczność jej odzysku zarówno ze ścieków jak i z pary wodnej. Stosowane wie-
lostopniowe membranowe systemy produkcji wody pozwalają na jej ok. 85%
odzysk [1].

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

4.3. Oczyszczanie i separacja par i gazów

Techniki membranowe są także stosowane do separacji i oczyszczania

par i gazów [10], np. do:
¾

usuwanie SO

, NO

, CO

i pyłów z gazów spalinowych,

usuwanie dymu tytoniowego z powietrza,

usuwanie H

S z gazu ziemnego,

wzbogacanie gazu ziemnego w CH

oczyszczanie biogazu,

wydzielanie wodoru z mieszanin reakcyjnych,

wzbogacanie powietrza w tlen,

uzyskiwanie czystego azotu,

odzyskiwanie helu,

usuwanie lotnych związków organicznych np. par benzyn w rafineriach lub

na stacjach benzynowych.

4.4. Membrany w medycynie

Rola membran w medycynie dotyczy różnych aspektów: sztuczne orga-

ny, kontrolowane uwalnianie leków, produkcja lekarstw, oczyszczanie wody
i powietrza, diagnozowanie i badania naukowe.

Badania nad zastosowaniem sztucznych organów są jednym z najwięk-

szych osiągnięć współczesnej medycyny. Oprócz powszechnie już stosowanej
sztucznej nerki, opracowano już sztuczne płuca (membranowe urządzenia do
natleniania krwi), sztuczną trzustkę, sztuczną skórę. Trwają też prace nad
sztuczną wątrobą, wykorzystującą membrany z transportem aktywnym.

Największym na świecie odbiorcą membran i systemów membrano-

wych są obecnie stacje dializ, w których leczeni są pacjenci z zaburzeniami
czynności nerek [9] (rysunek 9). Obecnie na świecie u ok. 1,1 mln osób stwier-
dza się ostrą niewydolność nerek, schorzenie wymagające prowadzenia oczysz-
czania krwi metodą dializy.

Rys. 9. System sztucznej nerki
Fig. 9. Artificial kidney system

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Współcześnie stosowane urządzenia pozwalają na oczyszczanie krwi

oraz jej rozdzielanie na poszczególne składniki, których zawartość i proporcje
są przedmiotem korekty w szeregu membranowych procesach separacyjnych –
dializa, ultrafiltracja, mikrofiltracja.

4.5. Przemysłowe zastosowanie membran

Techniki membranowe znajdują obecnie bardzo szerokie zastosowanie

w wielu gałęziach przemysłu, zarówno na etapie produkcji jak i do przygotowy-
wania substratów i czynników (np. wody, gazów) do tej produkcji niezbędnych.

Bardzo szerokie zastosowanie membrany znalazły w przemyśle farma-

ceutyczny:
¾

wytwarzanie, oczyszczanie i zatężanie enzymów,

hodowle komórkowe,

wytwarzanie szczepionek,

produkcja kwasów organicznych,

sterylizacja substratów i produktów,

wytwarzanie wody do iniekcji,

wytwarzanie płynów dializacyjnych,

ciągła fermentacja w bioreaktorach.

Procesy membranowe w przemyśle farmaceutycznym wykorzystywane

sa m.in.. do frakcjonowania, oczyszczania (diafiltracja) i zatężania produktów
białkowych. Przykładem może być wyodrębnianie szczepionek i antybiotyków
z płynów poferementacyjnych (rysunek 10), ich oczyszczanie oraz sterylizacja
finalna.

Rys. 10. Produkcja antybiotyku (Cefalosporyny) z wykorzystaniem układów

membranowych [6]

Fig. 10. Antibiotic (Cefalosporin) production with the use of membranes [6]

Bardzo dużym odbiorcą systemów membranowych jest przemysł spo-

żywczy, w którym membrany stosowane są do:
¾

klarowania,

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

zatężania,

sterylizacji,

odzysku wartościowych składników.

Klarowanie soku jabłkowego było jednym z najwcześniejszych zasto-

sowań ultrafiltracji. W tym przypadku separacja membranowa eliminuje filtra-
cję na ziemi okrzemkowej oraz stosowanie wirówek i enzymów. Z wykorzysta-
niem membran klaruje się również soki ananasowe, winogronowe i z owoców
cytrusowych.

Przemysł mleczarski wykorzystuje membrany do sterylizacji, koncen-

trowania mleka, zatężania białek (albuminy, globuliny) (rysunek 11). Serwatka,
która stanowi 90% objętości mleka przy produkcji serów lub kazeiny, jest wy-
odrębniana na membranach, a następnie frakcjonowana.

Rys. 11. Przetwarzanie mleka z wykorzystaniem membran [6]
Fig. 11. Milk processing using membranes [6]

Koncentrowanie mleka przed produkcją serów, pozwala na zatrzymanie

w serze białek, które w przypadku klasycznych technologii produkcji serów,
przechodzą do serwatki. Zmniejsza to też ładunek zanieczyszczeń w ściekach
poprodukcyjnych. Na polskim rynku pojawia się coraz więcej produktów
mlecznych, wytwarzanych z użyciem membran.

Wykorzystanie technik membranowych uwikłane jest także w bardzo

ostatnio głośny temat – produkcji biopaliw. Rosnące zapotrzebowanie na biopa-
liwa powoduje wzrost zainteresowania bioetanolem, którego produkcja rośnie
z roku na rok. Aby etanol mógł być dodany do etyliny nie może on zawierać
więcej niż 0,5% wody, gdyż woda znajdująca się w etanolu może powodować
korozję silników. Obecnie najczęściej do tego celu stosowany jest proces per-
waporacji z wykorzystaniem membran (rysunek 12).

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Rys. 12. Odwadnianie etanolu w procesie perwaporacji
Fig. 12. Pervaporation application in ethanol dewatering

4.6. Membrany w rolnictwie

Coraz większym odbiorcą systemów membranowych jest rolnictwo, w któ-

rym membrany stosowane są do pomiaru i dozowania wybranych składników:
¾

nawozów sztucznych,

środków ochrony roślin,

feromonów,

kontroli upraw hipotonicznych.

Nawozy, pestycydy, herbicydy, insektycydy można dozować do gleby

w sposób kontrolowany przy użyciu kapsułek z membraną umieszczoną na ich
powierzchni. Zapewnia to stałe stężenie tych substancji, a tym samym optymal-
ne warunki dla wzrostu roślin i racjonalne ich wykorzystanie. Elementy zawie-
rające membrany służą do uwalniania feromonów odstraszających owady (w
produkcji zwierzęcej) lub do ich zwabiania (leśnictwo).

Hydroponika (uprawa roślin w zupełnej izolacji od środowiska natural-

nego) wymaga stosowania oczyszczonej wody i precyzyjnego dozowania
składników mineralnych.

4.7. Membrany w siłach zbrojnych

Systemy membranowe związane są też z obronnością. Membrany znajdu-

ją się np. w systemach chłodzenia rakiet Patriot. Każda armia na świecie posiada
też mobilne instalacje membranowe pozwalające oczyszczać wodę i ścieki.

Membrany wokół nas

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

5. Podsumowanie

Przedstawione informacje wskazują na bardzo szeroki obszar zastoso-

wania technik membranowych w wielu dziedzinach życia. Należy także przy-
puszczać, że postępujące zubożenie środowiska w surowce, w tym wodę, postęp
w medycynie oraz wprowadzanie nowych technologii produkcyjnych w prze-
myśle, stworzą nowe obszary wykorzystania tych jakże uniwersalnych technik.

Literatura

1. A novel technique for wastewater filtration in space and on Earth.

http://spaceresearch.nasa.gov/docs

2. Bodzek M., Bohdziewicz J., Konieczny K.: Techniki membranowe w ochronie

środowiska. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.

3.  Desalination – water for next generation. Filtration+Separation, March 2005. 14÷25.
4.  Hanft S.: Membrane Technology: A New Era. BCC Research Report, 2006
5.  Kafarski P.: Membrane technology in drug delivery, Materials of VIII Spring

Membrane School: Membrane, membrane processes and their applications. Opole-
Turawa 23-26.04.2006

6. Kołtuniewicz A.: The history and state of art in membrane technologie. Materials

of VIII Spring Membrane School: Membrane, membrane processes and their appli-
cations. Opole-Turawa 23-26.04.2006

7. Kołtuniewicz A.: Wydajność ciśnieniowych procesów membranowych w świetle

teorii odnawiania powierzchni. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,
Wrocław 1997

8. Materiały informacyjne firmy Zenon. www.zenon.com
9. Muszytowski M.: Zastosowanie błon półprzepuszczalnych w hemodializoterapii.

Materials of VII Spring Membrane School: Membrane separation techniques from
theory to nanotechnologies. Ciechocinek 24-27.04.2005

10. Narębska A: (red), Membrany i membranowe techniki rozdziału. Wydawnictwo

Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, 1997.

11. Pressdee J., Rezania S., Hill C.: Minneapolis water works’: Ultrafiltration plant

gets off to a big start. J. AWWA, vol.97, no 12, 2005, 56÷63.

12. RO, UF, NF World Markets. McIlvaine Co. Report, 2006
13. Stephenson T., Brindle K., Judd S., Jefferson B.: Membrane Bioreactors for

Wastewater Treatment. IWA Publishing, 2002.

Streszczenie

Membrany znajdują powszechne zastosowanie w wielu dziedzinach ludzkiego

życia, w których konieczne jest rozdzielanie wybranych składników. Membrana stano-
wi przepuszczalną lub półprzepuszczalną fazę, organiczną lub nieorganiczną, która
ogranicza ruch wybranych składników ze strumienia zasilającego. Proces separacji
membranowej bazuje na zjawisku filtracji występującym powszechnie w przyrodzie.
W procesie tym mikroskopijne pory membrany, dużo mniejsze niż powszechnie wystę-
pujące zanieczyszczenia, np. sole mineralne, bakterie, wirusy, powodują ograniczenie

Małgorzata Kabsch-Korbutowicz

VIII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

penetracji domieszek do strumienia oczyszczonego. Nowoczesna metoda separacji,
pozwalająca na przenikanie jedynie czystego rozpuszczalnika, zrewolucjonizowała
metody zagospodarowania ciekłych i gazowych strumieni odpadowych.

Membrany wykorzystywane są do separacji różnego typu mieszanin: gazów

i par, mieszanin cieczy oraz substancji rozpuszczonych i nierozpuszczonych z cieczy.

Techniki separacji membranowej są powszechnie stosowane w ochronie śro-

dowiska, głównie do oczyszczania wody i ścieków. Aktualnie większość instalacji odsa-
lania wód wykorzystuje proces odwróconej osmozy do wytwarzania wody o obniżonej
zawartości soli mineralnych. W technologii separacji gazów membrany wykorzystywa-
ne są głównie do rozdzielania gazów niekondensujących: azotu z powietrza, dwutlenku
węgla z metanu lub wodoru z metanu.

Membrany są także powszechnie stosowane w większości gałęzi przemysłu.

Używane są one do przygotowania substratów lub w zasadniczym procesie produkcyj-
nym. Obecnie systemy separacji membranowej wyparły konwencjonalne metody sepa-
racyjne w przemyśle spożywczym (np. w przemyśle mleczarskim, produkcji napojów).

Membrany znajdują także powszechne zastosowanie w medycynie, np. jako

sztuczne organy (głównie systemy sztucznej nerki). Znaczące miejsce na rynku mem-
bran znajdują ich tzw. nieseparacyjne zastosowania (dozowniki lekarstw, pieluszki
jednorazowe, odzież wodoodporna lub sztuczne organy).

Membranes Around Us

Abstract

Membranes can be used to satisfy many of the separation requirements in all seg-

ments of human life. A membrane is a permeable or semi-permeable phase, organic or inor-
ganic, which restricts the motion of certain species. Membrane separation processes are
based on filtration methods found all around us in nature. The technology incorporates mi-
croscopic pores that are much smaller in size than common contaminants, minerals, bacteria
and viruses. This physical barrier only allows pure solvent to pass through and has revolu-
tionized the way in which the world treats and manages its liquid and gaseous streams.

Membranes are used for various separations: the separation of mixtures of

gases and vapors, dissolved solids and solutes from liquids, and miscible liquids.

Membrane separation processes are widely used in environment protection,

mainly in water and wastewater treatment. At present most of desalination units all over
the world use reverse osmosis process for production of desalted water. In gas separation
technology membranes are involved in separation of noncondensable gases: nitrogen from
air; carbon dioxide from methane; and hydrogen from nitrogen, argon, or methane.

In almost all industries we can find membrane systems. They are used in sub-

strates preparation or in actual production line. At present membranes squeezed out
conventional separation processes in food (dairy industry, beverage production).

Membranes are also commonly used in medical therapy, for example as artifi-

cial organs (well known artificial kidney). The large market of membranes is connected
with non-separation applications like drug delivery systems, disposal diapers, water-
proof clothing, and artificial organs.