Transforming end-of-life reverse osmosis membranes to regenerated membranes usable for wastewater treatment by oxidation and layer-by-layer deposition

Abstract

Each year millions of end-of-life (EoL) RO membranes are discarded to landfills or incinerated due to deterioration of the membrane’s functionality. EoL membranes can be regenerated with oxidation and regenerated membranes separation capabilities can be altered with LbL deposition. The aim of this master’s thesis is to regenerate EoL membranes that can be utilized for wastewater treatment, and which perform better than commercial membranes.

In this work EoL membrane that were originally used for desalination were washed and oxidized with NaOCl to remove part of membrane’s top polyamide layer. Oxidized membranes were coated with layer-by-layer (LbL) assembly to improve membranes separation properties. Membranes wastewater filtration capabilities were assessed by their COD, nitrogen and phosphorus separation capabilities. Membranes were compared to commercial membranes with similar flux and molecular weight cut-off.

At the best the oxidized membranes were able to remove more contaminants than commercial UF membranes while having a larger flux during filtration. Oxidized membranes permeate samples water quality didn’t reach environmental standards. Coated membranes had significantly higher fluxes than commercial NF membranes used in the tests with similar retention capabilities. Permeate water quality for coated membranes was mostly suitable for released wastewater in the beginning of the 24-hour filtration but retention decreased due to long filtration time, caused some parameters to be over the limit toward the end. One 13120 ppmh oxidized membrane with three bilayers had permeate concentrations under the limit given for released wastewater for entire 24- hour filtration.

Joka vuosi miljoonia käytöstä poistettuja käänteisosmoosikalvoja poltetaan tai hävitetään kaatopaikoille. Käytöstä poistetut kalvot voidaan regeneroida hapettamalla jonka jälkeen kalvojen erotuskykyä voidaan edelleen muokata LbL-päällystyksen avulla. Tämän diplomityön tavoitteena on regeneroida käytöstä poistettuja kalvoja jäteveden puhdistukseen sopiviksi ja kaupallisia verrokkikalvoja tehokkaammiksi.

Työssä käytetyt membraanit olivat peräisin suolanpoistoprosessista. Kalvot puhdistettiin ja hapetettiin NaOCl:lla kalvon päällimmäisen polyamidikerroksen osittaiseksi poistamiseksi. Hapetetut kalvot päällystettiin LbL-päällystyksen avulla kalvojen erotuskyvyn parantamiseksi. Kalvojen jäteveden suodatuskykyä arvioitiin niiden COD:n, typen ja fosforin erotuskykyjen avulla. Kalvoja verrattiin kaupallisiin kalvoihin, joilla oli samanlainen vuo ja leikkauskokoarvo.

Hapetetut kalvot poistivat enemmän epäpuhtauksia kokeissa käytettyihin kaupallisiin UF-kalvoihin verrattuna, tuottaen permeaattia myös suuremmalla kapasiteetilla. Hapetetuilla kalvoilla suodatettu jätevesi ei kuitenkaan yltänyt jätevedelle annettuihin raja-arvoihin kaikkien suureiden suhteen. Päällystettyjen kalvojen vuo oli suurempi kuin kaupallisten NF kalvojen, joilla oli sama erotuskyky. Päällystettyjen kalvojen läpäisseen jäteveden laatu oli riittävä monen 24 tunnin suodatuksen alkuvaiheessa, mutta retention heikkeneminen suodatuksen aikana nosti usein konsentraation liian suureksi. Yksi 13120 ppmh hapetettu ja kolmella polyelektrolyytti kaksoiskerroksella päällystetty kalvo alitti kaikki konsentraatiorajat koko suodatuksen ajan.