Original title:
Matematické modelování systému reverzní osmózy pro detekci estrogenů ve vodě
Translated title:
Mathematic Modelling of Reverse Osmosis System Design for Detection of Estrogens in Water
Authors:
Siegel, Jan ; Skopalík, Josef (referee) ; Bittner, Michal (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2017
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[cze][eng]
Estrogenní sloučeniny jsou podskupinou environmentálních polutantů s názvem endokrinní disruptory. Jedná se o širokou skupinu látek, schopných narušovat hormonální rovnováhu organismu a ovlivňovat jeho reprodukční, vývojové a behaviorální funkce. V životním prostředí se vyskytují ve velmi malých koncentracích (ng/l). To činí jejich detekci a odstranění značně problematické. Experimentální zařízení vyvíjené v Centru pro výzkum toxických látek v prostředí (RECETOX) využívá principu reverzní osmózy (RO) pro zakoncentrování stopových množství mikropolutantů (např. estrogenů) s cílem snížení detekčního limitu analytických metod. RO se zdá být nadějnou alternativou k doposud běžně používaným metodám, které jsou časově i finančně náročné. Cílem diplomové práce bylo vytvořit matematický model RO, který by popisoval průběh zakoncentrování estrogenů a mohl tak přispět k optimalizaci experimentálního zařízení. Matematický model byl vytvořen v prostředí MATLAB-simulink a jeho funkčnost byla ověřena srovnáním s třinácti experimentálními výsledky. Testovacími vzorky byly pitná voda, roztoky NaCl o koncentracích 0,002–2 g/l a vodný roztok 17-ethinylestradiolu o koncentraci 25 ng/l. Při srovnání výsledků zakoncentrování roztoků NaCl na deskové RO-membráně byla odchylka matematického modelu a experimentálch dat 0,9–4,9 %. Analogické srovnání modelovaného a experimentálního zakoncentrování estrogenu ukázalo odchylku 3,6 %. Srovnání modelovaného a experimentálního zakoncentrováním roztoků NaCl na vinuté RO-membráně ukázalo odchylku 5,9–8,7 %. Doposud byla při výpočtu výtěžnosti zakoncentrování používána jako teoretická (referenční) hodnota poměr objemu retentátu na začátku a na konci procesu. Z výsledků diskutovaných v diplomové práci se však tento postup jeví jako nepřesný, a přesnějšího výpočtu výtěžnosti by bylo dosaženo za použití teoretické hodnoty zakoncentrování získané navrženým matematickým modelem. Pro zvýšení spolehlivosti výsledků však bude třeba provést experimentání zakoncentrování dalších estrogenů, a také zjistit příčiny odchylek modelovaných a experimentálních hodnot objemů retentátu na konci zakoncetrování.
Estrogen compounds are a subgroup of the environmental pollutants named Endocrine Disrupting Chemicals. It is a large group of chemicals which are capable of causing hormonal imbalance of an organism and affecting its reproductive, developmental or behavioral functions. In the environment, they are found in very low concentrations (below ng/l). This makes their detection and elimination highly problematic. The Research Centre for Toxic Compounds in the Environment (RECETOX) has been developing an experimental device which employes reverse osmosis (RO) to concentrate the trace amounts of micropollutants (e.g. estrogens). The aim is to lower the detection limit of subsequent analytical methods. RO seems to be a promising alternative to commonly used methods which are more time consuming and costly. The aim of this thesis is to create a mathematical model of RO, which would describe the process of estrogen concentration and therefore could contribute to the optimization of experimental device. The mathematical model was created in MATLAB-simulink and verified by comparison to thirteen experimental results. The solutions used to test the model were NaCl at 0.002–2 g/l and drinking water with 17-ethinylestradiol of 25 ng/l. In order to concentrate the retentate on a flat-sheet RO membrane the model achieves a mean relative error in the range of 0.9–4.9 % for NaCl and drinking water. For the concentration of estrogens the deflection is 3.6 %. Comparing the model and experimental concentration of NaCl on a spiral wound RO-membrane, the deviation is in the range of 5.9–8.7 %. So far, ratio of retentate volume from the beginning to the end of the process has been used to determine the process recovery. However, due to the results obtained in the thesis, this approach appears inaccurate. A more accurate recovery would likely be achieved by using the theoretical concentration value obtained by the proposed mathematical model. However, to increase reliability, the further measurements with estrogens are needed, and also to determine the causes of deflection of model and experimental retentate volume values at the end of the concentration
Keywords:
Endocrine disrupting chemicals; estrogens; mathematical model; recovery.; reverse osmosis; Endokrinní disruptory; estrogeny; matematické modelování; reverzní osmóza; výtěžnost zakoncentrování.
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/65480
guest ::
