Den globala befolkningsboomen sedan den industriella revolutionen har orsakat en ökning av resursförbrukning och avfallsgenerering till nära extrema nivåer, med en prognos om att kommunalt avfall kommer att nå upp till 3,8 miljarder ton år 2050. Detta kräver behovet av att hitta och utveckla system som möjliggör återvinning av värdefulla produkter från avfallsströmmar.

Detta projekt syftar till att avgöra om vakuummembrandestillation (VMD) med keramiska membran kan vara ett gångbart alternativ för att återvinna flyktiga fettsyror (VFA) från avfallsströmmar. Som jämförelse testades även en adsorptionsanläggning som använder ett jonbytesharts för samma ändamål. MD-experimenten fokuserade på att uppskatta återvinningen och massflödet av permeatet medan adsorptionsexperimenten fokuserade på att uppskatta VFA-massorna som adsorberats genom koncentrationen av VFA som finns i systemet.

MD-systemet, som använder ett mikroporöst keramiskt membran belagt med hexadecyltrimetoxisilan (HDMS), optimerades med olika parametrar såsom matningskoncentration, använt vakuumtryck, körningslängd etc. Lovande resultat observerades med 5000 mg/L syntetiska matningskällor, men beläggningens instabilitet gjorde dem svåra att tolka. Slutligen testades det VFA-rika utflödet med varierande pH-värden. För utflödet var återvinningsnivåerna ganska låga med ovanliga resultat såsom återvinning av kapronsyra vid pH 4,76. Utflödet var rikt på ättiksyra, propionsyra och smörsyra, med valeriansyra och kapronsyra närvarande i låga koncentrationer.

Adsorptionsexperimenten testades med varierande koncentrationer av harts per liter VFA. Inget av experimenten visade större skillnader i mängden adsorberade VFA i de syntetiska testerna. Resultaten av de utförda experimenten visade snabb mättnad av hartset. Koncentrationen av VFA i de syntetiska matningskällorna minskade kraftigt, men detsamma observerades inte i utflödet. Avloppsvattnets sammansättning av fem VFA istället för de två som fanns i de syntetiska matningsflödena kan ha varit möjlig för en sådan observation. I avloppstesterna adsorberades varje närvarande VFA upp till 60 %. Det totala pH-värdet för det adsorptiva mediet var avgörande för processen eftersom detta påverkade joniseringstillståndet för de VFA som fanns i lösningen under adsorptionen.

För att det nuvarande membrandestillationssystemet ska vara ett gångbart alternativ för VFA-återvinning måste det i slutändan göras förändringar för att säkerställa korrekt funktion och separation av VFA. Testning med nya membran och beläggningsmaterial kan hjälpa till i denna process. Systemet kan förbättras eftersom det ses som ett gångbart alternativ inom andra områden som avsaltning av havsvatten och rening av drycker. Samtidigt visar adsorptionssystemet lovande resultat eftersom det kan återvinna hyfsade koncentrationer av VFA. Testning med olika typer av hartser och förhållanden skulle möjliggöra en bättre förståelse av processen.

The boom in global population since the industrial revolution has caused an increase in resource consumption and waste generation to near-extreme levels, with a prediction of municipal waste reaching up to 3.8 billion tonnes by 2050. This necessitates the need for finding and developing systems that allow to recovery of valuable products from waste streams.

This project aims to determine if vacuum membrane distillation (VMD) using ceramic membranes can be a viable option for recovering volatile fatty acids (VFAs) from waste streams. For comparison, an adsorption set-up making use of an ion exchange resin for the same purpose was also tested. The MD experiments focused on estimating the recovery and mass flux of the permeate whereas the adsorption experiments focused on estimating the VFA masses adsorbed through the concentration of VFAs present in the system.

The MD system, making use of a hexadecyltrimethoxysilane (HDMS) coated microporous ceramic membrane, was optimized with various parameters such as feed concentration, vacuum pressure utilized, length of the run etc. Promising results were seen using 5000 mg/L synthetic feeds with near 20% recovery for acetic acid and around 16.6% for acetic acid under 0.1  bar vacuum pressure, but the instability of the coating made them difficult to interpret. Ultimately the VFA-rich effluent was tested with varying pH values. In case of the effluent, recovery levels were quite low with unusual results such as the recovery of caproic acid at pH 4.76. The effluent was rich in acetic acid, propionic acid, and butyric acid with valeric and caproic acid being present in low concentrations.

The adsorption experiments were tested with varying concentrations of resin per litre of VFA. None of the experiments showed major differences in the amount of VFAs adsorbed in the synthetic tests. The results of the experiments conducted showcased quick saturation of the resin. The concentration of VFAs within the synthetic feeds reduced greatly but same was not observed in the effluent. The effluents composition of five VFAs instead of the one or  two present within the synthetic feeds may have been possible for such an observation. In the effluent tests, each VFA present was adsorbed up to 60%. The overall pH of the adsorptive media was crucial to the process since this affected the ionization state of the VFAs present in the solution during adsorption.

Ultimately, for the current membrane distillation system to be a viable option for VFA recovery, there need to be changes made to ensure proper working and separation of VFAs. Testing with new membranes and coating materials could aid in this process. The system can be improved upon since it is seen as a viable option within other fields such as seawater desalination and beverage clarification. Meanwhile, the adsorption system shows promising results since it can recover decent concentrations of VFAs. Testing with different kinds of resins and conditions would allow for a better understanding of the process.