Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Mikrofiltrace“

A B S T R A C TMicrofiltration is a low pressure driven membrane process of about 1 bar trans-membrane pressure which is used frequently for separating dissolved particles within 0.1 to 10 μm size. Microfiltration membranes are utilized in water and wastewater treatment processes either during pretreatment, treatment, or post-treatment steps. Moreover in bioprocessing, microfiltration is used in upstream process for substrate sterilization or in downstream process for microbial suspension separation. Fouling is one major concern of membrane filtration processes, including microfiltration. In this article, the fouling mechanism on microfiltration membrane is explained based on the blocking model refer to cake filtration due to the complexity of fouling phenomena. Fouling mechanism on dead-end and cross-flow modes microfiltration are explained, and basically distinguished into four different mechanisms, i.e. complete blocking, standard blocking, intermediate blocking and cake filtration. The proposed models are based on constant pressure operation on the uniform membrane pores, both for dead-end and cross-flow modes. Cross-flow mode, however, is restricted on the beginning of filtration until critical flux condition is reached.Keywords: bioprocess; blocking model; cake filtration; fouling; microfiltration; wastewater A B S T R A KMembran mikrofiltrasi merupakan salah satu teknologi membran yang menggunakan tekanan rendah sekitar 1 bar sebagai gaya pendorong dan digunakan untuk proses pemisahan partikel terlarut yang berukuran antara 0,1 hingga 10 μm. Membran mikrofiltrasi banyak digunakan baik dalam proses pra-pengolahan, pengolahan, maupun pasca-pengolahan air dan air limbah. Pada bioproses, mikrofitrasi juga digunakan pada proses hulu untuk sterilisasi substrat atau pada proses hilir untuk pemisahan suspensi mikrob. Masalah yang paling utama dalam proses filtrasi membran adalah fouling. Dalam artikel ini, mekanisme terjadinya fouling pada membran mikrofiltrasi dijelaskan dengan menggunakan model pemblokiran yang mengacu pada filtrasi deposit partikel (cake) untuk menguraikan kerumitan fenomena fouling dalam mikrofiltrasi. Pada tulisan ini dijelaskan lebih rinci mengenai mekanisme fouling baik pada mikrofiltrasi searah (dead-end) maupun aliran silang (cross-flow). Mekanisme fouling pada proses mikrofiltrasi bisa dimodelkan dengan empat model yaitu pemblokiran pori, penyempitan pori, pemblokiran pori bersamaan dengan endapan permukaan dan formasi endapan permukaan. Mekanisme tersebut berlaku pada kondisi operasional bertekanan tetap dan ukuran pori yang seragam, baik pada aliran searah ataupun silang. Hanya saja, model mekanisme pada aliran silang hanya berlaku pada kondisi awal filtrasi hingga tercapai kondisi fluks kritis.Kata kunci: air limbah; bioproses; filtrasi cake; fouling; mikrofiltrasi; model pemblokiran

Makalah ini membahas gabungan proses flokulasi dan membrane mikrofiltrasi untuk pengolahan air gambut. Penelitian dilakukan dengan menggunakan air gambut sintetis yang dibuat dari humic acid pada berbagai variasi konsentrasi. Validasi dilakukan dengan air gambut asli yang berasal dari daerah Riau dengan kadar organic 168,5 mg/L KMnO4. Sebagai flokulan digunakan FeCl3 dengan jenis membrane hollow fiber polisulfon. Respon yang diamati adalah fluk dan rejeksi kadar organic. Percobaan dilakukan dengan variasi tekanan 0,4-1,6 bar dan konsentrasi flokulan 0-40 mg/L. hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh tekanan operasi akan meningkatkan fluk. Kenaikan konsentrasi flokulan dari 0-40 mg/L menyebabkan fluk yang didapatkan semakin turun dengan rejeksi kadar organik naik. Kondisi operasi terbaik yang didapatkan yaitu pada tekanan 1,2 bar dan konsentrasi flokulan 40 mg/L untuk air gambut sintetis, sedangkan untuk air gambut asli pada tekanan 1 bar dan konsentrasi floklan 30 mg/L. Kata kunci : flokulan, membrane mikrofiltrasi, fluk, rejeksi

Membran keramik merupakan membran sintetik dan bagian dari membran anorganik. Aplikasi mengenai membran ini telah banyak dikembangkan, seperti untuk proses pemisahan gas dan juga pada proses mikrofiltrasi yang digunakan untuk proses penjernihan air. Bahan-bahan yang digunakan untuk proses pembuatan membran keramik adalah kaolin, tanah liat, felspar, pasir kuarsa dan tepung beras yang digunakan sebagai zat pembentuk pori dengan variasi tiga komposisi. Proses pembuatan keramik menggunakan proses cetak tekan dengan suhu pembakaran sampai 1300°C selama 9 jam. Nilai fluks yang dihasilkan dari membran M25%, M35% dan M45% adalah 2440-2520 L/atm.jam.m2, 1680-1760 L/atm.jam.m2, dan 3660 L/atm.jam.m2. Membran M45% memiliki nilai fluks yang lebih besar dari membran yang lainnya. Semakin banyak bahan pembentuk pori yang digunakan, semakin banyak pori yang terbentuk. Hasil dari uji kuat lentur untuk membran M45% cukup rapuh tapi masih dapat digunakan dengan tekanan 0,5 atm. Struktur dari pori membran dilihat dengan menggunakan SEM, diperoleh pori- pori yang tidak teratur dengan ukuran pori sekitar 5 μm. Kata Kunci: Membran, keramik, tepung beras, aditif, mikrofiltrasi ABSTRACT

Teknologi membran banyak digunakan dalam pemisahan padatan terlarut dalam cairan, termasuk dalam pengolahan pangan misalnya klarifikasi jus buah. Namun salah satu faktor penghambat utama penggunaan membran adalah terjadinya fouling yang berpotensi menurunkan kualitas produk. Dalam proses klarifikasi jus buah, membran berpotensi mengalami fouling karena material biologis. Antibiofoulan alami seperti biji buah kelor Moringa oleifera berpotensi untuk digunakan sebagai agen pencegah biofouling pada proses membran karena mengandung fenol. Pada penelitian ini diketahui kandungan total fenol ekstrak bji kelor sebesar 123.61 mg/g ekstrak. Ekstrak ditambahkan sebagai bahan pengisi dengan konsentrasi yang berbeda pada larutan cetak membran selulosa asetat dengan pelarut dimetil formamida yang berfungsi sebagai matrix. Morfologi membran mixed matrix yang dihasilkan berupa pori-pori yang berbentuk jari dan masuk dalam kategori membran mikrofiltrasi. Kinerja membran diuji kekuatan mekaniknya, nilai fluks, dan sifat antibakteri menggunakan E-coli. Penambahan ekstrak biji kelor pada mampu memberikan dua keuntungan, yaitu menghambat pertumbuhan bakteri sebesar 39.7% dan menurunkan permeabilitas dari 1765.25 L/m2.jam.bar menjadi 1235.5231 L/m2.jam.bar yang berpotensi meningkatkan tingkat rejeksi membran mikrofiltrasi yang dihasilkan.

Separation of savory fraction from autolysate of kidney bean (Phaseolus vulgaris L.) fermented by Rhizopus sp.-PL19 as potential seasoning agent was performed using cross-flow microfiltration (CFMF) technique in module scale. The goal of this experiment was to find out the effect of pressure and time on performance of MF membrane, and compositions of retentate and permeate. The result of experiment showed that separation and/or purification using CFMF technique gave permeate as savory fraction with better clearness and sharper aroma than retentate, but retentate had better composition than permeate. During separation increased total protein, dissolved protein and salt concentrations, but decreased total solid, reducing sugar and fat concentrations in permeate at pressure of 2 and 4 bar. Based on N-Amino concentration in permeate, the optimum condition of separation was reached at pump motor frequency of 10 Hz and room temperature with pressure of 2 and 4 bar for 10 minutes. This condition produced permeate with fluxes of 51.11 and 52.55 L/m2.hour, and concentrations of N-Amino of 5.50 and 9.80 mg/mL, dissolved protein of 1.01 and 0.97 mg/mL, total protein of 4.85 and 12.10 % (dry weight), reducing sugar of 55.75 and 53.75 mg/mL, salt of 1.16 and 1.06 %, fat of 0.41 and 0.65 %, and total solids of 7.82 and 6.35 %, respectively. Keywords : Autolysate, kidney bean (Phaseolus vulgaris L.), Rhizopus sp.-PL19, cross-flow microfiltration (CFMF), permeate, retentate. Pemisahan fraksi gurih dari autolisat kacang merah (Phaseolus vulgaris L.) terfermentasi oleh Rhizopus sp.-PL19 sebagai bahan seasoning potensial dilakukan menggunakan teknik mikrofiltrasi cross-flow (MFCF) pada modul.Penelitian bertujuan untuk mencari pengaruh tekanan dan waktu pemisahan terhadap kinerja membran mikrofiltrasi (MF) dan komposisi dalam retentat dan permeat. Hasil penelitian menunjukan bahwa pemisahan dan/atau pemurnian menggunakan teknik MFCF memberikan permeat sebagai fraksi gurih savory dengan kejernihan lebih baik dan aroma lebih tajam daripada retentat, tetapi retentat memiliki komposisi lebih baik daripada permeat. Pemisahan dengan waktu lama menaikkan konsentrasi total protein, protein terlarut dan garam, namun mengurangi konsentrasi total padatan, gula pereduksi dan lemak dalam permeat pada tekanan 2 dan 4 bar. Berdasarkan konsentrasi N-Amino dalam permeat, kondisi optimum pada pemisahan dicapai dibawah frekuensi motor pompa 10 Hz dan suhu ruang dengan tekanan 2 dan 4 bar selama 10 menit. Kondisi ini menghasilkan permeat dengan fluks masing-masing 51,11 dan 52,55 L/m2.jam serta konsentrasi N-Amino of 5,50 dan 9,80 mg/mL, protein terlarut 1,01 dan 0,97 mg/mL, total protein 4,85 dan 12,10 % (berat kering), gula pereduksi 55,75 dan 53,75 mg/mL, garam 1,16 dan 1,06 %, lemak 0,41 dan 0,65 % serta total padatan 7,82 dan 6,35 %. Kata kunci : Autolisat, kacang merah (Phaseolus vulgaris L.), Rhizopus sp.-PL19, mikrofiltrasi cross-flow (CFMF), permeat, retentat.

<p>Telah berhasil dilakukan sintesis mermbran komposit nilon-arang dengan menggunakan bahan dari limbah benang nilon dan arang ampas tebu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran komposit nilon-arang dengan bobot benang nilon 6,0 g dan arang 0,75 g adalah yang paling baik karena larutan yang terbentuk homogen, kental, mudah dicetak, permukaan membran halus dan tidak terdapat rongga udara. Berdasarkan karakterisasi FTIR pada membran komposit nilon-arang memperlihatkan adanya gugus fungsi hidrokarbon yang berasal dari arang ampas tebu dan gugus fungsi amida yang berasal dari benang nilon.Sehingga membran yang terbentuk masih memiliki komponen asli penyusunnya. Sedangkan dari karakterisasi SEM terlihat bahwa morfologi permukaan membran komposit nilon-arang yang dihasilkan termasuk membran mikrofiltrasi dengan ukuran pori 4,75 μm.</p>

Emulsion is dispersion system, which consist of two or more immiscible liquids. If this system is not stable, particle dispersed will form separate layer. The degree of instability will be greater if size of dispersed particles is not uniform. Generally, emulsion is produced by using high speed homogenizer, which will destruct the product. Some technology has been developed to overcome this problem. One of such technology is membrane emulsification, where the emulsion is flowed through the membrane so the size of particles will be smaller and more uniform. Symmetric membrane, which is used effectively to produce emulsion, has been used in this research. From the experiments, it has been proved that 28 microns membrane could produce emulsion, which has small and uniform size of particles. Emulsion with feed concentration of 10 % w/w and concentration of surfactant 3 % w/w has the highest degree of stability with particle sizes in the range of 3.5–13.5 microns. Fluxes were decreased if we use higher feed and surfactant concentration.Keywords: Emulsion, microfiltration, slotted membraneAbstrakEmulsi adalah dispersi dua atau lebih cairan yang tidak bercampur. Jika sistem ini tidak stabil, maka partikel terdispersi akan bergabung membentuk lapisan terpisah. Ketidakstabilan emulsi semakin tinggi jika ukuran partikel terdispersi besar dan distribusi ukurannya tidak seragam. Umumnya pembuatan emulsi dilakukan dengan pengadukan kecepatan tinggi yang merugikan jika bahan sensitif terhadap tekanan. Banyak cara dikembangkan untuk mengatasi hal ini, salah satunya adalah teknologi membran emulsifikasi, dimana emulsi dilewatkan melalui membran agar ukuran partikel terdispersi menjadi lebih kecil dan seragam sehingga emulsi stabil. Membran simetris yang efektif untuk memproduksi emulsi adalah membran mikrofiltrasi berslot seperti dalam penelitian ini. Hasil percobaan menunjukkan bahwa penggunaan membran berslot 28 m memberikan ukuran dan distribusi partikel yang kecil dan seragam. Emulsi minyak dalam air yang paling stabil adalah pada konsentrasi umpan 10% (b/b) dan konsentrasi surfaktan 3% (b/b) dengan ukuran partikel berkisar antara 3,5–13,5 µm. Fluks menurun bila konsentrasi umpan dan surfaktan semakin besar.Kata kunci: emulsi, mikrofiltrasi, membran berslot

Frekuensi penggunaan air sangat tinggi seiring dengan perkembangan teknologi dan pertumbuhan jumlah penduduk. Peningkatan standar hidup manusia yang semakin tinggi menimbulkan permasalahan lingkungan terkait dengan kualitas air akibat bahan kimia, nutrisi, lindi, tumpahan minyak, pembuangan limbah bahan berbahaya, serta penggunaan bahan dispossable dan non-biodegradable. Perkembangan sumber daya teknologi menghasilkan suatu revolusi sehingga menghasilkan lebih banyak bahan dan senyawa kimia. sejumlah senyawa yang diidentifikasi memiliki ancaman potensial terhadap organisme lingkungan hidup. Tujuan penelitian ini adalah mengidentifikasi teknik pengolahan air limbah dengan menggabungkan dua sifat membran dalam mereduksi air limbah. Metode yang digunakan adalah review dari beberapa sumber pustaka dengan melakukan studi literatur terdahulu terhadap beberapa penelitian yang pernah dilakukan. Kesimpulan dari penelitian menghasilkan bahwa teknologi membran sebagai salah satu instalasi unit pengolahan limbah perkembangan dan kemajuannya sangat menjanjikan dan banyak dilakukan dalam proses dengan prinsip pemisahan dan pemurnian air. Teknologi membran bisa menjadi solusi dalam pengolahan air limbah, seiring dengan perkembangannya membran dapat dikombinasikan (Hybrid Process) dengan menggunakan berbagai jenis membrane yaitu Ultrafiltrasi, Mikrofiltrasi, Nanofiltrasi dan Reverse Osmosis, akan tetapi harus diperhatikan kondisi operasional dari proses tersebut. Kata kunci: air limbah, hybrid membrane, reduksi

Membran Komposit Nilon-Karbon Aktif merupakan modifikasi membran nilon dengan filler inorganic berupa karbon aktif. Modifikasi dalam proses pembuatan membran berupa variasi suhu pengadukan yaitu 20oC, 30o C, 40 oC, dan 50 oC dan variasi waktu pengadukan 1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam, dilakukan untuk mengetahui pengaruh kondisi operasi dalam pembuatan membran terhadap karakteristik membran komposit nilon-karbon aktif. Membran dibuat menggunakan metode inversi fasa dengan pelarut HCl 25%, tebal membran diseragamkan, waktu evaporasi 120 detik, waktu imersi dalam aquades selama 10 menit, dan waktu pengeringan membran 24 jam. Karakteristik mekanik dari membran dilihat melalui uji kuat tarik membran, dimana dari hasil pengujian didapatkan titik optimum berdasarkan nilai kuat tarik dan modulus elastisitas terbesar pada variasi suhu 30o C dan waktu pengadukan 2 jam yaitu 134,75 x106 kg/ms2 dan 1,347x108kg/ms2. Karakteristik struktural membran dilihat melalui uji porositas, dan analisa permukaan dengan menggunakan SEM. Berdasarkan uji porositas, dihasilkan membran dengan rata-rata persen porositas 70% dan tergolong hidrofil karena persen penyerapan air tinggi. Sedangkan melalui analisa SEM didapatkan karakteristik membran asimetrik dengan ukuran pori 2,7-3,5 mikrometer dan tergolong membran mikrofiltrasi.

Cilj ovog rada je ispitivanje uticaja procesnihparametara (transmembranski pritisak, protok ikoncentracija suspenzije) na vrednost fluksapermeata, sa i bez prisustva statičkog mešača,tokom procesa mikrofiltracije suspenzijapšeničnog skroba na keramičkim membranamarazličitih veličina pora (200 nm i 500 nm).Mikrofiltracija je izvođena u uslovimarecirkulacije i koncentrisanja napojne suspenzije.Za modelovanje zavisnosti procesa mikrofiltracijesuspenzija skroba od procesnih parametaraprimenjen je postupak odzivne površine.Ispitivanjem mikrofiltracije suspenzija pšeničnogskroba na membranama sa različitim srednjimprečnikom pora (200 i 500 nm) uočeno je da sapovećanjem veličine pora vrednost fluksapermeata opada.U posmatranom eksperimentalnom opseguprocesnih parametara postignuto je relativnopovećanje stacionarnog fluksa od 25% do 50% uuslovima recirkulacije napojne suspenzije, dok jeu uslovima koncentrisanja napojne suspenzijerelativno povećanje srednjeg fluksa iznosilo od20% do 80%. Porast fluksa do kojeg dolazipostavljanjem statičkog mešača u kanal membraneuslovljen je uspostavljanjem turbulentnih uslovaproticanja i karakterističnog kretanja fluida dužkanala membrane, koja je posledicakarakterističnog povezivanja helikoidnihelemenata Kenics statičkog mešača.Kako u uslovima recirkulacije napojne smeše,tako i u uslovima koncentrisanja, vrednostrelativne specifične potrošnje energije zavisi skoroisključivo od vrednosti protoka napojne smeše. Sapovećanjem protoka specifična potrošnja energijeu prisustvu statičkog mešača naglo raste irelativno povećanje protoka nije dovoljno da bikompenzovalo gubitak hidrauličke snage. Uopsegu protoka od 80 do 100 L/h su obezbeđenepozitivne vrednosti relativne promene specifičnepotrošnje energije, te je upotreba statičkog mešačaopravdana sa ekonomskog aspekta.Optimizacija eksperimentalnih uslova urađena jepostupkom istovremene maksimizacije fluksapermeata u sistemima sa statičkim mešačem irelativne promene specifične potrošnje energije.Optimalni uslovi izvođenja procesa mikrofiltracijesuspenzija pšeničnog skroba u uslovimarecirkulacije napojne suspenzije ukazuju da jeproces potrebno izvoditi pri maksimalnojvrednosti transmembranskog pritiska od 0,9 bara,protocima od 85 do 100 L/h i koncentraciji od 5do 6 g/L.Optimalni uslovi izvođenja procesa mikrofiltracijesuspenzija pšeničnog skroba u uslovimakoncentrisanja napojne suspenzije ukazuju da jeproces potrebno izvoditi pri vrednostitransmembranskog pritiska od 0,85 do 0,9 bara,protocima od 85 do 100 L/h i koncentraciji od 5do 7 g/L.Pored ispitivanja na laboratorijskojaparaturi, cilj ovog rada je bio i ispitivanje uticajaprocesnih parametara na proces mikrofiltracijesuspenzija skroba u poluindustrijskim uslovima(na jednokanalnoj i višekanalnoj membranisrednjeg prečnika pora 200 nm), odnosno širegopseg vrednosti transmembranskog pritiska iprotoka suspenzije na pomenute odzive uuslovima koncentrisanja napojne suspenzije.
The aim of this study was to investigate the effect of process parameters (transmembrane pressure, flow rate and suspension concentration) on the permeate flux in the system with and without the presence of static mixer. Microfiltration of wheat starch suspensions was performed in recirculation and concentration mode using ceramic membranes with different pore size (200 nm and 500 nm). Response surface methodology was applied for modeling cross-flow microfiltration of starch suspensions. During investigation of starch suspension microfiltration process on membranes with different pore size diameter (200 and 500 nm) it was observed that with increasing pore size the permeate flux declined. In the experimental range of process parameters, flux increase had values between 25% and 50% in recirculation mode, while in concentration mode this improvement was in range between 20% and 80%. The increase in flux that occurs by placing a static mixer in the membrane channel was caused by the establishment of turbulent flow conditions and the characteristic flow of fluid along the membrane channel, which is a consequence of the characteristic geometry of Kenics static mixer. Both in recirculation and concentration mode, the reduction of specific energy consumption depends almost exclusively on the value of the suspension flow rate. Specific energy consumption increased rapidly with increasing flow rate in the presence of static mixers and flux improvement is not high enough to compensate the loss of hydraulic dissipated power. The flow rate in the range from 80 to 100 L/h provided positive values of the reduction of specific energy consumption and the use of static mixers was justified from the economical point of view. Optimization of experimental conditions was done by a procedure of simultaneous maximization of permeate flux in systems with static mixers and reduction of specific energy consumption. Optimal conditions of the wheat starch suspension microfiltration in recirculation mode indicate that the process should be conducted at the maximum value of transmembrane pressure of 0.9 bar, flow rates from 85 to 100 L/h and concentration of 5 to 6 g/L. Optimal conditions of the wheat starch suspension microfiltration in concentration mode indicate that the process should be conducted when the value of transmembrane pressure from 0.85 to 0.9 bar, flow rates from 85 to 100 L/h and concentration of 5 to 7 g/L. Apart from investigations in laboratory conditions, the aim of this study was to examine the influence of process parameters on the starch suspensions microfiltration in the pilot plant (one channel and multichannel membrane with pore diameter 200 nm) and wider range of transmembrane pressure and suspension flow rate on the mentioned responses in concentration mode.

Fokus ove doktorske disertacije je razvijanje modelazasnovanog na konceptu veštačkih neuronskih mrežaza predviđanje i projektovanje mikrofiltracijekultivacionih tečnosti preko ispitivanja mogućnostiprimene ovog koncepta za modelovanje fluksapermeata pri različitim uslovim a mikrofiltracij e, usistemima sa i bez primene hidrodinamičkih metodapoboljšanja fluksa permeata i njihove kombinacije,kao i razvoj modela kojim će se objedinitieksperimentalni rezultati u cilju dobijanja jednejedinstvene neuronske mreže za simulaciju svihmetoda poboljšanja fluksa. Dodatan cilj predstavljarazvoj modela za procenu poboljšanja fluksa ustacionarnim uslovim a usled primene metodapoboljšanja fluksa permeata čija će se adekvatnostproveriti sa energetskog stanovišta.Eksperimentalna ispitivanja su obuhvatila razvoj ivalidaciju deset različitih modela neuronskih mrežakod kojih su nezavisne ulazne promenljive i njihovirasponi (transmembranski pritisak, protok suspenzijei protok vazduha) utvrđeni Box-Behnken-ovimeksperimentalnim planom uz dodatne parametrevreme trajanja mikrofiltracije i temperature koji suvarirani u zavisnosti od uslova izvođenja postupkamikrofiltracije. Nasuprot tome, za razvoj dinamičkogmodela u svojstvu zavisno promenljive veličinerazmatran je pad fluksa permeata sa vremenom, dokje za razvoj modela procene efikasnosti primenjenihmetoda poboljšanja fluksa permeata razmatran fluks ispecifična potrošnja energije u stacionarnimuslovima.Normalizacijom eksperimentalnih podataka izbeglase velika razlika u specifičnim težinskimkoeficijentim a pojedinih ulaznih promenljivih i predupredila opasnost da te promenljive pokažu većiuticaj nego što ga imaju u realnosti, a balansiranjeefekata nekontrolisanih faktora na izlaznupromenljivu izvedeno je randomizacijom na grupu zaobučavanje (70% podataka), grupu za validaciju(15% podataka) i grupu za testiranje (15% podataka).Nestacionarnosti koje utiču na efikasnost algoritmaobuke i arhitekture neuronskih mreža izbegnute suispitivanjem m odela sa pet algoritama obuke(Levenberg-M arkuardt-ov algoritam obuke(trainlm), Bayes-ova regularizacija (trainbr), modelrezilientnog povratnog prostiranja (trainrp), modelskaliranog konjugovanog gradijenta (trainscg) imodel jednostepenog sekantnog povratnogprostiranja greške unazad (trainoss)) i dvesigmoidalne aktivacione funkcije u skrivenom sloju(logistička i hiperbolična tangensna), dok je uizlaznom sloju korišćena linearna aktivacionafunkcija. Svi modeli su optimizovani primenommetode probe i greške sa osnovnim ciljem dobiti štojednostavniju mrežu, odnosno mrežu sa minimalnimbrojem skrivenih neurona koja pokazuje najboljusposobnost generalizacije. Kao indikatori nivoageneralizacije i parametara učinka obuke neuronskemreže ispitivani su koeficijent determinacije (R2) isrednja kvadratna greška (MSE), a koeficijentkorelacije (r) je odabran kao dodatni parametaradekvatnosti fitovanja vrednosti utvrđenog ineuronskom mrežom procenjenog fluksa permeata.Najbolju sposobnost generalizacije i predikcijepokazao je model neuronske mreže obučavanLevenberg-M arkuardt-ovim algoritmom. Optimalanbroj neurona u skrivenom sloju se kretao od 7 do 13što ukazuje na znatnu kom pleksnost mehanizamakoji utiču na fluks permeata kako je i procenjenopostavljanjem hipoteze ove doktorske disertacije.Analiza apsolutne relativne greške pokazala je veomadobro predviđanje pošto je u rasponu od 81% do100 % podataka imalo grešku manju od 10%, akoeficijent determinacije u rasponu od 0,98091 do0,99976 ukazuje da mreža ne može da objasni manjeod 2% varijacija u sistemu. Vrednosti koeficijentakorelacije se kreću u rasponu od 0,99041 do 0,99988što sugeriše na dobru linearnu korelaciju izmeđueksperimentalnih podataka i podataka predviđenihneuronskom mrežom. Pored primene konceptafitovanja podataka ispitana je i mogućnost proceneuticaja pojedinih eksperimentalnih promenljivih nafluks permeata primenom jednačine Garsona, akomparativnom analizom dobijenih simulacionih rezultata na eksperimentalim podacima koji nisu bili predstavljeni neuronskoj mreži potvrđen jegeneralizacijski kapacitet modela neuronske mreže.
Focus of this doctoral dissertation is to developa model based on the artificial neural networksconcept for predicting and designing cultivationbroth microfiltration by examining thefeasibility of this concept for modelingpermeate flux under different microfiltrationconditions, in systems with and withouthydrodynamic im provem ent methods, as wellthe development of a model that will combinethe experimental results in order to obtain asingle neural network to simulate all methods offlux improvement. An additional goal is thedevelopment of a model in quasi steady state interm so fadequacy of flux enhancement methodsapplication, which will be checked from theenergy point of view.Experimental tests included the developmentand validation of ten different models оf neuralnetworks in which the independent inputvariables and their ranges (transmembranepressure, suspension flow and air flow) weredetermined by Box-Behnken's experimentalplan with added microfiltration parameters timeand temperature, varied depending on theconditions of the microfiltration procedure. Incontrast, for the development оf a dynamicmodel as a dependent variable, the decrease inpermeate flux with time was considered, whilefor the development of a model for evaluatingthe efficiency оf applied permeate fluxim provement methods, flux and specific energyconsumption in quasi steady state conditionswere considered.Normalization of experimental data avoided alarge difference in specific weight coefficients of individual input variables and prevented thedanger that these variables show a greaterimpact than they have in reality, and balancingthe effects of uncontrolled factors on the outputvariable was performed by randomization on thetraining group (70% o f data), a validation group(15% of data) and a testing group (15% of data).Non-stationarities affecting the efficiency of thetraining algorithm and neural networkarchitecture were avoided by testing the modelwith five diferent training algorithms(Levenberg-M arquardt training algorithm(trainlm), Bayesian regularization (trainbr),resilient backpropagation algorithm (trainrp),scaled conjugate gradient method (trainscg) anda one-step secant m ethod (trainoss)) and twosigmoid activation functions in the hidden layer(logistic and hyperbolic tangent), while a linearactivation function was used in the output layer.All models are optimized by applying the trialand error method with the basic goal of havingthe simplest possible network, ie a network witha minimum num ber o f hidden neurons thatshows the best ability to generalize.Determ ination coefficient (R2) and mean squareerror (MSE) were examined as indicators ofgeneralization level and neural network trainingperformance parameters, and correlationcoefficient (r) was selected as an additionalparam eter o f adequacy оf fitting the value ofdetermined and neural network estimatedpermeate flux.The best ability to generalize and predict wasshown by a model of a neural network trainedby the Levenberg-M arquardt algorithm. Theoptimal num ber of neurons in the hidden layerranged from 7 to 13, which indicates asignificant complexity of the mechanisms thataffect the permeate flux, as assessed by thehypothesis of this doctoral dissertation.Absolute relative error analysis showed verygood prediction as in the range of 81% to 100 %of the data had an error of less than 10 %, andthe coefficient of determination in the range of0.98091 to 0.99976 indicates that the networkcannot explain less than 2 % variation in thesystem. The values оf the correlation coefficientrange from 0.99041 to 0.99988 suggests a goodlinear correlation between the experimental dataand the data predicted by the neural network. In addition to the application of the concept of datafitting, the relative importance of input variableswas also investigated by applying the Garsonequation. Comparative analysis of the obtainedsimulation results on experimental data thatwere not presented to the neural networkconfirmed the generalization capacity of theneural network model.

This thesis deals with an agricultural wastewater treatment (liquid digestate) by membrane technology. There is a fundamental description of characteristics of membrane technology with regard to application of agricultural wastewater treatment in this thesis. Experimental device for treatment of liquid digestate is designed and it consists of three steps – microfiltration, ultrafiltration and reverse osmosis. The first step consists of four filters with different pore sizes (80, 25, 10 and 5 µm). The second step is ultrafiltration and the third and key step is reverse osmosis. In the final step monovalent ions such as NH4+ are separated. Reverse osmosis consists of two stage system which results in higher recovery. Three experiments were carried out in order to verify the efficiency of separation dissolved solids.

Cilj ovog rada je ispitivanje mogućnosti primene koncepta neuronskih mreža i postupka odzivne površine za modelovanje cross-flow mikrofiltracije suspenzija kvasca. Drugi cilj je bio ispitivanje poboljšanja procesa primenom Kenics statičkog mešača kao promotora turbulencije. Primena statičkog mešača ispitana je i sa energetskog stanovišta, a ne samo sa aspekta povećanja fluksa permeata. Svi eksperimenti izvedeni su u uslovima recirkulacije i koncentrisanja napojne suspenzije.Dobijeni rezultati ukazuju da se poboljšanje mikrofiltracije može se ostvariti primenom statičkog mešača bez primene dodatne opreme. Tokom eksperimentalnog rada porast fluksa iznosio je između 89,32% i 258,86% u uslovima recirkulacije napojne suspenzije u zavisnosti od odabranih eksperimentalnih uslova, dok je u uslovima koncentrisanja napojne suspenzije porast fluksa imao vrednosti od 100% do 540% u istom eksperimentalnom opsegu.Koncept neuronskih mreža daje veoma dobre rezultate fitovanja posmatranih odziva.Pored primene ovog koncepta ispitana je i mogućnost procene uticaja pojediniheksperimentalnih promenljivih na odzive primenom jednačine Garsona i metode jačine sinapsi koje povezuju neurone. Rezulati ovog ispitivanja u saglasnosti su sa regresionom analizom.Za detaljniju analizu uticaja eksperimentalnih promenljivih na posmatrane odzive primenjen je postupak odzivne površine funkcije. Prvi korak u ovom segmentu istraživanja bio je određivanje uticaja srednjeg prečnika pora membrane na proces mikrofiltracije. Najbolji rezultati dobijeni su za membranu srednjeg prečnika 200 nm, pošto kod većih prečnika pora dolazi do izraženijeg unutrašnjeg prljanja koje rezultuje manjim vrednostima fluksa permeata tokom proces mikroflitracije.Dalja istraživanja usmerena su na ispitivanje uticaja pojedinih eksperimentalnih promenljivih ali i njihovih interakcija za odabranu membranu (srednji prečnik pora 200 nm). Rezultati fitovanja eksperimentalnih podataka dobijeni za jednu membranu bolji su u poređenju sa rezultatima kada su fitovani eksperimentalni rezultati za sve tri korištene membrane. Sa energetske tačke gledišta primećeno je da je najbolje raditi u umerenom opsegu protoka napojne suspenzije. Kao kranji cilj primene postupka odzivne površine urađena je optimizacija vrednosti eksperimentalnih promenljivih, primenom postupka željene funkcije. Optimalni uslovi rada dobijeni u uslovima recirkulacije napojene suspenzije su transmembranski pritisak 0,2 bara, koncentracija napojne suspenzije 7,54 g/l i protok 108,52 l/h za maksimalne vrednosti specifične redukcije potrošnje energije. Sa sruge strane u uslovima koncentrisanja napojne suspenzije eksperimentalne promenljive imale su vrednosti transmembranski pritisak 1 bar, koncentracija napojne suspenzije 7,50 g/l i protok 176 l/h za maksimalne vrednosti specifične redukcije potrošnje energije.
The aim of this work was to investigatepossibilities of applying neural network andresponse surface methodology for modeling crossflowmicrofiltration of yeast suspensions. Anotheraim was to investigate the improvement of processusing Kenics static mixer as turbulence promoter.Experimental work was performed on 200, 450 and800 nm tubular ceramic membranes. The use ofstatic mixer was also examined from an energeticpoint of view not only its influence on permeateflux. All experiments were done in recirculation andconcentration mode.The results clearly show that theimprovement of cross-flow microfiltration of yeastsuspensions performances can be done with staticmixer without any additional equipment. Inexperimental work, flux increase had valuesbetween 89.32% and 258.86% for recirculation offeed suspension depending on experimental valuesof selected variables while in concentration modethis improvement was in range between 100% and540% for the same range of experimental variables.Neural networks had excellent predictivecapabilities for this kind of process. Besidesexamination of predictive capabilities of neuralnetworks influence of each variable was examinedby applying Garson equation and connectionweights method. Results of this analysis were infairly good agreement with regression analysis.For more detailed analysis of variables influence onthe selected responses response surfacemethodology was implemented. First step was toinvestigate the influence of membrane pore size onthe process of microfiltration. The results suggestedthat the best way to conduct microfiltration of yeastsuspensions is by using the membrane with meanpore size of 200 nm, because bigger mean pore sizecan lead to more prominent internal fouling thatcauses smaller flux values.Further investigations of microfiltrationprocess were done in order to investigate influencesof variables as well as their interactions and it wasdone for the membrane with pore size of 200 nm.Results for this membrane considering regressionanalysis were considerably better compared withresults obtained for modeling all three membranes.From the energetic point of view it was concludedthat it is optimal to use moderate feed flows toachieve best results with implementation of staticmixer.As the final goal of response surfacemethodology optimization of process variables wasdone by applying desirability function approach.Optimal values of process variables forrecirculation of feed suspension weretrasmembrane pressure 0.2 bar, concentration 7.54g/l and feed flow 108.52 l/h for maximal values ofspecific energy reduction. On the other side forconcentration of feed suspension these variableshad values of 1 bar, 7.50 g/l and 176 l/h