Мембраной называют полупроницаемый ультратонкий барьер, способный под действием силы (обычно разницы давлений или концентраций) пропускать молекулы воды и задерживать растворенные в ней соли.
Существуют четыре общие категории мембранной фильтрации: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос. Движущей силой в мембранном разделении выступает либо электрическая сила (электродиализ), либо ньютоновская (подача воды в аппарат под давлением). В последнем случае выделяют следующие категории мембран: микрофильтрация (удаляются мелкие взвеси и коллоидные частицы, микроорганизмы с размером 0,11,0 мкм), ультрафильтрация (извлекаются из воды коллоидные частицы, микроорганизмы, крупные органические макромолекулы,
имеющие размер 0,01–0,1 мкм), нанофильтрация (удаляются молекулы и многозарядные ионы, имеющие размер от 0,002 до 0,01 мкм, органические молекулы с молекулярной массой выше 300 и все вирусы), обратный осмос (извлекаются все растворённые ионы и органические молекулы).
Микрофильтрация (размеры пор 500–20 000 A, рабочее давление от 0,01 до 0,2 МПа) используется для отделения тонкодисперсной взвеси, пигментов, пыли активных углей, асбеста, красителей, разделения водомасляных эмульсий и т.п.
Механизм задержания микрочастиц мембраной может иметь как ситовой, так и физико-химический характер. Ситовой механизм основывается на различии в геометрических размерах сечения поры и частицы. Физико-химический механизм задержания основан на взаимодействии материала мембраны и микрочастицами. Процесс микрофильтрации происходит в несколько последовательных стадий: перенос микрочастиц в потоке к мембране, образование на ее поверхности концентрационного слоя, внедрение микрочастиц в мембрану, транспортировка этих частиц по каналам пор с последующим их отводом вместе с фильтратом с противоположной стороны мембраны. Микрофильтрация может проводиться как по прямоточной, так и по циркуляционной схеме. Одним из наиболее важных параметров процесса является степень очистки жидкого вещества или степень разделения (K) микрочастиц.
С0 и Сф-концентрация взвешенных частиц в исходной жидкости и в фильтрате.
Степень очистки (φ) определяется выражением
Степень разделения зависит не только от диаметра пор мембраны, но и от диаметра микрочастиц и распределения их по размерам.
Этот метод эффективен для подготовки жидкостей перед процессом обратного осмоса и ультрафильтрации в водоподготовке.
Ультрафильтрация (размеры пор 30–1 000 A, рабочее давление 0,2–1,0 МПа) применяется для отделения некоторых коллоидов(кремния, например), вирусов (в т. ч. полиомиелита), угольной сажи, разделения на фракции молока и др.
В системах ультрафильтрации используются полые мембранные волокна для удаления взвешенных твердых частиц, бактерий, вирусов и патогенов из питательной воды. После ультрафильтрации вода может быть направлена в систему обратного осмоса для дальнейшей очистки .
Нанофильтрация (размеры пор 10–70 A, рабочее давление 0,5–8,0 МПа) используется для отделения красителей, пестицидов, гербицидов, сахарозы, некоторых растворенных солей, органических веществ, вирусов и др.
Большинство мембран для нанофильтрации представляют собой композитные материалы, поддерживаемые полимерным субстратом и изготовленные по спирали, а не по форме плоского листа или трубы. Преобладающая модель, используемая сегодня для промышленного применения, - это спиральная конфигурация.
Мембраны для нанофильтрации используются для фильтрации воды с низким содержанием растворенных веществ с целью удаления органических веществ и смягчения воды. Нанофильтрация используется во многих отраслях промышленности по очистке воды и сточных вод для практического удаления ионов и органических материалов. Она также была принята в качестве предварительной обработки для обратного осмоса. Помимо очистки воды, мембраны нанофильтрации также используются в производстве продуктов питания и напитков , а также фармацевтических препаратов .
Чем отличается нанофильтрация от обратного осмоса?
Несмотря на то ,что нанофильтрация и системы обратного осмоса имеют схожие конструкции и сферы применения, есть некоторые существенные различия между ними. Основное отличие систем нанофильтрации состоит в том, что они работают с меньшим давлением питательной воды и не способны удалять однозарядные ионы из воды так же точно, как мембраны обратного осмоса. В то время как до 99% хлоридов и натрия удаляются системами обратного осмоса , мембраны нанофильтрации обычно удаляют только 50-80%. Этот процент зависит от типа материала и производства мембраны. Однако из-за своей эффективности в удалении многозарядных ионов нанофильтрация является предпочтительным выбором для удаления солей жесткости из воды, не влияя при этом на общее содержание растворенных веществ, чем обратный осмос.
Обратный осмос (размеры пор 1–15 A, рабочее давление 0,5–8,0 МПа) применяется для деминерализации воды, задерживает практически все ионы на 92–99 %, а при двухступенчатой системе и до 99,9 %.
За последние годы исследования в области мембранных технологий значительно продвинулись. Достижения в мембранном производстве включают в себя нанокомпозитные мембраны, углеродные нанотрубки и мембраны на основе графена.
Нанокомпозитными называют мембраны, основу которых составляет полимерный материал, в пределах которого рассеяны неорганические наночастицы. Эти частицы создают предпочтительные пути для проникновения молекул воды, одновременно являясь барьером для нежелательных компонентов. В качестве неорганических материалов, используемых для нанокомпозитных мембран, могут служить оксиды различных металлов, такие как TiO2, Al2O3, SiO2, MgO, AgO и др., чистые материалы (наносеребро), цеолиты, углеродные наночастицы и минеральные глины.
Мембраны на базе графена. Графен – это относительно новый материал, который начал синтезироваться с 2004 г. . Графен имеет структуру сотовидной решетки. Уникальное свойство графена заключается в том, что он представляет собой одноатомную пленку, это 2D-материал, который обладает высокой теплопроводностью и электропроводимостью; кроме того, у него самая быстрая электронная подвижность, что делает его намного тверже алмаза и тяжелее стали. Мембраны на основе графена получают все большую популярность. В последнее время активно развивается метод опреснения морской моды через мембраны из нанопористого графена.
Углеродные нанотрубки, которые были открыты в 1991 г., получили большой интерес
благодаря своим уникальным механическим, оптическим и электрическим свойствам. Они представляют собой листы графита цилиндрической формы (аллотропная форма углерода). С развитием производственных технологий одинарные, двойные или многостенные, углеродные трубки различных размеров начали инкорпорировать в фильтрационные мембраны. Экспериментальные исследования уже показали, что вода может проникать через относительно узкие углеродные трубки с достаточно высокой скоростью. Данные мембраны представляют большой интерес в связи с низкими энергозатратами, а также высокой фильтрационной способностью.
ключевые слова: мембранное фильтрование, мембранный фильтр +для фильтрования, мембранные методы фильтрования, механизм фильтрования мембранных фильтров , мембранное фильтрование воды, очистка воды ультрафильтрация, ультрафильтрация, процесс ультрафильтрации, ультрафильтрация воды, мембрана ультрафильтрации , нанофильтрация, нанофильтрация воды , мембрана нанофильтрация , установка нанофильтрации, осмос +и нанофильтрация , обратный осмос +и нанофильтрация, система нанофильтрации, фильтры +с нанофильтрацией ,микрофильтрация ультрафильтрация нанофильтрация обратный осмос.
материал www.chemanalytica.ru
На химический анализ сточных вод для декларации действует
