9 Мембранные технологии.

Мембраны, как и другие фильтрующие материалы, можно рассматривать как полупроницаемые среды: они пропускают воду, но не пропускают, точнее, хуже пропускают некоторые примеси.

Движущей силой, заставляющей жидкость проникать через препятствие в виде тонкой перегородки, может быть: а) приложенное давление; б) разница концентраций растворенных веществ; в) разница температур по обе стороны перегородки; г) электродвижущая сила.

Для самоочищения мембраны применяется тангенциальная схема. Собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов.

Достигнуть частичного обессоливания воды можно методом нанофильтрации, удалив соли жесткости вместе с двухзарядными анионами и частично – однозарядные катионы натрия и калия и анионы хлора. Более глубокое обессоливание обеспечивает низконапорный обратный осмос. Максимальная селективность по всем компонентам обеспечивается мембранами обратного осмоса, работающими при высоком давлении.

Материалы, пропускающие воду, но не пропускающие частицы, содержащиеся в воде, называются полупроницаемыми мембранами. Процесс, при котором вода проникает через такие мембраны, называется осмосом. Из подобных мембран состоят стенки клеток живых организмов.

Представим емкость, разделенную полупроницаемой (осмотической) мембраной: в части А сосуда содержится раствор соли с большей концентрацией, в части В - с меньшей концентрацией соли.

Растворы стремятся к выравниванию концентраций. Молекулы воды будут проникать через осмотическую мембрану до тех пор, пока концентрация солей в воде не сравняется в обеих частях емкости. Молекулы соли не могут проходить через осмотическую мембрану. Через некоторое время уровни растворов в частях емкости станут разными.

Можно обратить процесс осмоса, если, например, прилагая определенное давление к части А емкости, противодействовать природному осмосу.

В результате в части А сосуда будет меньшее количество жидкости и большая концентрация раствора. В части В - напротив, меньшая концентрацию раствора и больше жидкости.

В процессе обратного осмоса на молекулярном уровне идёт разделение воды и растворенных в ней веществ, при этом загрязнения остаются с одной стороны обратноосмотической мембраны (в сосуде А), а с другой стороны обратноосмотической мембраны идёт накопление чистой воды (в данном случае - в сосуде В).

Как и при обратном осмосе, механизмом переноса при нанофильтрации является диффузия (только отверстия в мембране крупнее => пропускает более крупные частицы).

Классификация мембран по размерам пор: Ультрафильтрационные(поры от 1 до 0,05 микрон); Нанофильтрационные(поры 5-50 нм, или 0,05-0,005 мкм); Обратноосмотические(менее 0,01 мкм).

Мембраны могут иметь различную геометрическую форму: трубчатые, половолоконные и плоские.