EnglishGermanItalianRussian

Мембраны обратного осмосаМембраны вошли в мир очистки воды в 1960 с развитием синтетических мембран высокой производительности. Производство мембран для очистки воды сильно продвинулось, с использованием новых синтетических материалов и подходов к фильтрации. Рост дефицита питьевой и просто чистой воды, подпитывает развитие технологий получения чистой воды из различных источников, таких как воды океана. С 1970-х, началась разведка в использовании мембран для опреснения воды. Доказав свою успешность мембранные методы постепенно вошли в технологию и потеснили методы основанные на испарении воды. С годами требования к очистке воды растут, но мембраны по прежнему продолжают отстаивать свои позиции, самого экономичного метода получения чистой воды, весьма эффективно и результативно.

Виды мембран.
В процессах водоочистки используют несколько типов мембран. Такие как микрофильтрационные (MF), ультрафильтрационные (UF), мембраны обратного осмоса (RO) и нанофильтрационные (NF). Мембраны MF имеют самый большой размер пор и типично применяются для задержания больших взвешенных частиц и различных микроорганизмов. Мембраны UF имеют меньшие поры чем мембраны MF и, поэтому, в дополнение к большим частицам и микроорганизмам, они могут задерживать бактерии и растворимые макромолекулы — например протеины. Мембраны обратного осмоса не пористы и работают за счёт селективного переноса ионов полимерным слоем, поэтому они исключают прохождение частиц и многих растворимых солей и органических веществ (не всех). Мембраны NF это нечто среднее между осмосом и ультрафильтрационной мембраной. Они пористые, но величина пор на порядок, в десятки Ангстрем меньше пор ультрафильтрации.

Характеристики Мембран.
Мембраны обычно классифицируются как изотропные или анизотропные. Изотропные мембраны однородны по составу и физической природе по поперечному сечению мембраны. Анизотропные мембраны неоднородны по поперечному сечению мембраны и обычно состоят из слоёв, различающихся по структуре и химическому составу. Изотропные мембраны можно разделить на несколько подкатегорий. Например, изотропные мембраны могут быть микропористыми. Микропористые мембраны часто получают из жёстких полимерных материалов с большими пустотами, которые создают взаимосвязанные поры. Наиболее распространёнными микропористыми мембранами являются фазовые инверсионные мембраны. Другой тип микропористой мембраны — трековая мембрана. Об их получении можно прочитать там же. Менее распространённой микропористой мембраной является мембрана с растянутой плёнкой. Изотропные мембраны могут также быть плотными плёнками, которым или не хватает пор, или они содержат поры, которые настолько малы, чтобы сделать мембрану эффективно непористой. Эти плёнки получают литьём раствора с последующим испарением растворителя или экструзией расплава.

Более подробно о получении и свойствах мембран.

Существует два основных типа анизотропных мембран: мембраны с фазовым разделением и мембраны с тонкопленочным композитом. Анизотропные мембраны разделения фаз часто называют мембранами Лоеба — Соурирана (Loeb-Sourirajan), в честь людей, которым приписывают впервые изготовленные мембраны. Фазовые мембраны однородны по химическому составу, но не по структуре. Мембраны Loeb-Sourirajan произведены так же как и описанные выше, за исключением того, что размеры и пористость поры меняется по толщине мембраны. Мембраны Loeb-Sourirajan часто состоят из довольно плотного слоя полимера на поверхности все более и более пористого слоя. Тонкопленочные композитные мембраны являются как химически, так и структурно неоднородными. Тонкопленочные композиты обычно состоят из высокопористой подложки, покрытой тонкой плотной плёнкой другого полимера. Их можно изготовить различными методами. Описанные выше изотропные и анизотропные мембраны относятся к листовым, из них возможно изготовить мембранные элементы различных конфигураций, в том числе и наиболее часто встречающиеся в системах подготовки воды — спиральные элементы. Однако мембраны могут также производиться в виде полых волокон и трубок. Как и плосколистовые, эти волокна и трубки могут быть изотропными или анизотропными. Также они могут быть плотными или пористыми. Полые волокна используемые в индустрии сегодня, неравносвойственны — с плотным наружным слоем вокруг пористой трубки. Одним из преимуществ полых волоконных мембран является то, что они имеют большую площадь поверхности на единицу объема, чем плоские листовые мембраны.

Материал мембран.
Большинство мембран MF, UF, RO, и NF — синтетические органические полимеры. Мембраны MF и UF часто сделаны из одних и тех же материалов, но они сформированы при различных условиях так, чтобы получились различных размеров поры. Типичными материалами изготовления МФ и УФ мембран, являются Поливинилиденфторид (PVDF), Полисульфон (PS), Полиэфирсульфон (PES), Полиакрилонитрил (PAN) и сополимер Полиакрилонитрила с Поливинилхлоридом (PAN PVC). Мембраны MF также не редко включают смеси ацетата и нитрата целлюлозы, нейлоны, и Политетрафторэтилен (PTFE). Мембраны обратного осмоса обычно изготавливают из подложки на основе или ацетата целлюлозы или полисульфона покрытые тонкой пленкой ароматического полиамида. Мембраны НФ сделаны из смесей ацетата целлюлозы или смесей полиамида как мембраны RO, или они могут быть доработанными формами мембран УФ на которые нанесли селективный слой ароматических полиамидов. Мембраны также могут быть изготовлены из неорганических материалов, таких как керамика или металлы. Керамические мембраны микропористые, термически стабильные, химически стойкие и часто используются для микрофильтрации. Однако у них есть явные недостатки, применительно к использованию их в установках водоподготовки и очистки воды — высокая цена и механически хрупкость. Металлические мембраны часто сделаны из нержавеющей стали и могут иметь очень точные по распределению (диаметру) поры. Их в основном используют в процессах фильтрации и разделения газов, но их можно также использовать и для фильтрации воды в условиях высоких температур или как подложку мембраны, при необходимости применения высоких давлений.

Мембранные модули.
Существует четыре основных типа модулей: пластинчатые, трубчатые, спиральные и полые волокна. Пластинчатый модуль это простая конфигурация, состоящая из 2 замыкающих плит, плосколистовой мембраны, и прокладок. В трубчатых модулях мембрана (разделительный слой) часто находится внутри трубки, а питающий раствор прокачивается через трубку. Самый популярный модуль в промышленности для установок водоподготовки — спиральный модуль. Этот модуль сделан из плосколистовой мембраны склеенной в пакет и обёрнутой вокруг перфорированной трубки (коллектор пермиата). Подача воды происходит со стороны мембраны. Пермиат собирается на другой стороне мембраны и по спиральным каналам (сетке) собирается в пермиатную трубку. Половолоконные модули, используемые для первичной очистки воды, состоят из пучков полых волокон, вклеенных в напорный корпус. Они могут иметь различную конфигурацию мембраны и соответственно различную конфигурацию подачи воды — снаружи внутрь и наоборот, изнутри наружу. Полые волокна, используемые для очистки сточных вод и в мембранных биореакторах, не всегда используются в корпусах, они могут быть просто закреплены на рамах и погружены в резервуары — пермиат собирают вакуумируя внутренний канал мембраны.

Производители промышленных мембран водоподготовки (ссылки):