Природа и состав растворенных веществ

На селективность и в значительной степени на проницаемость мембран определяющее влияние оказывает природа растворенных веществ. Ученым Ю. И. Дытнерским были сформулированы следующие принципы разделения растворов веществ различной природы:

- неорганические вещества (электролиты) задерживаются мембранами лучше, чем органические той же молекулярной массы;

- среди родственных соединений лучше задерживаются вещества с большей молекулярной массой;

- вещества, которые могут образовывать связь с мембраной, задерживаются мембраной тем лучше, чем менее прочна эта связь.

Conclusion

Основными характеристиками мембран являются производительность (G) и селективность (R или φ)

На протекание мембранных процессов и их характеристики (G, R) оказывают влияние условия проведения фильтрования, а именно: рабочее давление, температура обрабатываемой воды, конверсия (степень отбора пермеата), исходная концентрация растворенных веществ, а также сопутствующие всем мембранным процессам поляризационные явления.

Наибольшее значение для процесса имеет приложенное к мембране давление.

Для каждой системы «мембрана-раствор» существует некоторое критическое давление, выше которого удельная производительность больше не растет.

Отдельно следует отметить поляризационные явления и их негативное влияние на мембранное фильтрование.

Поляризационные явления наблюдаются во всех мембранных процессах и сопровождают все процессы разделения. Со временем концентрация накапливающихся у поверхности мембраны растворенных веществ может стать очень высокой и вызывать образование слоя геля. Этот гелеподобный слой (даже очень тонкий) создает огромное дополнительное сопротивление потоку исходной жидкости, порой приводящее к полному прекращению процесса разделения. Такое явление весьма характерно для высокомолекулярных органических веществ (например, для растворов белков). Особенностью возникновения гелеподобных отложений на поверхности мембраны можно считать процесс выпадения в осадок на поверхности мембран некоторых малорастворимых солей в результате их концентрирования у поверхности мембраны. С такими явлениями чаще всего сталкиваются при обратноосмотической фильтрации солоноватых вод из глубоких артезианских скважин (отложения малорастворимых солей кальция, магния (например, карбонатов или сульфатов)).

КП и ГП – во всех случаях являются негативным явлениями, сопровождающими процесс мембранного разделения, но это явления обратимые и стационарные. Для снижения их влияния разработаны и применяются различные методы (физическая, химическая обработка и т.д.), но в любом случае удельная производительность мембраны после формирования слоя КП и ГП  

Наряду со многими достоинствами и положительными явлениями обратного осмоса, к недостаткам метода можно отнести следующие [факторы]:

1) Процессы проводятся в условиях высокого давления (десятки атмосфер), что приводит к необходимости установки специальных уплотнителей и ряду отдельных трудностей при производстве мембран (каких?);

2) Всем мембранным процессам свойственны явления концентрационной поляризации, некоторым – явление гелевой поляризации;

3) При применении мембранных процессов на производстве существует серьезная проблема утилизации концентратов (при рабочем процессе) и отработанных регенерационных растворов (при восстановлении сепарационных свойств мембран)

Part 2 Glossary

Concentrate flow, feed flow, membrane, membrane element, spiral-wound  membrane element, hollow-fiber membrane element, membrane process, membrane technology, flow balance, module, pressure vessel, stage, pass, rack, skid, permeate flow, reject flow, solute rejection, silt-density index

Аппаратурное оформление процесса мембранного фильтрования

Общие сведения

Реально осуществить мембранный процесс разделения можно только в некотором устройстве, которое должно обеспечить выполнение следующих требований:

1) Создать и стабилизировать движущую силу процесса (давление);

2) Сохранить целостность мембраны под действием движущей силы;

3) Обеспечить несмешиваемость и раздельный вывод образовавшихся продуктов – пермеата и концентрата;

4) Обеспечить условия интенсификации процесса (снижение влияния поляризационных эффектов и невысокое гидравлическое сопротивление протекающим потокам);

5) Иметь максимально большую компактность (площадь мембраны, размещенной в единице объема устройства, м2/м3);

6) Гарантировать безопасность работы

Элементарной ячейкой разделительного устройства является мембранный элемент (МЭ), в котором конструктивно соединены мембрана, дренаж и герметик, позволяющий защитить внутреннее пространство от проникновения в него исходного раствора в обход мембраны.

    Несколько мембранных элементов, объединенных общей камерой сбора пермеата, образуют мембранный модуль. В состав модуля также входят т.н. «проставки», предотвращающие слипание мембран соседних мембранных элементов, турбулизирующие вставки в межмембранных камерах, узлы ввода исходного раствора в межмембранные камеры.

Сочетание мембранного модуля (одного или нескольких) с корпусом, который выдерживает рабочее давление, называется мембранным аппаратом. На корпусе размещены штуцеры ввода исходного раствора и вывода пермеата и концентрата. На нем имеются крышки и разъемы для извлечения и замены мембранных модулей.

Наконец, сочетание одного или нескольких мембранных аппаратов с насосом, прибором контроля и управления, арматурой и трубопроводами, формирует мембранную установку. Это и есть устройство, на котором осуществляется процесс разделения.