Pentru concentrarea sau purificarea soluțiilor diluate (apoase), sunt utilizate pe scară largă procese membranare efectuate sub acțiunea unei căderi de presiune sau procese baromembrane.Metode baromembrane de tratare a apei . Mărimea particulelor sau moleculelor, precum și proprietățile chimice ale substanței dizolvate, determină structura membranei, adică dimensiunea porilor, distribuția mărimii acestora, care sunt necesare pentru a separa un amestec dat. Diferite procese membranare pot fi clasificate în funcție de dimensiunea particulelor de dizolvat care trebuie separate și, prin urmare, de structura membranelor utilizate. Aceste procese includ: microfiltrarea, ultrafiltrarea și osmoza inversă [1] . Spectrul de filtrare poate fi găsit aici [1]
Aceste procese baromembrane și sisteme de membrană bazate pe acestea sunt utilizate în prezent pe scară largă în tehnologia de tratare a apei și purificare a apei pentru întreprinderile industriale, nevoile casnice, în producția de băuturi și medicamente.
Microfiltrarea este un proces membranar care este cel mai apropiat de filtrarea convențională. Dimensiunile porilor membranelor de microfiltrare variază de la 10 la 0,05 µm, ceea ce permite procesului să fie utilizat pentru a separa particulele de suspensii și emulsii.
Ultrafiltrarea este un proces membranar care prin natura sa ocupa o pozitie intermediara intre osmoza inversa si microfiltrare. Dimensiunile porilor membranelor de ultrafiltrare variază de la 0,05 µm (limita dimensiunii minime a porilor în membranele de microfiltrare) la 1 nm (limita dimensiunii maxime a porilor în membranele cu osmoză inversă). O aplicație tipică a ultrafiltrației este separarea componentelor macromoleculare dintr-o soluție, limita inferioară a soluțiilor separate corespunzătoare greutăților moleculare de câteva mii.
Pentru a separa substanțele dizolvate cu greutăți moleculare de la câteva sute la câteva mii, se utilizează un proces intermediar între ultrafiltrare și osmoză inversă, care se numește nanofiltrare . Ca orice proces de separare a lichidelor baromembranare, nanofiltrarea se caracterizează prin absența tranzițiilor de fază și poate fi efectuată la temperaturi scăzute.
Osmoza inversă este utilizată atunci când substanțele dizolvate cu greutate moleculară mică, cum ar fi sărurile anorganice sau moleculele organice, cum ar fi glucoza, trebuie separate dintr-un solvent. Diferența față de microfiltrare și ultrafiltrare este determinată de dimensiunea particulelor dizolvate. Prin urmare, sunt necesare membrane mai dense, cu rezistență hidrodinamică mult mai mare.
Condiții de utilizare a osmozei inverse Următorii sunt indicatori indicativi care trebuie îndepliniți de sursa de apă furnizată membranelor de osmoză inversă:
2-3 g/l, performanța economică a aparatelor se înrăutățește;
În prezent, procesele baromembranare (ultrafiltrare și osmoză inversă) sunt implementate la complexul de tratare chimică a apei și tratare a condensului pentru rafinăriile petrochimice și de petrol al OAO TANECO [2] împreună cu LLC NPF EITEK [3] și OAO VNIIAM [4] . Instalațiile de osmoză inversă sunt operate cu succes și la Concern Stirol OJSC (Ucraina) [5] (link inaccesibil)
Aparatele pentru implementarea proceselor baromembranare la scară industrială sunt supuse unor cerințe determinate de posibilitatea de fabricație și de condițiile de funcționare a acestora. Există următoarele tipuri de dispozitive cu membrană:
Aparatura pentru implementarea proceselor presiune-membrană trebuie să aibă o suprafață mare a membranei pe unitatea de volum a aparatului și să fie ușor de asamblat și instalat datorită necesității de a schimba periodic membranele [2] .
Este aparent imposibil să se creeze un aparat care să îndeplinească pe deplin toate cerințele. Prin urmare, pentru fiecare proces de separare specific, trebuie selectat un design care să ofere condițiile cele mai favorabile pentru realizarea acestui proces particular.
De asemenea, trebuie acordată o atenție deosebită stațiilor mobile de tratare a apei utilizate în situații de urgență sau în condițiile în care este imposibil să se creeze un complex de tratare a apei, de exemplu, în locuri greu accesibile.
Piața rusă este reprezentată în principal de sisteme de tratare a apei pentru cabane, industrie și nevoi casnice, care sunt operate în regim staționar [6] , [7] , [8] . În același timp, unele institute, precum JSC VNIIAM [9] , dezvoltă stații mobile de tratare a apei pentru teste pilot direct la instalațiile de tratare, precum și pentru nevoi militare.
Problema utilizării unei membrane sau a unui alt proces de separare pentru a rezolva o problemă specifică [10] , [11] de separare a amestecurilor se bazează în întregime pe considerente economice [4] . Costul unei instalații este determinat de două contribuții: investiția de capital și costurile de exploatare. Investiția de capital, adică costul instalației, poate fi împărțită în trei părți - costul 1) modulelor cu membrană, 2) conductelor, pompe, electronice, rezervoare și 3) unități de preprocesare și post-procesare.
Pentru a calcula costul în termeni de litru, metru cub sau kilogram de produs, se presupune că amortizarea echipamentelor construite pe baza investițiilor de capital are loc pe o anumită perioadă, care este adesea considerată egală cu 10 ani. În acest timp trebuie plătită dobânda la investiție. În schimb, costurile de operare sunt împărțite în 1) consumul de energie, 2) înlocuirea membranei și 3) salariile personalului etc.