Мировыми лидерами по производству мембран и мембранных элементов являются фирмы Dow Chemical, Filmtec, Hydranautics, Osmonics (США).

Основные закономерности процессов мембранного разделения

Поток очищенной воды прямо пропорционален площади мембраны.

Поток воды через мембрану тем больше, чем выше приложенное давление.

Производительность мембраны тем выше (при прочих равных условиях), чем тоньше мембрана. Для многослойных мембран учитывают толщину самого плотного рабочего слоя.

4. Повышение температуры воды уменьшает ее вязкость и вследствие этого повышает пропускную способность мембраны. Увеличение потока составляет примерно 3% на каждый градус Цельсия.

Производительность мембраны снижается при увеличении концентрации примесей.

Фильтрование воды через крупнопористые мембраны можно проводить при любом давлении.

Однако, когда размер отверстий мембранной перегородки становится столь мал, что приближается к размерам молекул, картина принципиально меняется. Из-за того, что растворенные соли уже не могут беспрепятственно проходить через мембрану, возникает осмотическое давление, которое направлено навстречу рабочему давлению в мембранном элементе. Рабочее давление должно теперь превышать это противодействие, иначе вода через мембрану вообще не пойдет. При этом осмотическое давление тем больше, чем выше концентрация растворенных солей: каждые 1000 мг/л=1 г/л солей дают прирост осмотического давления на 0,6-0,8 бар.

Например, для морской воды с солесодержанием 35 г/л осмотическое давление составляет примерно 25 бар, и при меньшем давлении насоса мембранное опреснение морской воды невозможно.

На самом деле, осмотическое давление различается для различных солей и зависит от радиуса, заряда и строения их ионов. Отличия для наиболее распространенных солей составляют 1,5-2 раза.

При увеличении температуры жидкости осмотическое давление растет, что могло бы привести к снижению проницаемости мембраны, если бы не одновременное уменьшение вязкости, эффект от которого противоположный и в обычных условиях более сильный (см. п. 4).

Рис.4. Рулонный элемент: 1 - оболочка; 2 - мембраны; 3 - внутренняя дренажная прокладка; 4 - внешняя прокладка; 5 - трубка для пермеата; 6 - отверстия; 7 - кольцевая уплотнительная прокладка

7. Конверсией (recovery) называют отношение объема полученного фильтрата к объему исходной воды, выраженное в %. Поскольку часть воды расходуется на промывку мембраны, конверсия должна быть меньше 100% и обычно находится в пределах 40-80%. Конверсию можно регулировать, изменяя параметры проведения процесса фильтрации. Иметь высокую конверсию - значит меньше воды сбрасывать в дренаж и больше получать конечного продукта. В некоторых случаях (но не всегда) такая экономия очень важна, и к этому прилагаются специальные усилия. Но тут ни в коем случае нельзя перестараться: уменьшая долю концентрата, можно спровоцировать быстрое загрязнение мембраны. Конверсия зависит от качества исходной воды, в том числе от ее предварительной очистки, и от требуемого качества фильтрата.

Для нанофильтрации и обратного осмоса установлено: повышая конверсию, получают фильтрат с более высоким солесодержанием (снижают селективность процесса).

Кроме того, повышение конверсии приводит к увеличению осмотического давления, которое приходится преодолевать. Это связано с явлением концентрационной поляризации: соли, задерживаемые мембраной, скапливаются в тонком слое воды около ее поверхности. В результате при повышении конверсии скорость фильтрации падает.

8. Изменение давления влияет на селективность мембранного разделения (понижение концентрации примесей в % по сравнению с исходной водой). При увеличении давления поток воды через мембрану растет, а прохождение примесей практически не меняется. Кроме того, под действием давления полимерная мембрана несколько уплотняется и становится менее проницаемой для примесей. Поэтому в области малых давлений селективность линейно возрастает с увеличением давления.

Рис.5. Типовая схема мембранной установки. 1 - предварительный фильтр; 2 - манометры; 3 - электромагнитный клапан; 4 - реле давления; 5 - термометр; 6 - насос высокого давления; 7 - электромотор; 8 - манометр; 9 - корпус мембраны; 10 - мембрана; 11 -датчик проводимости; 12 - контрольная панель с кондуктометром; 13 - ротаметр пермеата; 14 - трехходовой кран; 15 - шаровый кран; 16 - ротаметр концентрата; 17 - трехходовой кран; 18 - шаровый кран; 19 - ротаметр рецикла концентрата; 20 - бак для чистящего раствора; 21, 22 - шаровые краны.

Дата добавления: 2015-07-15