Мембранно пречистване на водата, методи, схеми, технологии
Някои индустрии поставят по-високи изисквания към качеството на водата. Например, за приготвянето на лекарства, микросхеми, трябва да се дестилира. Това качество може да се получи чрез мембранни методи за пречистване на водата.
Те включват: микрофилтрация, ултрафилтрация, обратна осмоза, нанофилтрация, електродиализа. Принципът на работа на мембранните системи за пречистване на вода се основава на способността на специално проектирани мембрани да пропускат водни молекули и да задържат молекули и йони на соли и други вещества, разтворени във вода. Водата, преминала през мембраната, се нарича филтрат, а останалата вода се нарича концентрат.
На снимката: Мембранен елемент - Filmtec BW
Теория на полупропускливите мембрани
Има няколко теории, обясняващи принципа на работа на полупропускливите мембрани:
1) Молекулите на водата са по-малки по размер от молекулите на веществата, разтворени в нея, така че те проникват през порите на мембраната, но няма примеси;
2) Водата дифундира през преградата по-бързо поради по-високия коефициент на дифузия;
3) Водата, която се намира в дебелината на мембраната в капилярно или свързано състояние, постоянно образува нови водородни връзки с водните молекули в концентрата и по този начин „издърпва“ само чиста вода, тъй като солите не могат да образуват водородни връзки.
Материал и класификация на мембраните
Полупропускливите мембрани са основният елемент в системата. Резултатът от омекотяването (отстраняването на солите) зависи пряко от тяхното качество и вид. Те трябва да бъдат достатъчно здрави, селективни (способни да пропускат някои вещества и да задържат други), химически устойчиви на солни разтвори и издръжливи. Основни материали за производство на мембрани: полимерисинтетичен и растителен произход, смоли, силикатни стъкла, метали, керамични материали, стени на вътрешни органи и др. Размерът на порите на мембраните варира от 0,1 до 10 µm.
Смята се, че разделянето на мембранното пречистване на отделни методи се основава на размера на порите на мембраните (във възходящ ред):
1) Обратна осмоза;
Съответно методите дават различно качество на почистване и имат различно приложение.
Обратна осмоза и ултрафилтрация - във фармакологията, медицината, хранително-вкусовата промишленост;
микрофилтрация и нанофилтрация - отстраняване на желязо от водата. В някои литератури обратната осмоза и ултрафилтрацията се преподават като синоними. Схемата за всички обаче е една и съща: помпите подават пречистената вода под необходимото налягане в резервоара, където тя преминава през мембраната. Разликата при електродиализата е използването на електрически ток като движеща сила вместо налягане. В този случай в контейнера се спускат електроди (катод и анод), които предизвикват хидролиза на соли и насочено движение на йони. Обикновено електродиализните инсталации имат не една, а няколко полупропускливи мембрани.
Мембранните технологии се различават от обикновената филтрация по това, че замърсителите не се натрупват в мембраната, а остават на нейната повърхност в течността. Те се отстраняват чрез следните методи: напречен поток, обратно промиване, ултразвук.