Мембранные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель работы: изучить мембранные технологии, значение мембранных технологий для промышленности.

Задачи: изучить мембранные процессы, материалы, перспективы использования мембранных технологий.

В истории мембранной технологии может быть выделено два этапа развития - научный и промышленный. Хотя мембранные явления наблюдались и изучались еще в середине XVIII века, сначала надо было изучать барьерные свойства материалов и соответствующие явления и только затем создавать мембраны для технического и промышленного применения. Традиционно исследования мембран и мембранного разделения осуществлялись не только физиками и химиками, но также специалистами в таких областях науки, как биология, биофизика, биохимия и зоология.

Мембранные методы разделения жидких и газообразных сред заняли прочное место в арсенале промышленных технологических процессов, хотя полное становление и отдача мембранной науки и технологии ожидается в ХХI веке. Существуют области, где мембранная технология вообще не имеет конкурентов. Значение мембранной технологии в последние годы резко возросло прежде всего как технологии, способной навести мост через пропасть, разделяющую промышленность и экологию.

Глобальный характер воздействия и влияния мембранной технологии на реализацию российских и мировых научно-технологических приоритетов в последнее время получил свое дальнейшее подтверждение.

Мембранные процессы перестали сегодня быть только предметом узкого интереса небольших групп ученых и специалистов в академических институтах и высших учебных заведениях. О мембранных методах разделения и очистки сейчас можно услышать по телевизору и прочесть в газетах. Мембранами интересуются медики и биологи, специалисты пищевой промышленности и сельского хозяйства. Легче указать сферы, в которых мембраны не используются, чем перечислить все области их применения. Ежегодно в мире появляются ряд монографий по разным методам мембранного разделения. Многочисленные конференции по мембранам публикуют свои материалы.

Решением Правительственной комиссии России по научно-технической политике от 21 июля 1996 г. мембранная технология получила статус критической технологии федерального уровня.

1. Мембранные технологии

Мембранные технологии применяются для очистки и разделения смесей. Смесь- это продукт смешения, механического соединения каких-нибудь веществ. Происходит это таким образом: сосуд разделен на две части (или секции) мембраной, секция 1 наполнена смесью из веществ A и B. К обоим веществам прилагается движущая сила. Движущей силой мембранных процессов могут служить градиенты давления, концентрации, температуры или электрического потенциала. Мембрана может отличать два типа молекул из-за различий в размерах, форме или химической структуре. Разделение будет достигнуто, но только в определенной степени. Мембрана не способна разделить смесь полностью. К системе подводится энергия в виде работы или тепла. Основной принцип всех процессов разделения- для их осуществления требуется некое минимальное количество энергии. Следовательно, два вещества A и B будут самопроизвольно смешиваться, если свободная энергия продукта (смеси) меньше, чем сумма свободных энергий индивидуальных веществ. Минимальное количество энергии (Wmin), необходимое для достижения полного разделения, равно или больше, чем свободная энергия смеси ?Gm:

Wmin ? ?Gm = ?Hm - T?Sm

1.1 Мембрана

Существует много мембранных процессов, базирующихся на различных принципах разделения или механизмах и применимых для разделения объектов разных размеров - от частиц до молекул. Несмотря на эти различия, все мембранные процессы имеют нечто общее, а именно мембрану. Основные характеристики мембран - селективность (коэффициент разделения), проницаемость, стабильность, химическая и термическая устойчивость и др. Мембрана- это сердце каждого мембранного процесса, ее можно рассматривать как селективно проницаемый барьер между двумя фазами. Фазу 1 называют сырьевой фазой (или просто сырьем), а фазу 2 называют пермеатом. Разделение достигается благодаря тому, что один компонент из сырьевой фазы переносится через мембрану с большей скоростью, чем другой компонент или компоненты.

Мембраны, использующиеся в различных мембранных процессах можно классифицировать по разным признакам. Наиболее простой является классификация всех мембран на природные (биологические) и синтетические, которые, в свою очередь, подразделяются на различные подклассы исходя из свойств материала.

Другой способ классификации мембран - по морфологии - позволяет разделить твердые синтетические мембраны на пористые и непористые, симметричные и асимметричные, композиционные и однородные по материалу - по структуре, а также на плоские, трубчатые и половолоконные - по форме.

Под асимметричными понимаются мембраны, состоящие из двух или более структурно неоднородных слоев одного и того же материала, а под композиционными - мембраны, состоящие из химически неоднородных слоев. В этих случаях крупнопористый слой большей толщины называют подложкой, а мелко- или непористый слой - селективным, т. к. именно он обеспечивает разделительные свойства мембран.

Половолоконные мембраны - это трубчатые мембраны с диаметром менее 0,5 мм. Трубчатые мембраны с диаметром от 0,5 до 5 мм называются капиллярными.

Жидкие мембраны обычно представляют собой жидкость, заполняющую поры пористой мембраны и содержащую молекулы вещества-переносчика, которое и обеспечивает транспорт.

Пористые мембраны используются для разделения молекул и частиц, различных по размеру. Селективность таких процессов (микрофильтрация, ультрафильтрация) в основном определяется соотношением размера пор и размера разделяемых частиц, а материал мембраны мало влияет на разделение.

Непористые мембраны способны отделять друг от друга молекулу примерно одинакового размера, но с различной растворимостью и/или коэффициентом диффузии. Селективность таких процессов (обратный осмос, первапорация, диализ, мембранное газоразделение) практически полностью зависит от специфических свойств материала мембраны.^[3]

1.2 Мебранные процессы

Мембранные процессы можно классифицировать на следующие типы:

1) микрофильтрация;

2) ультрафильтрация;

3) нанофильтрация;

4) обратный осмос;

5) газоразделение;

6) электродиализ;

7) первапорация;

8) мембранная дистилляция.

1.2.1 Микрофильтрация

Микрофильтрация- это мембранный процесс, в наибольшей степени близкий к обычной фильтрации. Он основан на применении мембран, которые пропускают только некоторые компоненты определенной жидкости или газа, исключая нежелательное попадание иных элементов.

Размер пор в мембранах для микрофильтрации составляет от 0.1 до 10 мкм. Соответственно, величина разделяемых частиц лежит в том же диапазоне.

Среди всех методов мембранной фильтрации микрофильтрация выделяется самым большим размером пор.

Мембраны для микрофильтрации могут быть изготовлены из разнообразных органических (полимеры) или неорганических (керамика, металлы, стекла) материалов.

Микрофильтрация применяется для стерилизации и осветления всех видов напитков и лекарственных препаратов в пищевой и фармацевтической промышленностях, получения ультрачистой воды в полупроводниковой промышленности. Также применяется в области биотехнологий и биомедицинских технологий.

Данный метод фильтрации чаще всего применяется для очистки молока от бактерий и спор. В процессе микрофильтрации молоко проходит сквозь мембраны, а бактерии, размеры которых довольно велики, задерживаются. Микрофильтрацию можно использовать и для подготовки к пастеризации, что позволяет произвести продукты с увеличенным сроком годности при стандартной методике пастеризации.^[2]

1.2.2 Ультрафильтрация

Метод отделения мелких частиц из суспензии или коллоидных растворов с использованием фильтрации под давлением. Малые молекулы, ионы и вода продавливаются через полупроницаемую мембрану. Крупные молекулы через мембрану не проходят. Ультрафильтрационные мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Ультрафильтрационная обработка речной, озерной воды и вод поверхностных источников в России в промышленности и коммунальном хозяйстве широко используют методы осаждения и фильтрования с предварительной коагуляцией. Этот метод широкомасштабно применяется с середины XX в. До сих пор не претерпел радикальных изменений.

Ультрафильтрация - наиболее часто применяемый мембранный процесс при переработке молочного сырья. Ультрафильтрации подвергают цельное молоко, обезжиренное молоко, предварительно сквашенное молоко, а также сыворотку.

Задачами ультрафильтрации являются:

предварительное концентрирование белков в молоке для производства традиционных видов сыров;

значительное изменение соотношения между белками и другими компонентами для создания новых видов сыров;

нормализация молока по белку для обеспечения однородности и воспроизводимости свойств получаемого сыра независимо от сезонности;

выделение сывороточных белков из сыворотки с целью получения белковых концентратов и лактозного раствора.

Использование ультрафильтрации молока повышает выход сыра, например, в производстве сыра Фета расход молока сокращается с 8,5 до 6,5 кг/кг сыра.

Кроме того, ультрафильтрационное концентрирование позволяет сократить расход молокосвертывающего фермента (до 60%) и бактериальной закваски, уменьшить время созревания сыра и продолжительность технологического процесса, а также автоматизировать процесс производства и контроля.

мембранная технология промышленность

1.2.3 Нанофильтрация

Метод нанофильтрации применяют для получения высокоочищенной воды для использования в бытовых нуждах, в пищевой и фармацевтической промышленности, для удаления тяжелых металлов, для снижения содержания солей в системах водоподготовки для теплоэнергетики.

Нанофильтрация воды базируется на способе её прохождения под давлением около 8 мПа через селективные мембраны. Основным материалом для изготовления мембран являются: полисульфоамид, фторопласт, ацетат целлюлозы и другие материалы. Размер отверстий мембран, который колеблется от 0,001 мкм до 0,01 мкм, подобран таким образом, что сквозь них могут проходить одновалентные ионы, а двухвалентные ионы и более крупные примеси остаются. Они задерживают органические соединения с молекулярной массой выше 300 и пропускают 15-90 % солей в зависимости от структуры мембраны. Наиболее эффективно при этом удаляются из воды разнообразные красители, пестициды, органические вещества, вирусы и некоторые растворённые соли. В результате нанофильтрации вода очищается, умягчается и теряет часть солей.

1.2.4 Обратный осмос

Обратноосмотические мембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Они задерживают все бактерии и вирусы, бoльшую часть растворенных солей и органических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольших органических соединений и легких минеральных солей. В среднем мембраны задерживают 97-99 % всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды, растворенных газов и легких минеральных солей.

Сегодня по принципу обратного осмоса работает большинство фильтров, кулеров и других водоочистителей. Этот метод позволяет добиться наивысшей степени очистки воды, и удаляет до 99,9%. Кроме того, проходя через фильтр обратного осмоса, вода обогащается кислородом, придающим воде приятный свежий вкус. Обратный осмос принципиально отличается от обычной фильтрации. При осмосе образуются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом. Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной. Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет. Если по разные стороны полупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, повышая в последнем уровень жидкости.^[1]

В случае, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление (создаваемое насосом), превышающее осмотическое, молекулы воды начнут двигаться через полупроницаемую мембрану в обратном направлении, то есть из более концентрированного раствора в менее концентрированный. Этот процесс называется "обратным осмосом".

В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. В случае, если давление возрастает, поток воды через мембрану также возрастает.

Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, устроен достаточно просто: основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки - это тонкопленочная мембрана. Если объяснять совсем просто, то она представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Разумеется, сквозь такую «сетку» могут пройти либо сами молекулы воды, либо вещества, размер молекул которых еще меньше - растворенный в воде кислород, водород и т. Чтобы мембрана не забивалась, перед ней устанавливают предфильтры - несколько ступеней предварительной очистки.

Тем не менее, в процессе фильтрации, перед мембраной накапливаются соли и различные примеси. Чтобы она не засорилась, перед мембраной создается принудительный поток воды, смывающий сконцентрированные загрязнения в дренаж.

В настоящее время в водоочистителях обратного осмоса наиболее широкое распространение получила компоновка мембран в рулонные мембранные элементы.

1.2.5 Газоразделение

Другая важная отрасль использования мембранных нанотехнологий - газоразделение. В этом случае принцип функционирования другой. Здесь разделение происходит из-за разной скорости проникновения (диффузии) газов через мембрану. Существует особая шкала подвижности газов, согласно ей более «быстрые» газы будут проходить через специальным образом наноструктурированный материал быстрее, а текущий через установку газ обогатится более «медленными». Часто таким материалом являются цеолиты, но могут применяться и полимерные наноматериалы.

Движущей силой переноса газов через мембрану является разность парциальных давлений. При продвижении смеси газов через разделитель более подвижный газ преимущественно проходит через мембрану, руководствуясь принципом «хорошо там, где нас нет». А по научному - по градиенту концентрации.

1.2.6 Электродиализ

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки. Метод электродиализа обеспечивает более полное и быстрое удаление электролита. Под действием электрического поля ионы электролита проходят через мембраны к соответствующим электродам и уносятся проточной водой. По такому принципу работают электродиализаторы. Электродиализ применяется в настоящее время преимущественно для опреснения природных горько-соленых вод и при повышенной минерализации последних ( более 5 - 10 г / л) является более экономичным, чем обессоливание на ионитовых фильтрах. Установлено, что метод электродиализа можно с успехом применять для глубокой очистки жидких кристаллов.

1.2.7 Первапорация

Первапорация -- это процесс выпаривания воды через тонкую, похожую на осмотическую, мембрану. Эффективность и надежность первапорации в первую очередь обуславливается свойствами используемой мембраны, которая позволяет производить разделение жидкостей на молекулярном уровне. Очистка воды методом первапорации предполагает помещение жидкой смеси в корпус фильтра, разделенный непористой полимерной мембраной. В ходе продувки рабочей секции газом или воздухом со стороны подачи жидкости. В результате этого компоненты жидкости адсорбируются на поверхности мембраны, вследствие чего происходит их диффузия через мембрану и очистка, и в том числе обезжелезивание воды. За счет разности скоростей диффузии различных веществ достигается эффект первапорации воды -- процесс образования пара с обратной стороны мембраны, в то время как загрязнитель остается в жидкой форме. Полученный методом первапорации пар дистиллируется и образуется кристально чистая вода, полностью избавленная от любого рода загрязнителей.

1.2.8 Дистилляция

Этот метод предполагает мгновенное вскипание, когда морскую воду испаряют через несколько камер, в которых постепенно происходит понижение давления. Метод мембранной дистилляции подразумевает использование гидрофобной мембраны, по одну сторону которой производится нагрев морской воды. Пар проходит через мембрану, и с противоположной стороны ее охлаждается, и как следствие - конденсируется в чистую воду.Многоколонная дистилляция предполагает нагрев морской воды в первой колонне, а пар, который образуется вследствие нагрева - идет в последующие колонны.Метод вымораживания - это охлаждение морской воды до кристаллизации и выделение кристаллов, из которых потом можнополучить пресную воду.

1.3 Материалы

Создание новых материалов - это существенная необходимость нашей современности. В современных технологиях часто используют большое давление, температуру и агрессивное действие химических веществ. Мембранные материалы сегодня применяются во многих отраслях промышленности.

Мембраны могут быть изготовлены из самых разнообразных материалов. Мембраны делятся на биологические и синтетические; последние, в свою очередь, подразделяются на органические и неорганические, причем важнейший класс мембранных материалов - это органические, а именно полимерные мембраны.

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, построенные из большого числа повторяющихся, или мономерных, звеньев. Некоторые важные виды виниловых полимеров: полипропилен, полибутилен, полистирол, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил, поливинилхлорид, полиметакрилат, поливинилпирродидон.

Большой класс полимеров - полиэлектролы, содержащие ионогенные группы. Такие полимеры используются как мембранные материалы главным образом в процессах, в которых движущей силой является разность электрических потенциалов, например в электродиализе. Они могут быть также использованы в других мембранных процессах, таких, как микрофильтрация, ульртафильтрация и первапорация.

Наиболее известным классом гидрофильных полимеров является целлюлоза и ее производные. Целлюлоза - это полисахарид, который может быть получен из растительного сырья. Целлюлоза и ее производные используются не только для микрофильтрации и ультрафильтрации, но также и для обратного осмоса, газоразделения и диализа. Она представляет собой очень важный класс основных материалов для мембран.

Другим классом мембранных полимеров являются полиамиды. Для этих полимеров характерно наличие амидной группы (-CO-NH-). Полиамиды имеют преимущества в качестве мембранных материалов из-за высокой механической, химической и термической устойчивости, а также их свойств по проницаемости и селективности, особенно в процессах обратного осмоса.

Полисульфоны и полиэфирсульфоны. Полисульфоны имеют высокую химическую и термическую стабильность. Эти полимеры широко используются как базовые материалы для ультрафильтрационных мембран и как подложки для композиционных мембран.

Важной группой полимеров являются полиимиды. Они имеют высокую термическую стабильность в сочетании с хорошей химической стабильностью.

Полимеры, которые не содержат атомов углерода в основной цепи называются неорганическими. К наиболее важным из этих полимеров относятся полисилоксаны, или силиконовые каучуки, которые содержат в цепи кремний, а не углерод. Другая группа неорганических полимеров - это полифосфазены, которые содержат фосфор в основной цепи. Классификация по типу неорганических материалов позволяет выделить три вида часто используемых мембран: керамические, стеклянные и металлические.^[1]

Металлические мембраны получают спеканием металлических порошков (например, вольфрама или молибдена).

Керамические материалы мембран представлены соединениями металлов (алюминий, титан, цирконий и т.д.) с неметаллами в виде оксидов, нитридов или карбидов. Как наиболее важные могут быть отмечены оксид алюминия (Al₂O₃) и оксид циркония (ZrO₃). Такие мембраны могут использоваться до 800°C. Керамические мембраны в большинстве случаев являются гидрофильными. Следовательно, они могут быть успешно применены для осушки различных органических соединений. Данные мембраны эффективны для выделения воды из смесей с самыми различными органическими жидкостями.

Стеклянные мембраны ( оксид кремния, SiO₂) обладают термической, химической и механической стабильностью неорганических мембран.

Химическая стабильность неорганических материалов существенно выше. Они могут применяться при любых pH и в разных растворителях. Другим важным фактором является более легкая очистка неорганических мембран, особенно в таких условиях высокого загрязнения, какие встречаются в микрофильтрации и ультрафильтрации. Для неорганических мембран могут быть использованы все виды моющих агентов, что позволяет применять сильные кислоты и щелочи.

Мембраны делят на пористые и непористые. Мембраны с открытой пористостью применяются в микрофильтрации и ультрафильтрации, непористые применяются в газоразделении и первапорации. Важными факторами при выборе материала являются химическая и термическая устойчивость мембраны. Для второй группы полимеров, которая используется для газоразделения и первапорации, выбор материала напрямую определяет транспортные характеристики мембраны: селективность и проницаемость. Выбор материала зависит в большей степени от типа применения, и спектр используемых полимеров может простираться от эластомеров до стеклообразных полимеров.

В последние годы ведется активный поиск новых типов полимерных матриц. Известно о применении полисульфоновых полимеров, полиэфирэфиркетонов, полиариленсульфамидных матриц для получения гомогенных мембран с катионообменными функциями.^[4]

1.4 Перспективы

Мембранные методы считаются передовыми в химическом производстве и широко используются для очистки, изменения концентрации и разделения жидких смесей. В промышленности мембранные технологии используются в качестве составляющих, как в простых, так и в многостадийных процессах.

Обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация, нанофильтрация - широко известные мембранные процессы, в которых движущей силой является градиент давления. Эти процессы происходят при применении микропористых мембран в различном техническом оформлении. Создание непористых полимерных мембран привело к развитию новых технологий разделения веществ, таких как газоразделение, мембранная дистилляция, первапорация и др. Одним из самых перспективных является относительно новый мембранный метод, получивший название «первапорация», который представляет собой процесс разделения жидких смесей, при котором исходная жидкость контактирует с непористой полимерной мембраной. Компоненты смеси селективно проникают через нее с различными скоростями, что и позволяет им разделяться. Фракции разделенного вещества удаляются с противоположной стороны мембраны потоком инертного газа или в виде пара с помощью вакуумирования. Процесс первапорации обладает значительными преимуществами перед другими методами разделения веществ, так как является низкоэнергоемким, безотходным, экологичным способом разделения различных смесей: азеотропных (неразделяемых дестиляцией), изомеров, а также близкокипящих, термически - и химически неустойчивых веществ. Это делает первапорацию привлекательной для химической, нефтехимической, биохимической, фармацевтической промышленности. Хотя механизмы первапорации являются на сегодняшний день недостаточно изученными, эти мембранные процессы имеют довольно широкую область применения. Исследование процесса первапорации ведется в нескольких направлениях: разработка теории и моделирование процесса, поиск и изучение новых материалов для первапорационных мембран, конструирование более эффективных мембранных модулей и первапорационных установок. В настоящее время существуют промышленные первапорационные установки для глубокой очистки спиртов и других растворителей, а также для удаления небольших количеств органических соединений из загрязненных вод (контроль загрязнений). Процесс первапорации практически не используется в биологии и фармакологии. Изучение механизмов действия мембран подобного типа открывает широкие перспективы развития мембранных технологий и, следовательно, расширяет области применения их в фармакологии.

Метод электродиализа широко применяется в настоящее время. Этот метод является перспективным для очистки сточных вод от растворенных солей, радиоактивных загрязнений. Это дает возможность использовать не только очищенную воду, но и сконцентрированные вещества: кислоту, щелочь.

Несомненно, метод электродиализа является перспективным и для очистки сточных вод от растворенных электролитов, однако во всех случаях использования данного метода необходимо учитывать возможность засорения мембран взвешенными и коллоидными веществами.

Самый многообещающий и пока недоиспользуемый вариант применения микрофильтрации в молочной промышленности - это отделение казеина от сывороточных белков. При этом производится обогащенный казеином концентрат молока, который можно применять для сыроделия, и очищенный от жира раствор сывороточных белков, из которого с помощью ультрафильтрации можно изготовить концентрат сывороточного белка.

Мембранные установки стали все больше и больше использоваться в быту. Это стало возможным благодаря научным и технологическим достижениям.

Круг применения мембранной технологии достаточно обширен. Она используется для получения соли из морской воды (например, в Японии, в которой нет естественных месторождений соли и которая закупается в других странах), и для переработки молочной продукции (выделение сыворотки при изготовлении сыра), и как в спиртовом, так и дрожжевом производстве, и для очистки сточных вод, которые есть почти в любом производстве.

Они улучшают эффективность технологических процессов, экономичны, быстродейственны и перспективны.

Заключение

Большинство традиционных способов получения воды питьевого качества обладают целым рядом существенных недостатков: значительное колебание качества очищенной воды; большие габариты и ресурсоёмкость оборудования; возможность образования опасных канцерогенов при обеззараживании хлорсодержащими реагентами; потребление больших количеств дорогостоящих химических реагентов, а также необходимость в организации их хранения и приготовления. Вышеперечисленных недостатков лишен ультрафильтрационный мембранный метод очистки воды (ультрафильтрация), применяемый для получения питьевой воды в промышленности и коммунальном хозяйстве непосредственно из поверхностного источника. Качество очищенной воды после обработки на ультрафильтрационной мембране стабильно хорошее независимо от состава исходной воды и безопасна по микробиологическим показателям.

Но метод ультрафильтрации эффективен в основном при удалении примесей природного происхождения. За последние десятилетия значительно возросло количество техногенных загрязняющих веществ, которые не всегда могут быть удалены из воды отстаиванием и фильтрованием. По новым санитарным нормативам насчитывается около 1000 контролируемых химических веществ.

Нанофильтрация используется во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.). Использование двухступенчатого обратного осмоса (вода дважды пропускается через обратноосмотические мембраны) позволяет получить дистиллированную и деминерализованную воду. Такие системы являются экономически выгодной альтернативой дистилляторам-испарителям и используются на многих производствах (гальваника, электроника и т. д.). ^[1]

Метод разделения газов с помощью непористых полимерных мембран является сравнительно новым процессом разделения, нашедшим применение в промышленности. К его достоинствам относится непрерывность, низкая энерго - и материалоемкость.

Эффективность применения метода электродиализа для опреснения соленых вод зависит прежде всего от качества и размера ионообменных мембран, гидравлической системы распределения потоков жидкости в аппарате и конструкции самого электроионитового аппарата. Эти факторы практически определяют стоимость установки, удельный расход электроэнергии, затраты на эксплуатацию и стоимость опресненной воды.

Наиболее популярным методом опреснения морской воды, очистки и водоочистки на сегодняшний день является метод обратного осмоса и опреснительные установки, использующие этот метод. Такие установки просты в использовании, их легко собрать, и - что самое главное - такие установки для опреснения морской воды не нуждаются в ТЭЦ, для их постоянной работы необходим только бесперебойный источник питания.

Все это, в сочетании с высокой эффективностью, делает опреснительные установки обратного осмоса оптимальным решением проблемы получения и восстановления чистой питьевой воды.^[2]

Характерными чертами мембранной дистилляции являются малое потребление энергии на циркуляцию потоков, мягкие требования к прочности трубопроводов, а следовательно, возможность изготовления аппаратов из полимерных материалов, что значительно удешевляет стоимость, а так же существенно снижает вес установки. Не менее важным преимуществом процесса мембранной дистилляции перед другими традиционными процессами является нечувствительность мембранной дистилляции к ориентации установки в поле сил тяжести. ^[4]

Метод первапорации сегодня считается одним из наиболее перспективных методов водоочистки, который гарантирует высокое конечное качество воды и при этом не предполагает высоких финансовых затрат, что обуславливает экономичность и выгодность первапорации. Сегодня эффект первапорации используется преимущественно в промышленности, для дегидратации растворителей, а также для удаления органических загрязнителей из воды. Метод первапорации представляет собой один из наиболее надежных систем очистки воды от сложноудалимых загрязнителей.

Список литературы:

1. Мулдер, М. Введение в мембранные технологии: учебное пособие/ М. Мулдер; под ред. Ю.П. Ямпольского и В.П.Дубяги - М.: Мир, 1999.- 513 с.

2. Дытнерский, Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей: учебное пособие/ Ю.И. Дытнерский - М: Химия, 1995. - 232 с.

3. Лейси, Р.Е. Технологические процессы с применением мембран/ Лейси Р.Е., Лёб С. - М.: Мир, 1986, 269 с.

4. Свитцов, А.А. Введение в мембранные технологии/ А.А.Свитцов - М.: ДеЛи принт, 2007, 280 с.

5. Популярно о НАНО: Разделяй и властвуй [Электронный ресурс]/ Дзюбенко Е.В.: 23 мая 2009 <http://www.nanometer.ru> (15.04.2011).

Размещено на Allbest.ru