För att koncentrera eller rena utspädda (vattenhaltiga) lösningar används i stor utsträckning membranprocesser som utförs under inverkan av ett tryckfall eller baromembranprocesser Baromembranmetoder för vattenbehandling . Storleken på partiklarna eller molekylerna, såväl som de kemiska egenskaperna hos det lösta ämnet, bestämmer strukturen på membranet, det vill säga storleken på porerna, deras storleksfördelning, som är nödvändiga för att separera en given blandning. Olika membranprocesser kan klassificeras efter storleken på de lösta partiklarna som ska separeras och därmed strukturen på de använda membranen. Dessa processer inkluderar: mikrofiltrering, ultrafiltrering och omvänd osmos [1] . Filtreringsspektrumet finns här [1]
Dessa baromembranprocesser och membransystem baserade på dem används för närvarande i stor utsträckning inom tekniken för vattenbehandling och vattenrening för industriföretag, hushållsbehov, vid produktion av drycker och mediciner.
Mikrofiltrering är en membranprocess som ligger närmast konventionell filtrering. Porstorlekar på mikrofiltreringsmembran varierar från 10 till 0,05 µm, vilket gör att processen kan användas för att separera partiklar av suspensioner och emulsioner.
Ultrafiltrering är en membranprocess som till sin natur intar en mellanposition mellan omvänd osmos och mikrofiltrering. Porstorlekarna för ultrafiltreringsmembran varierar från 0,05 µm (gränsen för den minsta porstorleken i mikrofiltreringsmembran) till 1 nm (gränsen för den maximala porstorleken i omvänd osmosmembran). En typisk tillämpning av ultrafiltrering är separationen av makromolekylära komponenter från en lösning, där den nedre gränsen för de separerade lösta ämnena motsvarar molekylvikter på flera tusen.
För att separera lösta ämnen med molekylvikter från flera hundra till flera tusen används en process mellan ultrafiltrering och omvänd osmos, som kallas nanofiltrering . Liksom alla baromembranvätskeseparationsprocesser kännetecknas nanofiltrering av frånvaron av fasövergångar och kan utföras vid låga temperaturer.
Omvänd osmos används när lösta ämnen med låg molekylvikt, såsom oorganiska salter eller organiska molekyler, såsom glukos, måste separeras från ett lösningsmedel. Skillnaden mellan mikrofiltrering och ultrafiltrering bestäms av storleken på de lösta partiklarna. Därför krävs tätare membran med mycket större hydrodynamiskt motstånd.
Villkor för användning av omvänd osmos Följande är vägledande indikatorer som måste uppfyllas av källvattnet som tillförs omvänd osmosmembran:
2-3 g/l, enheternas ekonomiska prestanda försämras;
För närvarande implementeras baromembranprocesser (ultrafiltrering och omvänd osmos) i det kemiska vattenbehandlings- och kondensatbehandlingskomplexet för petrokemiska och oljeraffinaderier i OAO TANECO [2] tillsammans med LLC NPF EITEK [3] och OAO VNIIAM [4] . Anläggningar för omvänd osmos drivs också framgångsrikt vid Concern Stirol OJSC (Ukraina) [5] (otillgänglig länk)
Apparater för implementering av baromembranprocesser i industriell skala är föremål för krav som bestäms av möjligheten till deras tillverkning och driftsförhållanden. Det finns följande typer av membranenheter:
Apparater för implementering av tryckmembranprocesser bör ha en stor membranyta per volymenhet av apparaten och vara lätt att montera och installera på grund av behovet av att periodiskt byta membranen [2] .
Det är tydligen omöjligt att skapa en apparat som helt uppfyller alla krav. För varje specifik separationsprocess bör därför en design väljas som ger de mest fördelaktiga förutsättningarna för att utföra just denna process.
Särskild hänsyn bör också tas till mobila vattenreningsverk som används i nödsituationer eller under förhållanden där det är omöjligt att skapa ett vattenreningskomplex, till exempel på svåråtkomliga platser.
Den ryska marknaden representeras huvudsakligen av vattenreningssystem för stugor, industri och hushållsbehov, som drivs i ett stationärt läge [6] , [7] , [8] . Samtidigt utvecklar vissa institut, såsom JSC VNIIAM [9] , mobila vattenreningsstationer för pilottester direkt vid reningsanläggningar, såväl som för militära behov.
Frågan om att använda ett membran eller annan separationsprocess för att lösa ett specifikt problem [10] , [11] med blandningsseparering är helt baserad på ekonomiska överväganden [4] . Kostnaden för en installation bestäms av två bidrag: kapitalinvestering och driftskostnader. Kapitalinvesteringen, det vill säga kostnaden för installationen, kan delas upp i tre delar - kostnaden för 1) membranmoduler, 2) rörledningar, pumpar, elektronik, tankar och 3) för- och efterbehandlingsenheter.
För att beräkna kostnaden i termer av en liter, kubikmeter eller kilogram produkt antas att avskrivningen av utrustning byggd på kapitalinvesteringar sker under en viss period, som ofta antas vara lika med 10 år. Under denna tid ska räntan på investeringen betalas. Däremot är driftskostnaderna uppdelade i 1) energiförbrukning, 2) membranbyte och 3) personallöner m.m.