Технологія мембранного розділення – це передовий і ефективний метод, який використовує вибіркову проникність напівпроникних мембран для розділення, очищення та концентрації різних компонентів у суміші, досягаючи цілеспрямованого відділення конкретних речовин. За останні кілька десятиліть ця технологія швидко розвинулась і стала основним процесом у водоочищенні, харчовій промисловості, біомедицині та хімічному виробництві. Це також є ключовою технологією, що підтримує енергозбереження та переробку ресурсів у сучасній галузі захисту навколишнього середовища.
I. Визначення та принцип технології мембранного розділення
«Мембрана» означає тонкий шар матеріалу з вибірковою проникністю, який дозволяє певним речовинам проходити, блокуючи інші, під впливом рушійних сил, таких як різниця тиску, градієнт концентрації, електричне поле або різниця температур.
Фундаментальний принцип мембранного розділення полягає в відмінностях у розмірі, розчинності, заряді чи полярності між молекулами, іонами чи частинками, що призводить до різної швидкості міграції через мембрану-, таким чином досягаючи розділення або концентрації.
У сфері очищення води мембранна сепарація в першу чергу залежить відфізична фільтрація, ефективно видаляючи зважені тверді речовини, колоїди, органічні забруднювачі, іони та мікроорганізми. Він забезпечує високо-ефективне очищення без додавання хімічних реагентів і пропонує видатні переваги, такі як висока селективність, низьке споживання енергії та екологічність.
Основний механізм розділення мембрани заснований навибіркова проникністьмембран-здатність пропускати певні речовини, відкидаючи інші, як показано на малюнку 1.
II. Класифікація технологій мембранної сепарації
Технології мембранного розділення можна класифікувати відповідно до розміру пор мембрани та механізму розділення на такі основні типи:
1. Мікрофільтрація (MF)
Завдяки розмірам пор приблизно 0,1–10 мкм мембрани MF переважно видаляють з води зважені частинки, бактерії та макромолекулярну органіку. Звичайні матеріали включають поліпропілен (PP) і полівініліденфторид (PVDF). Системи MF мають високий потік і низький робочий тиск і широко використовуються для очищення питної води та харчової промисловості.
2. Ультрафільтрація (УФ)
Завдяки розмірам пор приблизно 0,01–0,1 мкм ультрафіолетові мембрани можуть утримувати віруси, колоїди та високомолекулярні органічні сполуки. Вони зазвичай застосовуються в біофармацевтичних препаратах, системах очищення промислових стічних вод і мембранних біореакторів (MBR).
3. Нанофільтрація (НФ)
Завдяки розмірам пор від 1 до 10 нм, NF-мембрани знаходяться між UF і RO за продуктивністю. Вони ефективно видаляють двовалентні іони та невеликі органічні молекули, що робить їх придатними для пом’якшення питної води, повторного використання промислових стічних вод і для попередньої обробки в системах RO.
4. Зворотній осмос (RO)
Завдяки розмірам пор менше 1 нм RO є найкращою доступною технологією розділення мембран. Він може видалити майже всі розчинені у воді речовини, включаючи солі, важкі метали та дрібні органічні забруднення.
Мембрана RO (мембрана зворотного осмосу) є основним компонентом опріснення морської води, виробництва високо{0}}чистої води та систем очищення води.
Крім того, спеціалізовані форми, такі якЕлектродіаліз (ЕД), Діаліз (DS), Розділення газу (GS), іПервапорація (PV)ще більше розширили обсяг і потенціал застосування технологій мембранного розділення.
