Мембранные методы, используемые в технологии очистки воды

Мембрана
Полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты смеси или раствора.
Прошедший через мембрану продукт принято называть пермеатом, а оставшуюся перед мембраной смесь – ретантом или концентратом.

Мембранное разделение
Принципиальным отличием мембранного разделения от механического фильтрования является то, что в результате осуществления первого процесса образуются два раствора, один из которых (ретант) обогащен растворенным веществом, а итогом второго процесса является задержание некоторого количества нерастворенных примесей на поверхности или в объеме фильтрующего материала.

Основные методы мембранного разделения
обратный осмос (гиперфильтрация);
нанофильтрация;
ультрафильтрация;
микрофильтрация;
диализ;
электродиализ.
Основная область применения в настоящее время – удаление из воды растворенных минеральных веществ.

Селективность мембран
Эффект селективности (избирательной пропускаемости, полупроницаемости) мембран объясняется формированием на поверхности и внутри пор мембраны, погруженной в раствор электролита, гидратных оболочек (слоев связанной воды).
Силы межмолекулярного взаимодействия молекул воды в оболочке с поверхностью мембраны (адгезии) больше сил взаимодействия между молекулами воды в растворе (когезии), поэтому связанная вода обладает значительно меньшей растворяющей способностью, чем вода, находящаяся в объеме. Вследствие этого, ионы или молекулы, для которых связанная вода не является растворителем, практически не проходят через поры мембраны.
Диаметр пор мембраны должен быть меньше (или равен)
2*t+d,
где t – толщина слоя связанной воды на поверхности мембраны, d – диаметр гидратированного иона или молекулы.

Схема капиллярно-фильтрационной модели
селективности лиофильной мембраны
1 – концентрированный раствор (ретант);
2 – слабоконцентрированный раствор (пермеат);
3 – гидратированный ион или молекула;
4 – мембрана;
5 – связанная вода на поверхности мембраны.

Строгая теория мембранных процессов в настоящее время, по существу, отсутствует, конструкции аппаратов весьма сложны, а себестоимость обработки воды высокая. Тем не менее, считается, что именно мембранные технологии есть будущее водоподготовки, доочистки сточных вод, химической и фармацевтической отраслей промышленности.