Полимерные и керамические мембраны благодаря широкому ассортименту продукции могут использоваться для решения практически любой задачи фильтрации.
1. Очистка воды является одной из основных областей применения мембран и систем на их основе. В свое время именно достижения в области мембранных технологий подготовки особо чистой воды совместно с системами фильтрации воздуха обеспечили прорыв электронной промышленности Японии.
Задачи очистки воды можно разделить на две большие группы: водоподготовку и водоотведение.
Водоподготовка – получение воды, очищенной от бактерий, вирусов, органических загрязнений, вредных микроэлементов. Важно отметить, что водоподготовка используется как в бытовых приложениях (получение питьевой воды, очистка воды систем отопления), так и в задачах промышленного масштаба.
В случае водоотведения речь идет о следующих системах:
· различных системах водоподготовки (на центральных и локальных водных станциях, в столовых, на пищеблоках предприятий, в больницах, поликлиниках);
· системах обессоливания (обратный осмос, нанофильтрация, комбинированные схемы);
· технологических процессах в различных специфических задачах промышленности (электронная промышленность, медицина, здравоохранение, энергетика).
Водоотведение – очистка сточных вод на центральных и локальных водных станциях.
2. Переработка промышленных отходов
Системы фильтрации водных и газовых сред на промышленных объектах сильно отличаются друг от друга для объектов химической, нефтехимической, пищевой промышленностей, предприятиях машиностроения. Для формирования состава производственных сточных вод большое значение имеют:
· вид перерабатываемого сырья;
· технологический процесс;
· состав промежуточных и выпускаемых продуктов;
· состав исходной воды,
· местные условия и другие факторы.
На различных предприятиях даже при одинаковых технологических процессах состав производственных сточных вод, режим водоотведения и удельный расход на единицу выпускаемой продукции будут неодинаковы.
По этой причине типовых решений систем очистки и переработки промышленных отходов не существует. На одних предприятий требуется простейшая очистка воды, на других заводах необходимо разрабатывать комплексную систему очистки отходов производства с целью выделения из них ценных элементов.
На этом рынке, как правило, для каждого клиента в зависимости от его потребностей подбирается индивидуальное решение. Общее требование заключается в максимальной локализации установок водоочистки на местах образования отходов с последующим их возвратом в производственный цикл.
Ниже представлены некоторые задачи переработки промышленных отходов, решаемые с использованием мембранных систем.
1) Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты
К этому типу сточных вод относятся ливневые стоки, отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ); стоки автомоек, отработанные моющие растворы ремонтных, гальванических, покрасочных. предприятий и цехов.
Для решения подобных задач обычно используют ультрафильтрационные мембраны из гидрофильного материала.
2) Очистка сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов
К этому типу относятся промывные сточные воды гальванических производств, шахтные стоки, жидкие радиоактивные отходы.
Гальванические покрытия используются практически во всех отраслях промышленности. В Российской Федерации сегодня существует около 7000 таких цехов (только в Москве более 300 гальванических цехов и участков, производств печатных плат электронной техники).
3) Очистка стоков, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ)
ПАВ – низкомолекулярные соединения, используемые в процессе мойки и стирки для снижения поверхностного натяжения воды. Снижение поверхностного натяжение позволяет облегчить, либо растворение молекул загрязнений в воде, либо переход их в воду в виде эмульсий и взвесей. Эти сточные воды помимо ПАВ содержат также различные загрязнения, которые отмылись с твердых поверхностей (высокомолекулярные и коллоидные частицы): белки, полисахариды, микроорганизмы, жиры, нефтепродукты, оксиды металлов.
Благодаря разделительным свойствам мембран возникает возможность почти полностью вернуть ПАВ на повторное использование.
4) Очистка сточных вод, содержащих белковые соединения
Сточные воды, содержащие белковые соединения, образуются в перерабатывающей и биотехнологической промышленности: молочная сыворотка после выделения творога и сыра; бульоны после варки рыбы при производстве рыбной муки; жидкости после выделения из них продуктов микробного синтеза, барда после отгонки спирта из бражки.
3. Биотехнологии и медицина
Мембранные технологии в области биотехнологий и медицине получили распространение для решения задач, связанных со стерилизацией препаратов и растворов, получением абсолютно чистой воды, сбором клеточных структур, очисткой и концентрированием биологически активных веществ и лекарственных препаратов, процедурами в области переливания крови и генной инженерии.
Большая часть мембран, применяемых в различных лабораторных исследованиях, являются одноразовыми.
С использованием мембран, в частности, производят ряд лекарственных препаратов:
· рибофлавин – один из наиболее важных водорастворимых витаминов, кофермент многих биохимических процессов;
· эритромицин (антибиотик);
· витамин В2;
· лизин (аминокислота);
· ферменты (белковые комплексы, ускоряющие реакции в живых системах).
4. Пищевая промышленность
В пищевой промышленности мембранные технологии используются как для решения типичных задач водоподготовки (производство бутилированной воды и продукции на ее основе) и очистки отходов производства, так и в специфических задачах при производстве молочных продуктов, вина, фруктовых и овощных соков, пива, сахара, кофе, мясных и мучных изделий. С помощью мембран производят извлечение белков и лактозы из молочной сыворотки, стерилизацию, концентрирование, осветление, обессоливание и другие операции.
1) Водоподготовка при производстве пива
При производстве пива важное значение имеет степень очистки воды от посторонних примесей, микроорганизмов, железа и солей. На крупных производствах с этой целью устраиваются многоступенчатые системы очистки, состав которых зависит от качества местной воды.
2) Молочная промышленность
Мембранные системы фильтрации используются в следующих процессах:
· 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.
Вместе с тем мембранные технологии имеют и ограничения к применению в пищевой промышленности. В частности, отмечается, что применение мембранных элементов с высокой тонкостью фильтрации может привести к ухудшению органолептических вкусовых качеств при фильтровании ликеров, коньяков и безалкогольных напитков, а также других пищевых продуктов.
5. Химическая промышленность
В химической промышленности у мембранных технологий также огромное многообразие сфер применения:
· разделения, очистка, изменение концентрации жидких смесей; · проведение различных лабораторных исследований;
· выделение всевозможных летучих веществ.
Мембраны используются в процессе производства хлора и каустика, при концентрировании химикатов, для регенерации и очистки растворителей, моющих растворов и масел, для селективного выделения ионов металлов.
В химической промышленности часто используются неорганические мембраны (керамические, металлические, стеклянные), так как они в наименьшей степени подвержены воздействию агрессивных сред нежели полимерные мембраны и имеют большую долговечность.
Как и в области биотехнологий и медицины, в химической промышленности при проведении лабораторных исследований часто используются одноразовые мембраны.
6. Разделение газовых смесей
Мембраны начали активно использоваться в задачах разделения газовых сред с конца 70-х годов прошлого века. Этот способ разделения газов разрабатывался как альтернатива дорогим и сложным технологиям криогенного и адсорбционного газоразделения.
Современная полимерная мембрана для газоразделения представляет собой полое волокно, на верхнюю поверхность которого нанесен газоразделительный слой. Толщина этого слоя не превышает 0.1 мкм, благодаря чему удельная проницаемость газов через полимерную мембрану является высокой.
Мембраны для разделения газовых сред используются преимущественно для решения следующих задач:
· выделение углекислого газа при добыче природного и нефтяного газов;
· обогащение кислородом воздуха для медицинских и производственных целей;
· создание регулируемой газовой среды для хранения сельскохозяйственной продукции;
· нефте- и газопереработка: выделение гелия, водорода, аммиака, углеводородов, оксидов углерода и других газов из газовых смесей.
Приоритетный газ для получения в мембранной фильтрации – водород.
7. Другие области применения
Как уже отмечалось, мембраны могут применяться практически в любых задачах фильтрации: от простейших лабораторных одноразовых фильтров – до сложных многоступенчатых систем фильтрации на промышленных предприятиях или системах обессоливания воды. Вместе с тем основной объем мембран потребляется в перечисленных выше шести областях, особенно в задачах фильтрации жидких сред.
Если статья была полезной для Вас - поделитесь с друзьями и коллегами. Мне будет приятно, а другим читателям полезно и интересно. Спасибо.