Способы снижения влияния поляризационных явлений

Как уже упоминалось, поляризационные явления снижают и удельную производительность мембран, и часто – эффективность разделения (селективность). Поэтому стремление уменьшить их влияние продиктовано желанием повысить экономическую привлекательность мембранной технологии.

«История промышленной мембранной технологии есть история борьбы с концентрационной поляризацией»

Все способы можно разделить на три группы:

· Предварительная обработка разделяемых растворов;

· Изменения параметров проведения процесса;

· Регенерация мембран.

· Предварительная обработка разделяемых растворов

Способы первой группы основаны на том, что изменяется состав исходного раствора либо путем предварительного вывода определенных компонентов, либо путем добавления веществ, изменяющих поведение компонентов при концентрировании. Сюда относят следующие способы:

a) Для обессоливания раствора применяют фильтрование, коагуляцию с отстаиванием, центрифугирование и комбинацию этих методов

b) Обезжелезивание растворов

c) Наложение электрических или магнитных полей на раствор в мембранном канале

d) Изменение pH (кислотности) растворов

e) Введение ингибиторов осадкообразования

f) Обеззараживание воды (хлорирование, озонирование)

g) Умягчение воды

· Изменения параметров проведения процесса

Вторая группа способов является следствием теоретической модели КП и ГП. Чем выше удельная производительность мембраны и чем меньше коэффициент массоотдачи, тем сильнее влияние КП. Суть большинства способов сводится к интенсификации отвода задерживаемых компонентов от мембраны в ядро потока и снижению концентрации вещества в примембранном слое.

Методы:

a) уменьшение удельной производительности мембраны: снижение движущей силы процесса (давления) или выбором мембраны с меньшим размером пор

b) Повышение температуры разделяемого раствора → снижение вязкости раствора и увеличение коэффициента диффузии

c) Повышение скорости потока вдоль мембраны до достижения турбулентного режима. При этом в потоке возникают поперечные вихри, создающие конвективный перенос жидкости от мембраны в ядро потока (замена молекулярной диффузии конвективной).

d) Размещение над мембраной турбулизирующих вставок – гофрированных, спиральных, перфорированных. Турбулизаторы могут увеличить скорость массоотдачи в 4-10 раз.

e) Введение в поток гетерогенных частиц (например, пузырей газа), которые по ходу потока вибрируют и способствуют размыванию поляризационных слоев

f) Применение механической вибрации инфра- и ультразвукового диапазона (как колебания по потоку, так и самой мембраны)

g) Использование движущейся мембраны (например, вращающейся с высокой частотой 500-1000 об/мин)

h) Вращение турбулизаторов над поверхностью мембраны. Турбулизаторы выполнены в виде перфорированных дисков, при вращении которых в отверстиях возникают турбулизирующие вихри, направленные к поверхности мембран.

· Регенерация мембран

Третья группа способов основана на периодическом восстановлении разделительных свойств мембраны путем очистки ее от накопившихся наслоений. Выбор способа очистки зависит от механических и химических свойств мембраны.

a) Гидравлическая очистка обратным потоком пермеата (периодическая подача пермеата из-под мембраны в камеру исходного раствора)

b) Гидравлическая очистка реверсивным потоком концентрата (периодическая смена направления движения исходного потока вдоль мембраны).

c) Механическая очистка мембран

d) Химическая очистка мембран периодическим заполнением межмембранных каналов химическими реагентами, растворяющими образовавшиеся отложения. Очень важно правильно выбрать моющее средство, которое не должно растворять мембрану, а также подобрать его концентрацию и режим мойки. В качестве моющих средств наиболее употребительны:

- неорганические и органические кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃, лимонная, щавелевая, глюконовая и др. органические кислоты);

- сильнодействующие растворители (диоксан, этилацетат, фенол, крезол, гидрохинон);

- спирты (метиловый, этиловый, изопропиловый);

- ПАВ (выбор осложняется различной адсорбционной способностью на поверхности мембран);

f) Стерилизация мембран