Laimeiden (vesipitoisten) liuosten konsentroimiseen tai puhdistamiseen käytetään laajalti painehäviön vaikutuksesta suoritettavia kalvoprosesseja tai ilmanpainekalvoprosesseja . Hiukkasten tai molekyylien koko sekä liuenneen aineen kemialliset ominaisuudet määräävät kalvon rakenteen eli huokosten koon, niiden kokojakauman, jotka ovat välttämättömiä tietyn seoksen erottamiseksi. Erilaiset kalvoprosessit voidaan luokitella erotettavien liuenneiden hiukkasten koon ja siten käytettyjen kalvojen rakenteen mukaan. Näitä prosesseja ovat: mikrosuodatus, ultrasuodatus ja käänteisosmoosi [1] . Suodatusspektri löytyy täältä [1]
Näitä ilmanpainekalvoprosesseja ja niihin perustuvia kalvojärjestelmiä käytetään tällä hetkellä laajasti teollisuusyritysten vedenkäsittely- ja vedenpuhdistusteknologiassa, kotitalouksien tarpeissa, juomien ja lääkkeiden tuotannossa.
Mikrosuodatus on kalvoprosessi, joka on lähinnä perinteistä suodatusta. Mikrosuodatuskalvojen huokoskoot vaihtelevat 10 - 0,05 µm, mikä mahdollistaa prosessin käytön suspensioiden ja emulsioiden hiukkasten erottamiseen.
Ultrasuodatus on kalvoprosessi, joka luonteeltaan on käänteisosmoosin ja mikrosuodatuksen välissä. Ultrasuodatuskalvojen huokoskoot vaihtelevat 0,05 µm:stä (mikrosuodatuskalvojen minimihuokoskoon raja) 1 nm:iin (maksimihuokoskoon raja käänteisosmoosikalvoissa). Tyypillinen ultrasuodatuksen sovellus on makromolekyylikomponenttien erottaminen liuoksesta, jolloin erotettujen liuenneiden aineiden alaraja vastaa useiden tuhansien molekyylipainoja.
Liuenneiden aineiden, joiden molekyylipaino on useista sadaista useisiin tuhansiin, erottamiseen käytetään ultrasuodatuksen ja käänteisosmoosin välissä olevaa prosessia, jota kutsutaan nanosuodatukseksi . Kuten kaikille ilmanpainekalvon nesteerotusprosessille, nanosuodatukselle on ominaista faasimuutosten puuttuminen ja se voidaan suorittaa matalissa lämpötiloissa.
Käänteisosmoosia käytetään, kun pienimolekyylipainoiset liuenneet aineet, kuten epäorgaaniset suolat tai orgaaniset molekyylit, kuten glukoosi, on erotettava liuottimesta. Ero mikrosuodatuksesta ja ultrasuodatuksesta määräytyy liuenneiden hiukkasten koon mukaan. Siksi tarvitaan tiheämpiä kalvoja, joilla on paljon suurempi hydrodynaaminen vastus.
Käänteisosmoosin käytön ehdot Seuraavat ovat suuntaa-antavia indikaattoreita, jotka käänteisosmoosikalvoihin syötettävän lähdeveden on täytettävä:
2-3 g/l, laitteiden taloudellinen suorituskyky heikkenee;
Tällä hetkellä ilmanpainekalvoprosesseja (ultrasuodatusta ja käänteisosmoosia) toteutetaan OAO TANECOn [2] petrokemian ja öljynjalostamoiden kemiallisessa vedenkäsittely- ja lauhdekäsittelykompleksissa yhdessä LLC NPF EITEKin [3] ja OAO VNIIAM:n [4] kanssa . Käänteisosmoosilaitokset toimivat menestyksekkäästi myös Concern Stirol OJSC:ssä (Ukraina) [5] (linkki ei saavutettavissa)
Ilmanpainekalvoprosessien toteuttamiseen teollisessa mittakaavassa tarkoitettuja laitteita koskevat vaatimukset, jotka määräytyvät niiden valmistusmahdollisuuden ja käyttöolosuhteiden mukaan. On olemassa seuraavan tyyppisiä kalvolaitteita:
Painekalvoprosessien toteuttamiseen tarkoitetuissa laitteissa tulee olla suuri kalvopinta laitteen tilavuusyksikköä kohden, ja sen tulee olla helppo koota ja asentaa, koska kalvoja on vaihdettava säännöllisesti [2] .
On ilmeisesti mahdotonta luoda laitteistoa, joka täyttää täysin kaikki vaatimukset. Siksi jokaista erityistä erotusprosessia varten tulisi valita malli, joka tarjoaa suotuisimmat olosuhteet tämän prosessin suorittamiselle.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää myös liikkuviin vedenkäsittelylaitoksiin, joita käytetään hätätilanteissa tai olosuhteissa, joissa vedenkäsittelykompleksin rakentaminen ei ole mahdollista esimerkiksi vaikeapääsyisiin paikkoihin.
Venäjän markkinoita edustavat pääasiassa vedenkäsittelyjärjestelmät mökeille, teollisuudelle ja kotitalouksille, joita käytetään kiinteässä tilassa [6] , [7] , [8] . Samaan aikaan jotkin laitokset, kuten JSC VNIIAM [9] , kehittävät siirrettäviä vedenkäsittelyasemia pilottitesteihin suoraan puhdistuslaitoksissa sekä sotilaallisiin tarpeisiin.
Kysymys kalvon tai muun erotusprosessin käytöstä tietyn seoksen erotuksen ongelman [10] , [11] ratkaisemiseen perustuu täysin taloudellisiin näkökohtiin [4] . Asennuksen kustannukset määräytyvät kahdella osuudella: pääomasijoitus- ja käyttökustannukset. Pääomainvestointi eli asennuksen kustannukset voidaan jakaa kolmeen osaan - 1) kalvomoduulien, 2) putkien, pumppujen, elektroniikan, säiliöiden ja 3) esikäsittely- ja jälkikäsittelyyksiköiden kustannukset.
Tuotekustannusten laskemiseksi litrassa, kuutiometrissä tai kilogrammassa oletetaan, että pääomainvestoinneilla rakennettujen laitteiden poistot tapahtuvat tietyn ajanjakson aikana, jonka oletetaan usein olevan 10 vuotta. Tänä aikana sijoituksesta on maksettava korko. Sitä vastoin käyttökustannukset jakautuvat 1) energiankulutukseen, 2) kalvojen vaihtoon ja 3) henkilöstön palkkoihin jne.