Мембрана

Мембрана представляет собой избирательный барьер; он позволяет некоторым вещам проходить, но останавливает другие. Такими вещами могут быть молекулы , ионы или другие мелкие частицы. Мембраны можно разделить на синтетические и биологические . ^[1] Биологические мембраны включают клеточные мембраны (внешние покрытия клеток или органелл, которые позволяют проходить определенным компонентам); ^[2] ядерные мембраны , покрывающие ядро клетки; и тканевые мембраны, такие как слизистые и серозные оболочки . Синтетические мембраны производятся людьми для использования в лабораториях и промышленности (например, на химических заводах ).

Эта концепция мембраны была известна с восемнадцатого века, но мало использовалась за пределами лаборатории до конца Второй мировой войны. Война поставила под угрозу снабжение питьевой водой в Европе, и для проверки безопасности воды использовались мембранные фильтры. Однако из-за недостаточной надежности, медленной работы, пониженной селективности и повышенной стоимости мембраны не получили широкого применения. Первое широкомасштабное использование мембран связано с технологиями микрофильтрации и ультрафильтрации . С 1980-х годов эти процессы разделения, наряду с электродиализом , используются на крупных заводах, и сегодня рынок обслуживают несколько опытных компаний. ^[3]

Степень селективности мембраны зависит от размера пор мембраны. В зависимости от размера пор их можно разделить на мембраны микрофильтрации (МФ), ультрафильтрации (УФ), нанофильтрации (НФ) и обратного осмоса (ОО). Мембраны также могут быть различной толщины, с однородной или неоднородной структурой. Мембраны могут быть нейтральными или заряженными, а транспорт частиц может быть активным или пассивным . Последнему могут способствовать давление , концентрация , химические или электрические градиенты мембранного процесса.

Классификации мембранных процессов

Микрофильтрация (МФ)

Микрофильтрация удаляет частицы размером более 0,08–2 мкм и работает в диапазоне 7–100 кПа. ^[4] Микрофильтрация используется для удаления остаточных взвешенных веществ (SS), для удаления бактерий, подготовки воды для эффективной дезинфекции, а также в качестве этапа предварительной обработки для обратного осмоса. ^[5]

Относительно недавними разработками являются мембранные биореакторы (МБР), сочетающие в себе микрофильтрацию и биореактор биологической очистки.

Ультрафильтрация (УФ)

Ультрафильтрация удаляет частицы размером более 0,005–2 мкм и работает в диапазоне 70–700 кПа. ^[4] Ультрафильтрация используется во многих случаях для тех же целей, что и микрофильтрация. Некоторые ультрафильтрационные мембраны также используются для удаления растворенных соединений с высокой молекулярной массой, таких как белки и углеводы. Кроме того, они могут удалять вирусы и некоторые эндотоксины.

Нанофильтрация (НФ)

Нанофильтрация также известна как «свободный» RO и может отфильтровывать частицы размером менее 0,002 мкм. Нанофильтрация используется для удаления избранных растворенных компонентов из сточных вод. NF в первую очередь разрабатывается как процесс мембранного умягчения, который предлагает альтернативу химическому умягчению.

Аналогичным образом, нанофильтрацию можно использовать в качестве предварительной обработки перед направленным обратным осмосом. Основными задачами предварительной обработки НФ являются: ^[6] (1). свести к минимуму засорение мембран обратного осмоса частицами и микробами за счет удаления мути и бактерий, (2) предотвратить образование накипи за счет удаления ионов жесткости, (3) снизить рабочее давление процесса обратного осмоса за счет снижения общего содержания растворенных твердых веществ в питательной воде (TDS) ) концентрация.

Обратный осмос (ОО)

Для опреснения воды обычно используется обратный осмос. Кроме того, RO обычно используется для удаления растворенных компонентов из сточных вод, оставшихся после глубокой очистки с помощью микрофильтрации. RO исключает ионы, но требует высокого давления для производства деионизированной воды (850–7000 кПа). RO является наиболее широко используемой технологией опреснения из-за ее простоты использования и относительно низких затрат энергии по сравнению с дистилляцией, в которой используется технология, основанная на термических процессах. Обратите внимание, что мембраны RO удаляют компоненты воды на ионном уровне. Для этого в большинстве современных систем RO используется тонкопленочный композит (TFC), в основном состоящий из трех слоев: слоя полиамида, слоя полисульфона и слоя полиэстера. ^[7]

Наноструктурированные мембраны

Новый класс мембран использует наноструктурные каналы для разделения материалов на молекулярном уровне. К ним относятся мембраны из углеродных нанотрубок , графеновые мембраны, мембраны из полимеров собственной микропористости (PIMS) и мембраны с металлоорганическим каркасом (MOF). Эти мембраны можно использовать для селективного разделения по размеру, такого как нанофильтрация и обратный осмос, а также для селективного адсорбционного разделения, такого как олефины от парафинов и спирты от воды, которые традиционно требовали дорогостоящей и энергоемкой дистилляции .

Конфигурации мембраны

В области мембран термин «модуль» используется для описания полного блока, состоящего из мембран, конструкции поддержки давления, входного отверстия для подачи, выходных потоков пермеата и ретентата, а также всей опорной конструкции. Основными типами мембранных модулей являются:

Трубчатый , где мембраны размещены внутри опорных пористых трубок, и эти трубки помещены вместе в цилиндрическую оболочку, образуя модульный модуль. Трубчатые устройства в основном используются в микро- и ультрафильтрации из-за их способности обрабатывать технологические потоки с высоким содержанием твердых частиц и высокой вязкостью, а также из-за их относительной простоты очистки.

Половолоконная мембрана состоит из пучка от сотен до тысяч полых волокон. Вся сборка помещается в сосуд под давлением . Поток может подаваться внутрь волокна (поток изнутри наружу) или снаружи волокна (поток снаружи внутрь).

Спиральная намотка, при которой гибкая прокладка для пермеата помещается между двумя плоскими листами мембран. Добавляется гибкая прокладка подачи, и плоские листы скатываются в круглую форму. В последних разработках методы поверхностного рисунка позволили интегрировать проницаемые питающие разделители непосредственно в мембрану, что привело к появлению концепции интегрированной мембраны. ^[8] ^[9] ^[10]

Плита и рама состоят из ряда плоских мембранных листов и опорных пластин. Очищаемая вода проходит между мембранами двух соседних мембранных блоков. Пластина поддерживает мембраны и обеспечивает канал для вытекания пермеата из модуля устройства.

Керамические и полимерные плоские листовые мембраны и модули. Плоские листовые мембраны обычно встраиваются в погружные системы фильтрации с вакуумным приводом, которые состоят из стопок модулей, каждый из которых состоит из нескольких листов. Режим фильтрации – снаружи внутрь, при котором вода проходит через мембрану и собирается в каналах для пермеата. Очистка может выполняться методами аэрации, обратной промывки и CIP.

Работа мембранного процесса

Ключевые элементы любого мембранного процесса связаны с влиянием следующих параметров на общий поток пермеата:

Проницаемость мембраны (k)
Рабочая движущая сила на единицу площади мембраны (трансмембранное давление, TMP)
Загрязнение и последующая очистка поверхности мембраны.

Поток, давление, проницаемость

Общий поток пермеата из мембранной системы определяется следующим уравнением:

Q_{p}=F_{w}\cdot A

Где Qp — расход потока пермеата [кг·с ⁻¹], F _w – скорость потока воды [кг·м ⁻²·с ⁻¹] и A — площадь мембраны [м ²]

Проницаемость (k) [м·с ⁻²·бар ⁻¹] мембраны определяется следующим уравнением:

k={F_{w} \over P_{TMP}}

Трансмембранное давление (ТМР) определяется следующим выражением:

P_{TMP}={(P_{f}+P_{c}) \over 2}-P_{p}

где P _TMP - трансмембранное давление [кПа], P _{f -} давление на входе исходного потока [кПа]; P _{c -} давление потока концентрата [кПа]; P _p давление потока пермеата [кПа].

Отбраковку (r) можно определить как количество частиц, удаленных из питательной воды.

r={(C_{f}-C_{p}) \over C_{f}}\cdot 100

Соответствующие уравнения баланса массы:

Q_{f}=Q_{p}+Q_{c}

Q_{f}\cdot C_{f}=Q_{p}\cdot C_{p}+Q_{c}\cdot C_{c}

Для управления работой мембранного процесса можно использовать два режима: по потоку и ТМФ. Этими режимами являются (1) постоянный TMP и (2) постоянный поток.

На режимы работы будет влиять тенденция скопления отбракованных материалов и частиц в ретентате в мембране. При данном ТМР поток воды через мембрану уменьшится, а при данном потоке ТМР увеличится, уменьшая проницаемость (k). Это явление известно как загрязнение и является основным ограничением работы мембранного процесса.

Тупиковый и перекрестный режимы работы

Можно использовать два режима работы мембран. Эти режимы:

Тупиковая фильтрация , при которой все сырье, подаваемое на мембрану, проходит через нее, получая пермеат. Поскольку потока концентрата нет, все частицы удерживаются в мембране. Сырая питательная вода иногда используется для смывания накопившегося материала с поверхности мембраны. ^[11]
Фильтрация с поперечным потоком , при которой питательная вода перекачивается с поперечным потоком, тангенциальным к мембране, и получаются потоки концентрата и пермеата. Эта модель подразумевает, что при потоке питательной воды через мембрану только часть превращается в пермеат. Этот параметр называется «конверсия» или «восстановление» (S). Извлечение снизится, если пермеат в дальнейшем будет использоваться для поддержания работы технологических процессов, обычно для очистки мембран.

S={Q_{permeate} \over Q_{feed}}=1-{Q_{concentrate} \over Q_{feed}}

Фильтрация приводит к увеличению сопротивления потоку. В случае тупиковой фильтрации сопротивление увеличивается в зависимости от толщины корки, образующейся на мембране. Как следствие, проницаемость (k) и поток быстро уменьшаются пропорционально концентрации твердых веществ [1] и, таким образом, требуют периодической очистки.

В процессах с поперечным потоком осаждение материала будет продолжаться до тех пор, пока силы связывания корки с мембраной не будут уравновешены силами жидкости. В этот момент фильтрация поперечного потока достигнет установившегося состояния [2] и, таким образом, поток будет оставаться постоянным со временем. Следовательно, такая конфигурация потребует меньше периодической чистки.

Загрязнение

Загрязнение можно определить как потенциальное осаждение и накопление компонентов потока сырья на мембране. Потеря производительности обратного осмоса может быть результатом необратимого органического и/или неорганического загрязнения и химической деградации активного мембранного слоя. Микробиологическое загрязнение, обычно определяемое как следствие необратимого прикрепления и роста бактериальных клеток на мембране, также является распространенной причиной выбрасывания старых мембран. На опреснительных установках широко используются различные окислительные растворы, чистящие средства и средства против обрастания, и их повторяющееся и случайное воздействие может отрицательно повлиять на мембраны, как правило, за счет снижения эффективности их отторжения. ^[12]

Загрязнение может происходить посредством нескольких физико-химических и биологических механизмов, связанных с повышенным отложением твердого материала на поверхности мембраны. Основными механизмами возникновения загрязнения являются:

Накопление компонентов питательной воды на мембране, что приводит к сопротивлению потоку. Такое наращивание можно разделить на несколько типов:

Сужение пор , состоящее из твердого материала, прикрепленного к внутренней поверхности пор.

Блокировка пор происходит, когда частицы питательной воды застревают в порах мембраны.

Формирование слоя геля/кека происходит, когда твердые вещества в сырье превышают размеры пор мембраны.

Образование химических осадков, известных как накипь.
Колонизация мембраны или биообрастание происходит, когда микроорганизмы растут на поверхности мембраны. ^[13]

Контроль и смягчение загрязнения

Поскольку загрязнение является важным фактором при проектировании и эксплуатации мембранных систем, поскольку оно влияет на необходимость предварительной обработки, требования к очистке, условия эксплуатации, стоимость и производительность, его следует предотвращать и, при необходимости, удалять. Оптимизация условий эксплуатации важна для предотвращения загрязнения. Однако, если загрязнение уже произошло, его следует удалить с помощью физической или химической очистки.

Методы физической очистки мембран включают релаксацию мембраны и обратную промывку мембраны .

Обратная промывка или обратная промывка заключается в прокачке пермеата в обратном направлении через мембрану. Обратная промывка успешно удаляет большую часть обратимых загрязнений, вызванных закупоркой пор. Обратная промывка также может быть улучшена за счет продувки воздуха через мембрану. ^[14] Обратная промывка увеличивает эксплуатационные расходы, поскольку для достижения давления, подходящего для реверсирования потока пермеата, требуется энергия.

Мембранная релаксация заключается в приостановке фильтрации на определенный период, поэтому нет необходимости реверсировать поток пермеата. Релаксация позволяет поддерживать фильтрацию в течение более длительного периода перед химической очисткой мембраны.

Обратный импульс Высокочастотный обратный импульс, обеспечивающий эффективное удаление слоя грязи. Этот метод чаще всего используется для керамических мембран [3].

Недавние исследования показали, что сочетание релаксации и обратной промывки дает оптимальные результаты. ^[15]^[16]

Химическая очистка . Эффективность релаксации и обратной промывки будет снижаться со временем эксплуатации, поскольку на поверхности мембраны накапливается все больше необратимых загрязнений. Поэтому, помимо физической очистки, можно рекомендовать и химическую очистку. Он включает в себя:

Химически усиленная обратная промывка , то есть в период обратной промывки добавляется низкая концентрация химического чистящего средства.
Химическая очистка , где основными чистящими средствами являются гипохлорит натрия (от органических загрязнений) и лимонная кислота (от неорганических загрязнений). Каждый поставщик мембран предлагает свои рецепты химической очистки, которые отличаются в основном концентрацией и методами. ^[17]

Оптимизация условий эксплуатации . Для оптимизации условий эксплуатации мембраны для предотвращения загрязнения можно использовать несколько механизмов, например:

Уменьшение потока . Флюс всегда уменьшает загрязнение, но влияет на капитальные затраты, поскольку требует большей площади мембраны. Он заключается в работе с устойчивым флюсом, который можно определить как флюс, для которого TMP постепенно увеличивается с приемлемой скоростью, поэтому химическая очистка не требуется.
Использование перекрестной фильтрации вместо тупиковой. При поперечноточной фильтрации на мембране осаждается только тонкий слой, поскольку не все частицы задерживаются на мембране, а концентрат удаляет их.
Предварительная обработка питательной воды используется для снижения содержания взвешенных веществ и бактерий в питательной воде. Также используются флокулянты и коагулянты, такие как хлорид железа и сульфат алюминия, которые после растворения в воде адсорбируют такие материалы, как взвешенные твердые вещества, коллоиды и растворимые органические вещества. ^[18] Метафизические численные модели были введены для оптимизации явлений переноса. ^[19]

Изменение мембраны . Недавние усилия были сосредоточены на устранении загрязнения мембраны путем изменения химического состава поверхности материала мембраны, чтобы уменьшить вероятность прилипания загрязнений к поверхности мембраны. Точная используемая химическая стратегия зависит от химического состава фильтруемого раствора. Например, мембраны, используемые при опреснении воды, можно сделать гидрофобными, чтобы противостоять загрязнению за счет накопления минералов, а мембраны, используемые для биологических препаратов, можно сделать гидрофильными, чтобы уменьшить накопление белков и органических веществ. Таким образом, изменение химического состава поверхности посредством осаждения тонких пленок может значительно снизить загрязнение. Одним из недостатков использования методов модификации является то, что в некоторых случаях это может отрицательно сказаться на скорости потока и селективности мембранного процесса. ^[20]

Переработка мембран обратного осмоса

Предотвращение образования отходов

Как только мембрана достигает значительного снижения производительности, ее выбрасывают. Выброшенные мембранные модули обратного осмоса в настоящее время классифицируются во всем мире как инертные твердые отходы и часто выбрасываются на свалки; хотя их также можно энергетически восстановить. Однако за последние десятилетия были предприняты различные усилия, чтобы избежать этого, такие как предотвращение образования отходов, прямое повторное применение и способы переработки.В этом отношении мембраны также следуют иерархии управления отходами. Это означает, что наиболее предпочтительным действием является модернизация конструкции мембраны, что приводит к сокращению использования при одном и том же применении, а наименее предпочтительным действием является утилизация и захоронение отходов. ^[21]

Мембраны обратного осмоса имеют некоторые экологические проблемы, которые необходимо решить, чтобы соответствовать принципам экономики замкнутого цикла. В основном они имеют небольшой срок службы – 5–10 лет. За последние два десятилетия количество опреснительных установок обратного осмоса выросло на 70%. Размер этих установок обратного осмоса также значительно увеличился: некоторые из них достигли производственной мощности, превышающей 600 000 м3 воды в день. Это означает, что ежегодно выбрасывается на свалку 14 000 тонн мембранных отходов.Чтобы увеличить срок службы мембраны, разрабатываются различные методы профилактики: сочетание процесса обратного осмоса с процессом предварительной обработки для повышения эффективности; разработка методов борьбы с обрастанием; и разработку подходящих процедур очистки мембран.Процессы предварительной очистки снижают эксплуатационные расходы из-за меньшего количества химических добавок в подаваемой морской воде и меньших затрат на эксплуатационное обслуживание системы обратного осмоса. ^[22]

На мембранах обратного осмоса обнаружено четыре типа загрязнения: (i) неорганическое (осаждение солей), (ii) органическое, (iii) коллоидное (отложение частиц в суспензии) (iv) микробиологическое (бактерии и грибки). Таким образом, соответствующее сочетание процедур предварительной обработки и дозирования химикатов, а также эффективный план очистки, направленный на борьбу с этими типами обрастания, должны позволить разработать эффективный метод борьбы с обрастанием.

Большинство предприятий очищают свои мембраны каждую неделю (CEB – Химически усиленная обратная промывка). В дополнение к этой поддерживающей очистке рекомендуется проводить интенсивную очистку (CIP) два-четыре раза в год.

повторное использование

Повторное использование мембран обратного осмоса включает прямое повторное применение модулей в других процессах разделения с менее строгими характеристиками. Преобразование мембраны RO TFC в пористую мембрану возможно за счет разрушения плотного слоя полиамида. Преобразование RO мембран путем химической обработки различными окислительными растворами направлено на удаление активного слоя полиамидной мембраны, предназначенной для повторного использования в таких применениях, как МФ или УФ. Это приводит к увеличению срока службы примерно на два года. ^[23]В очень ограниченном количестве отчетов упоминается потенциал прямого повторного использования RO. Исследования показывают, что при проведенном аутопсийном исследовании использовались гидропроницаемость, солеотделение, морфологические и топографические характеристики, а также методы автоэмиссионной сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. Характеристики старого RO-элемента напоминали характеристики нанофильтрационных (NF) мембран, поэтому неудивительно, что проницаемость увеличилась с 1,0 до 2,1 л м-2 ч-1 бар-1, а степень отделения NaCl снизилась с >90% до 35. -50%. ^[24]

С другой стороны, чтобы максимизировать общую эффективность процесса, в последнее время стало обычной практикой объединять элементы обратного осмоса с различными характеристиками в одном резервуаре под давлением, что называется конструкцией мультимембранного резервуара. В принципе, эта инновационная гибридная система рекомендует использовать мембраны с высокой степенью отсеивания и низкой производительностью в верхнем сегменте фильтрационной установки, а затем высокопроизводительные мембраны с низким энергопотреблением в последующей секции. Эта конструкция может помочь двумя способами: либо за счет снижения энергопотребления из-за снижения потребности в давлении, либо за счет увеличения производительности. Поскольку эта концепция позволит сократить количество модулей и сосудов под давлением, необходимых для данного применения, она потенциально может значительно снизить первоначальные инвестиционные затраты. Предлагается адаптировать эту оригинальную концепцию путем повторного использования старых мембран обратного осмоса внутри одного и того же сосуда под давлением. ^[25]

переработка

Переработка материалов — это общий термин, который включает физическую трансформацию материала или его компонентов так, чтобы их можно было регенерировать в другие полезные продукты. Мембранные модули представляют собой сложные структуры, состоящие из ряда различных полимерных компонентов, и потенциально отдельные компоненты могут быть использованы для других целей. Обработку и переработку твердых пластиковых отходов можно разделить на механическую переработку, химическую переработку и рекуперацию энергии.

Техника переработки

Характеристики механической переработки:

Необходимо предварительное разделение интересующих компонентов.
Предыдущая стирка во избежание ухудшения свойств во время процесса.
Измельчение полимерных материалов до нужного размера (потеря 5% материала).
Возможен промывание задней части.
Процесс плавления и экструзии (потеря 10 % материала).
Мембранные компоненты, подлежащие вторичной переработке (термопластики): ПП, полиэстер и т. д.
Мембранные листы: изготовлены из множества различных полимеров и добавок, поэтому их сложно точно и эффективно разделить.
Главное преимущество: он заменяет производство первичного пластика. • Основные недостатки: необходимость разделения всех компонентов, достаточно большое количество компонентов для жизнеспособности. ^[26]

Характеристики химической переработки:

Разбейте полимеры на более мелкие молекулы, используя методы деполимеризации и деградации.
Нельзя использовать с загрязненными материалами.
Процессы химической переработки адаптированы для конкретных материалов.
Преимущество: возможность переработки гетерогенных полимеров с ограниченным использованием предварительной обработки.
Недостаток: более дорогой и сложный, чем механическая переработка.
Полиэфирные материалы (например, в прокладке пермеата и компонентах мембранного листа) подходят для процессов химической переработки, а гидролиз используется для обращения вспять реакции поликонденсации, используемой для производства полимера, с добавлением воды, чтобы вызвать разложение.

Характеристики энергетического восстановления:

Сокращение объема на 90–99%, снижение нагрузки на свалку.
Печи для сжигания отходов обычно могут работать при температуре от 760 °C до 1100 °C и, следовательно, способны удалять все горючие материалы, за исключением остаточного неорганического наполнителя в корпусе из стекловолокна. ^[26]
Тепловая энергия может быть рекуперирована и использована для производства электроэнергии или других процессов, связанных с получением тепла, а также может компенсировать выбросы парниковых газов от традиционной энергетики.
Если не контролировать должным образом, может выделяться парниковые газы, а также другие вредные продукты.

Пост-обработка

После применения выбранной техники необходимо провести последующую обработку, чтобы гарантировать, что мембрана снова сможет нормально функционировать.
Первый этап последующей обработки включает удаление всех остаточных отходов из оборудования. Это гарантирует, что не останется никаких загрязнений, которые могут повлиять на работу мембраны.
Методы разделения используются для извлечения ценных материалов из мембран обратного осмоса, таких как полиамид или полисульфон, которые можно переработать и повторно использовать в производстве новых мембран или других продуктов. На этапе восстановления материалов проводятся процессы физического или химического разделения для изоляции и очистки этих материалов, обеспечения их качества и облегчения их повторного внедрения в производственную цепочку.
После удаления отходов мембрана тестируется в пилотной системе. На этом этапе его производительность тщательно анализируется, чтобы определить, соответствует ли результат заданным параметрам и ограничениям. Этот шаг имеет решающее значение для проверки эффективности и результативности работы мембраны после лечения.

Преимущества переработки мембран обратного осмоса

Внедрение процесса переработки мембран обратного осмоса может повлечь за собой дополнительные расходы, которые многие компании и организации могут не принять. Более того, переработанные мембраны часто имеют более низкую производительность и эффективность. Однако одним из существенных преимуществ переработки является снижение воздействия на окружающую среду, связанного с производством новых мембран из сырья. Мембраны обратного осмоса содержат полимеры, полученные из нефти, основного источника парниковых газов (ПГ), которые способствуют изменению климата. Кроме того, эти полимеры не биоразлагаемы, что затрудняет их переработку.
Перерабатывая мембраны обратного осмоса, мы уменьшаем потребность в новых материалах, тем самым уменьшая воздействие на окружающую среду. Производство новых мембран из полимеров, полученных из нефти, увеличивает выбросы парниковых газов. Переработка существующих мембран помогает смягчить это воздействие за счет повторного использования материалов, которые в противном случае способствовали бы ухудшению состояния окружающей среды.
Спрос на мембраны обратного осмоса вырос из-за ужесточения правил сброса сточных вод. Этот спрос потенциально может превысить предложение, что делает переработку существующих мембран обратного осмоса жизнеспособным решением этой проблемы.
Растущий спрос на мембраны обратного осмоса привел к росту цен. Напротив, процесс переработки, как правило, более экономически эффективен, чем покупка новых мембран. Это ценовое преимущество может помочь компенсировать первоначальные инвестиции, необходимые для организации операций по переработке отходов.

Приложения

Отличительные особенности мембран обуславливают интерес к их использованию в качестве дополнительного элемента процессов разделения в жидкостных процессах.Среди отмеченных преимуществ: ^[3]

Менее энергозатратны, поскольку не требуют серьезных фазовых изменений.
Не требуйте адсорбентов или растворителей, которые могут быть дорогими или трудными в обращении.
Простота и модульность оборудования, что облегчает установку более эффективных мембран.

Мембраны используются под давлением в качестве движущих процессов при мембранной фильтрации растворенных веществ и в обратном осмосе . При диализе и первапорации движущей силой является химический потенциал вдоль градиента концентрации. Кроме того, перстрация как процесс мембранной экстракции зависит от градиента химического потенциала. Погружной гибкий волнолом в виде насыпи как тип мембраны можно использовать для контроля волн на мелководье в качестве усовершенствованной альтернативы традиционным жестким погружным конструкциям. ^[27]

Однако их ошеломляющий успех в биологических системах не соответствует их применению. ^[28] Основными причинами этого являются:

Загрязнение – снижение функциональности по мере использования.
Непомерно высокая стоимость за площадь мембраны
Отсутствие материалов, устойчивых к растворителям.
масштабирования Риски

См. также

Коллодионный мешок

Ссылки

^ Малдер, Марсель (1996). Основные принципы мембранной технологии (2-е изд.). Клювер Академик: Спрингер. ISBN 978-0-7923-4248-9 .
^ Черьян, М (1998). Справочник по ультрафильтрации и микрофильтрации . Ланкастер, Пенсильвания: echonomic Publishing Co., Inc.
^ Jump up to: ^а ^б Мембраны на заводах по производству полиолефинов. Программа восстановления вентиляции и улучшения экономики . Интратек. 2012. ISBN 978-0615678917 . Архивировано из оригинала 13 мая 2013 г.
^ Jump up to: ^а ^б Криты и Чобангиглус (1998). Малые и децентрализованные системы управления сточными водами . Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill.
^ Чадха, Уткарш; Сельварадж, Сентил Кумаран; Вишак Тану, С.; Чолападат, Вишну; Авраам, Ашеш Мэтью; Зайян, Мохаммед; Маникандан, М; Парамасивам, Велмуруган (6 января 2022 г.). «Обзор функции использования углеродных наноматериалов в мембранной фильтрации для удаления загрязнений из сточных вод» . Материалы Research Express . 9 (1): 012003. Бибкод : 2022MRE.....9a2003C . дои : 10.1088/2053-1591/ac48b8 . S2CID 245810763 .
^ Адам С., Ченг Р.К., Вуонг Д.С., Ваттье К.Л. (2003). «Двухступенчатый NF Лонг-Бич превосходит одноступенчатый SWRO». Повторное использование опреснительной воды . 13 :18–21.
^ Альфонсин С., Лебреро Р., Эстрада Х.М. и др. (2015) Выбор удаления запаха технологии на очистных сооружениях: Руководство, основанное на жизни оценка цикла. Журнал экологического менеджмента 149: 77–84.
^ Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2023). «Повышение проницаемости ультрафильтрационной мембраны и защиты от обрастания за счет поверхностного рисунка с элементами, напоминающими разделители подачи» . npj Чистая вода . 6 (1): 60. Бибкод : 2023npjCW...6...60I . дои : 10.1038/s41545-023-00277-3 .
^ Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2023). «Критическая оценка мембран с поверхностным рисунком и их роль в развитии мембранных технологий» . АСУ ЭСиТ Вода . 3 (12): 3807–3834. doi : 10.1021/acsestwater.3c00564 .
^ Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2024). «Интеграция пористой и проницаемой поли(эфирсульфоновой) питающей прокладки на поверхности мембран посредством прямой 3D-печати» . ACS Прикладные инженерные материалы . 2 (4): 1094–1109. дои : 10.1021/acsaenm.4c00086 .
^ Меткалф и Эдди (2004) Проектирование, очистка и повторное использование сточных вод, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк. Четвертое издание.
^ Гарольд Г. Фравель-младший (28 апреля 2014 г.). «Понимание критической взаимосвязи между скоростью восстановления обратного осмоса и коэффициентами концентрации» . Американская ассоциация мембранных технологий (АМТА) . Проверено 15 мая 2015 г.
^ Мата Г.К., Багчи С., Чжан К., Оертер Д.Б., Сайкалы П.Е. (октябрь 2017 г.). «Сообщества мембранных биопленок в полномасштабных мембранных биореакторах собраны не случайным образом и состоят из основного микробиома». Исследования воды . 123 (1): 124–133. Бибкод : 2017WatRe.123..124M . дои : 10.1016/j.watres.2017.06.052 . hdl : 10754/625148 . ПМИД 28658633 .
^ Солнце, Ю; Хуанг, X.; Чен, Э; Вэнь, X. (2004). «Двухфункциональный мембранный биореактор фильтрации/аэрации для очистки бытовых сточных вод». Труды по водной среде. Мембранные технологии .
^ Валлеро, МВГ; Леттинга, Г.; Объектив, ПНЛ (2005). «Высокоскоростное восстановление сульфатов в погружном анаэробном мембранном биореакторе (самбаре) при высокой солености». Журнал мембранной науки . 253 (1–2): 217–232. дои : 10.1016/j.memsci.2004.12.032 .
^ И.-Ж. Канг; К.-Х. Ли; К.-Ж. Ким (2003). «Характеристики микрофильтрационных мембран в системе реакторов периодического действия с мембранной связью». Вода Рес . 37 (5): 1192–1197. Бибкод : 2003WatRe..37.1192K . CiteSeerX 10.1.1.464.9473 . дои : 10.1016/s0043-1354(02)00534-1 . ПМИД 12553996 . .
^ Ле-Клех, П.; Фейн, А.; Лесли, Г.; Чилдресс, А. (июнь 2005 г.). «Фокус MBR: точка зрения оператора». Фильтрация и разделение . 42 (5): 20–23. дои : 10.1016/S0015-1882(05)70556-5 .
^ Ле-Клех, Пьер; Чен, Вики ; Фейн, Тони А.Г. (2006). «Загрязнение мембранных биореакторов, используемых при очистке сточных вод». Журнал мембранной науки . 284 (1–2): 17–53. дои : 10.1016/j.memsci.2006.08.019 .
^ Де Наполи, Илария Э.; Занетти, Элизабетта М.; Фрагомени, Джонатан; Джузио, Эрменегильдо; Ауденино, Альберто Л.; Катапано, Херардо (2014). «Транспортное моделирование биореакторов с половолоконными мембранами с усиленной конвекцией для терапевтического применения». Журнал мембранной науки . 471 : 347–361. дои : 10.1016/j.memsci.2014.08.026 .
^ Мустафа О.Мавукканди; Саманта МакБрайд; Дэвид Варсингер; Надир Дизге; Шади Хасан; Хасан Арафат (2020). «Методы нанесения тонких пленок полимерных мембран – обзор» . Журнал мембранной науки . 610 (1–2): 118258. doi : 10.1016/j.memsci.2020.118258 . S2CID 219428325 .
^ Лоулер, Уилл; Брэдфорд-Хартке, Зена; Крэн, Марлен Дж.; Герцог, Микель; Лесли, Грег; Ладевиг, Брэдли П.; Ле-Клех, Пьер (1 августа 2012 г.). «К новым возможностям повторного использования, переработки и утилизации использованных мембран обратного осмоса» . Опреснение . 299 : 103–112. Бибкод : 2012Desal.299..103L . doi : 10.1016/j.desal.2012.05.030 .
^ Раттанакул С. (2012) Управление концентратом и твердыми отходами наоборот. осмосные установки. Магистерская диссертация, Инженерия в области окружающей среды Инженерия и менеджмент, Школа Азиатского технологического института Окружающая среда, ресурсы и развитие, Таиланд.
^ Коутиньо де Паула, Э. и Амарал, MCS (2017). Продление жизненного цикла мембраны: обзор. Управление отходами и исследования, 35(5), 456-470. дои: 10.1177/
^ Ульд Мохамеду, Э.; Пенат Суарес, DB; Винс, Ф.; Джауэн, П.; Понти, М. (1 апреля 2010 г.). «Новая жизнь старым мембранам обратного осмоса (ОО)» . Опреснение . 253 (1–3): 62–70. Бибкод : 2010Дезал.253...62О . дои : 10.1016/j.desal.2009.11.032 .
^ Пеньяте, Бальтасар; Гарсиа-Родригес, Лурдес (4 января 2012 г.). «Современные тенденции и перспективы развития технологии опреснения морской воды обратным осмосом» . Опреснение . 284 : 1–8. Бибкод : 2012Desal.284....1P . дои : 10.1016/j.desal.2011.09.010 .
^ Jump up to: ^а ^б Коутиньо де Паула, Э. и Амарал, MCS (уже упоминалось), а также Лоулер, В., Брэдфорд-Хартке, З., Крэн, М.Дж., Дьюк, М., Лесли, Г., Ладевиг, Б.П. и Ле-Чен, П. . (уже упоминалось).
^ Джафарзаде Э., Кабири-Самани А., Мансурзаде С. и Бохлули А. (2021). Экспериментальное моделирование взаимодействия волн с затопленными гибкими насыпными волноломами. Труды Института инженеров-механиков, Часть M: Журнал инженерии морской среды, 235 (1), 127-141.
^ Хмиэль, Хорст (2006). Биотехнологическая инженерия: Введение в биотехнологическую инженерию (2-е изд.). Мюнхен: Эльзевир, Издательство Спектрум Акад, с. 279. ИСБН 978-3827416070 .

Библиография

Меткалф и Эдди. Технология очистки сточных вод, очистка и повторное использование . Книжная компания McGraw-Hill, Нью-Йорк. Четвертое издание, 2004 г.
Паула ван ден Бринк, Франк Вергельдт, Хенк Ван Ас, Арье Звейненбург, Харди Темминк, Марк К.Мван Лоосдрехт . «Возможность механической очистки мембран мембранного биореактора». Журнал мембрановедения . 429 , 2013. 259-267.
Саймон Джадд. Книга «Мембранный биореактор: Принципы и применение мембранных биореакторов для очистки воды и сточных вод» . Эльзевир, 2010.

[1] Малдер, Марсель (1996). Основные принципы мембранной технологии (2-е изд.). Клювер Академик: Спрингер. ISBN 978-0-7923-4248-9 .

[2] Черьян, М (1998). Справочник по ультрафильтрации и микрофильтрации . Ланкастер, Пенсильвания: echonomic Publishing Co., Inc.

[Improvement_Economics_Program-3] Jump up to: ^а ^б Мембраны на заводах по производству полиолефинов. Программа восстановления вентиляции и улучшения экономики . Интратек. 2012. ISBN 978-0615678917 . Архивировано из оригинала 13 мая 2013 г.

[Crites_and_Tchobangiglous_1998-4] Jump up to: ^а ^б Криты и Чобангиглус (1998). Малые и децентрализованные системы управления сточными водами . Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill.

[5] Чадха, Уткарш; Сельварадж, Сентил Кумаран; Вишак Тану, С.; Чолападат, Вишну; Авраам, Ашеш Мэтью; Зайян, Мохаммед; Маникандан, М; Парамасивам, Велмуруган (6 января 2022 г.). «Обзор функции использования углеродных наноматериалов в мембранной фильтрации для удаления загрязнений из сточных вод» . Материалы Research Express . 9 (1): 012003. Бибкод : 2022MRE.....9a2003C . дои : 10.1088/2053-1591/ac48b8 . S2CID 245810763 .

[6] Адам С., Ченг Р.К., Вуонг Д.С., Ваттье К.Л. (2003). «Двухступенчатый NF Лонг-Бич превосходит одноступенчатый SWRO». Повторное использование опреснительной воды . 13 :18–21.

[7] Альфонсин С., Лебреро Р., Эстрада Х.М. и др. (2015) Выбор удаления запаха технологии на очистных сооружениях: Руководство, основанное на жизни оценка цикла. Журнал экологического менеджмента 149: 77–84.

[8] Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2023). «Повышение проницаемости ультрафильтрационной мембраны и защиты от обрастания за счет поверхностного рисунка с элементами, напоминающими разделители подачи» . npj Чистая вода . 6 (1): 60. Бибкод : 2023npjCW...6...60I . дои : 10.1038/s41545-023-00277-3 .

[9] Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2023). «Критическая оценка мембран с поверхностным рисунком и их роль в развитии мембранных технологий» . АСУ ЭСиТ Вода . 3 (12): 3807–3834. doi : 10.1021/acsestwater.3c00564 .

[10] Ибрагим, Язан; Хилал, Нидал (2024). «Интеграция пористой и проницаемой поли(эфирсульфоновой) питающей прокладки на поверхности мембран посредством прямой 3D-печати» . ACS Прикладные инженерные материалы . 2 (4): 1094–1109. дои : 10.1021/acsaenm.4c00086 .

[11] Меткалф и Эдди (2004) Проектирование, очистка и повторное использование сточных вод, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк. Четвертое издание.

[12] Гарольд Г. Фравель-младший (28 апреля 2014 г.). «Понимание критической взаимосвязи между скоростью восстановления обратного осмоса и коэффициентами концентрации» . Американская ассоциация мембранных технологий (АМТА) . Проверено 15 мая 2015 г.

[13] Мата Г.К., Багчи С., Чжан К., Оертер Д.Б., Сайкалы П.Е. (октябрь 2017 г.). «Сообщества мембранных биопленок в полномасштабных мембранных биореакторах собраны не случайным образом и состоят из основного микробиома». Исследования воды . 123 (1): 124–133. Бибкод : 2017WatRe.123..124M . дои : 10.1016/j.watres.2017.06.052 . hdl : 10754/625148 . ПМИД 28658633 .

[14] Солнце, Ю; Хуанг, X.; Чен, Э; Вэнь, X. (2004). «Двухфункциональный мембранный биореактор фильтрации/аэрации для очистки бытовых сточных вод». Труды по водной среде. Мембранные технологии .

[15] Валлеро, МВГ; Леттинга, Г.; Объектив, ПНЛ (2005). «Высокоскоростное восстановление сульфатов в погружном анаэробном мембранном биореакторе (самбаре) при высокой солености». Журнал мембранной науки . 253 (1–2): 217–232. дои : 10.1016/j.memsci.2004.12.032 .

[16] И.-Ж. Канг; К.-Х. Ли; К.-Ж. Ким (2003). «Характеристики микрофильтрационных мембран в системе реакторов периодического действия с мембранной связью». Вода Рес . 37 (5): 1192–1197. Бибкод : 2003WatRe..37.1192K . CiteSeerX 10.1.1.464.9473 . дои : 10.1016/s0043-1354(02)00534-1 . ПМИД 12553996 . .

[17] Ле-Клех, П.; Фейн, А.; Лесли, Г.; Чилдресс, А. (июнь 2005 г.). «Фокус MBR: точка зрения оператора». Фильтрация и разделение . 42 (5): 20–23. дои : 10.1016/S0015-1882(05)70556-5 .

[18] Ле-Клех, Пьер; Чен, Вики ; Фейн, Тони А.Г. (2006). «Загрязнение мембранных биореакторов, используемых при очистке сточных вод». Журнал мембранной науки . 284 (1–2): 17–53. дои : 10.1016/j.memsci.2006.08.019 .

[19] Де Наполи, Илария Э.; Занетти, Элизабетта М.; Фрагомени, Джонатан; Джузио, Эрменегильдо; Ауденино, Альберто Л.; Катапано, Херардо (2014). «Транспортное моделирование биореакторов с половолоконными мембранами с усиленной конвекцией для терапевтического применения». Журнал мембранной науки . 471 : 347–361. дои : 10.1016/j.memsci.2014.08.026 .

[20] Мустафа О.Мавукканди; Саманта МакБрайд; Дэвид Варсингер; Надир Дизге; Шади Хасан; Хасан Арафат (2020). «Методы нанесения тонких пленок полимерных мембран – обзор» . Журнал мембранной науки . 610 (1–2): 118258. doi : 10.1016/j.memsci.2020.118258 . S2CID 219428325 .

[21] Лоулер, Уилл; Брэдфорд-Хартке, Зена; Крэн, Марлен Дж.; Герцог, Микель; Лесли, Грег; Ладевиг, Брэдли П.; Ле-Клех, Пьер (1 августа 2012 г.). «К новым возможностям повторного использования, переработки и утилизации использованных мембран обратного осмоса» . Опреснение . 299 : 103–112. Бибкод : 2012Desal.299..103L . doi : 10.1016/j.desal.2012.05.030 .

[22] Раттанакул С. (2012) Управление концентратом и твердыми отходами наоборот. осмосные установки. Магистерская диссертация, Инженерия в области окружающей среды Инженерия и менеджмент, Школа Азиатского технологического института Окружающая среда, ресурсы и развитие, Таиланд.

[23] Коутиньо де Паула, Э. и Амарал, MCS (2017). Продление жизненного цикла мембраны: обзор. Управление отходами и исследования, 35(5), 456-470. дои: 10.1177/

[24] Ульд Мохамеду, Э.; Пенат Суарес, DB; Винс, Ф.; Джауэн, П.; Понти, М. (1 апреля 2010 г.). «Новая жизнь старым мембранам обратного осмоса (ОО)» . Опреснение . 253 (1–3): 62–70. Бибкод : 2010Дезал.253...62О . дои : 10.1016/j.desal.2009.11.032 .

[25] Пеньяте, Бальтасар; Гарсиа-Родригес, Лурдес (4 января 2012 г.). «Современные тенденции и перспективы развития технологии опреснения морской воды обратным осмосом» . Опреснение . 284 : 1–8. Бибкод : 2012Desal.284....1P . дои : 10.1016/j.desal.2011.09.010 .

[ReferenceA-26] Jump up to: ^а ^б Коутиньо де Паула, Э. и Амарал, MCS (уже упоминалось), а также Лоулер, В., Брэдфорд-Хартке, З., Крэн, М.Дж., Дьюк, М., Лесли, Г., Ладевиг, Б.П. и Ле-Чен, П. . (уже упоминалось).

[27] Джафарзаде Э., Кабири-Самани А., Мансурзаде С. и Бохлули А. (2021). Экспериментальное моделирование взаимодействия волн с затопленными гибкими насыпными волноломами. Труды Института инженеров-механиков, Часть M: Журнал инженерии морской среды, 235 (1), 127-141.

[Chmiel2006-28] Хмиэль, Хорст (2006). Биотехнологическая инженерия: Введение в биотехнологическую инженерию (2-е изд.). Мюнхен: Эльзевир, Издательство Спектрум Акад, с. 279. ИСБН 978-3827416070 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]