Нанофильтрация

Нанофильтрация получила свое название от нанометра (размеры пор в мембране от 1 до 10 нм или 0,001 - 0,01 мкм), рабочее давление от 3,0 до 20,0 атм) используется для отделения частиц красителей, пестицидов, гербицидов, сахарозы, некоторых растворенных солей, органических веществ и вирусов.


микрофотография нанофильтрационной мембраны


Нанофильтрация воды отличается от ультрафильтрации тем, что отверстия-поры в мембране нанофильтрации меньше в 10-50 раз, чем в мембране ультрафильтрации. Давление, требуемое для хорошей нанофильтрации выше в 2-3 раза (минимум 3 атм.), чем для ультрафильтрации (не говоря уже о микрофильтрации). Cпектр размеров удаляемых частиц можно узнать из таблицы.


Нанофильтрация



ПромышленностьПрименение
Химический синтез и фармацевтика
  • Восстановление растворителей
  • Подготовка воды
Нефтяная промышленность и нефтехимия
  • Удаление смолы
  • Очистка газовых конденсатов
Общая химическая промышленность
  • Очистка продуктов синтеза
  • Восстановление гомогенных катализаторов

Натуральные эфирные масла и аналогичные продукты
  • Фрационирование экстрактов
  • Обогащение экстрактов

Медицина
  • Возможность извлечения липидов и аминокислот из крови


Нанофильтрация и обратный осмос - баромембранные процессы, очень близкие по механизму разделения, схеме организации, типам мембран и применяемому оборудованию.


Для нанофильтрации используются мембранные рулонные элементы. Режим фильтрации, как правило, тангенциальный (постоянное омывание мембраны исходным потоком для обеспечения непрерывного смыва задерживаемых на мембране загрязнений). Как правило, нанофильтрационные мембраны имеют высокий отрицательный заряд.


Итак, технология нанофильтрации воды позволяет практически полностью удалить из воды крупные частицы и ионы. Например:


- кальций, магний (обеспечивая глубокое умягчение воды на 50-80%);
- свинец, медь, ртуть и прочие тяжёлые металлы;
- марганец, железо;

- фосфаты, частично нитраты;
- пестициды и гербициды;

- органические вещества с молекулярной массой 200 - 500 Да;
- снижает цветность воды (на 70-95%).

Умягчение воды с применением нанофильтрационной мембраны:


ИонКонцентрация в исходной воде, мг/лОчистка, %
Кальций (Са 2+)9086
Магний (Mg 2+)292
Натрий (Na+)1950
Гидрокарбонат (HCO3-)27084
Сульфат (SO4 2-)655


Нанофильтрация может считаться идеальной технологией для получения питьевой воды практически из любых источников (за исключением морской воды). Вода после нанофильтрации более пригодна для питьевых целей, чем после обратного осмоса.


Селективность нанофильтрационных мембран к катионам Са 2+ и Mg 2+ отличается в зависимости от состава воды. В любом случае, степень очистки от солей жесткости ниже, чем при очистке обратным осмосом. Важно отметить, что селективность нанофильтрационных мембран проявляется в основном в отношении анионов. Поэтому, например, селективность по сульфату калия может быть выше, чем по хлориду кальция.


Поскольку в очищенной воде отсутствуют бактерии и вирусы, микрозагрязнения и органические соединения, имеется возможность сокращения дозы хлора при дезинфекции.


промышленная установка нанофильтрации


Эффективность очистки воды от различных примесей при использовании нанофильтрации показана в таблице:


Наименование компонента, мг/лИсходная водаФильтрат
Хлориды6422
Сульфаты208
Солесодержание396134
Общий органический углерод15,41,5
Щелочность28385
Жесткость карбонатная28422
Жесткость общая31624
Цветность, градусы382


Приведенный выше ряд свойств нанофильтрационных мембран, позволяет потребителям применять рациональные технические и экономически выгодные решения при проектировании и внедрении мембран для решения нужд питьевого водоснабжения, а также смежных областей.


На сегодняшний день разработаны, производятся и успешно эксплуатируются следующие нанофильтрационные установки:


  1. высокоселективное удаление общего органического углерода и пестицидов без резкого изменения состава воды;
  2. глубокое удаление органики с одновременной коррекцией солевого состава воды;
  3. умягчение воды путем селективного удаления поливалентных ионов;
  4. предварительная обработка морской воды перед ее опреснением на обратноосмотичесиких установках;
  5. обработка жидких сред в медицинской и пищевой промышленности (молочная сыворотка, соки, пиво, вино);
  6. очистка, переработка и повторное использование стоков, которые образуются в результате промышленной и хозяйственно-бытовой деятельности человека.


Фактором, который сдерживает широкое внедрение нанофильтрационных мембран в практику водоочистки и водоподготовки, остается сложность с прогнозированием в реальных условиях эксплуатации солевого состава фильтрата и необходимость проведения пилотных испытаний на стадии проектирования промышленной установки для предоставления гарантий заказчику и потребителю.


Если статья была полезной для Вас - поделитесь с друзьями и коллегами. Нам будет приятно, а другим читателям полезно и интересно. Спасибо.