Ke koncentraci nebo čištění zředěných (vodných) roztoků se široce používají membránové procesy prováděné za působení tlakové ztráty nebo baromembránové procesy Baromembránové metody úpravy vody . Velikost částic nebo molekul, stejně jako chemické vlastnosti rozpuštěné látky, určují strukturu membrány, tedy velikost pórů, jejich velikostní distribuci, které jsou nutné k oddělení dané směsi. Různé membránové procesy mohou být klasifikovány podle velikosti částic rozpuštěné látky, které mají být separovány, a tedy podle struktury použitých membrán. Mezi tyto procesy patří: mikrofiltrace, ultrafiltrace a reverzní osmóza [1] . Filtrační spektrum lze nalézt zde [1]
Tyto baromembránové procesy a na nich založené membránové systémy jsou v současnosti široce používány v technologii úpravy a čištění vody pro průmyslové podniky, potřeby domácností, při výrobě nápojů a léčiv.
Mikrofiltrace je membránový proces, který se nejvíce blíží klasické filtraci. Velikost pórů mikrofiltračních membrán se pohybuje od 10 do 0,05 µm, což umožňuje použití procesu k separaci částic suspenzí a emulzí.
Ultrafiltrace je membránový proces, který svou povahou zaujímá mezipolohu mezi reverzní osmózou a mikrofiltrací. Velikost pórů ultrafiltračních membrán se pohybuje od 0,05 µm (hranice minimální velikosti pórů u mikrofiltračních membrán) do 1 nm (hranice maximální velikosti pórů v membránách pro reverzní osmózu). Typickou aplikací ultrafiltrace je separace makromolekulárních složek z roztoku, přičemž spodní hranice separovaných rozpuštěných látek odpovídá molekulovým hmotnostem několika tisíc.
K separaci rozpuštěných látek s molekulovou hmotností od několika stovek do několika tisíc se používá proces mezi ultrafiltrací a reverzní osmózou, který se nazývá nanofiltrace . Jako každý baromembránový proces separace kapalin je nanofiltrace charakterizována absencí fázových přechodů a může být prováděna při nízkých teplotách.
Reverzní osmóza se používá, když je třeba oddělit rozpuštěné látky s nízkou molekulovou hmotností, jako jsou anorganické soli nebo organické molekuly, jako je glukóza, od rozpouštědla. Rozdíl od mikrofiltrace a ultrafiltrace je určen velikostí rozpuštěných částic. Proto jsou zapotřebí hustší membrány s mnohem větším hydrodynamickým odporem.
Podmínky pro použití reverzní osmózy Níže jsou uvedeny orientační ukazatele, které musí splňovat zdrojová voda dodávaná na membrány reverzní osmózy:
2-3 g/l, ekonomický výkon zařízení se zhoršuje;
V současné době jsou na chemické úpravně vody a úpravny kondenzátu pro petrochemické a ropné rafinérie OAO TANECO [2] společně s LLC NPF EITEK [3] a OAO VNIIAM [4] zaváděny baromembránové procesy (ultrafiltrace a reverzní osmóza) . Zařízení na reverzní osmózu jsou také úspěšně provozována ve společnosti Concern Stirol OJSC (Ukrajina) [5] (nedostupný odkaz)
Na zařízení pro realizaci baromembránových procesů v průmyslovém měřítku se vztahují požadavky dané možností jejich výroby a provozními podmínkami. Existují následující typy membránových zařízení:
Zařízení pro provádění procesů s tlakovou membránou by mělo mít velký povrch membrány na jednotku objemu zařízení a mělo by být snadné sestavit a nainstalovat kvůli nutnosti periodické výměny membrán [2] .
Vytvořit aparát, který by plně vyhovoval všem požadavkům, je zřejmě nemožné. Proto by měl být pro každý specifický separační proces vybrán takový návrh, který poskytuje nejpříznivější podmínky pro provádění tohoto konkrétního procesu.
Zvláštní pozornost by měla být věnována také mobilním úpravnám vody používaným v nouzových situacích nebo v podmínkách, kdy není možné vytvořit komplex úpraven vody, například na těžko dostupných místech.
Ruský trh představují především systémy úpravy vody pro chaty, průmysl a domácí potřeby, které jsou provozovány ve stacionárním režimu [6] , [7] , [8] . Některé ústavy, jako např. JSC VNIIAM [9] , zároveň vyvíjejí mobilní stanice na úpravu vody pro pilotní zkoušky přímo na čistírnách i pro vojenské potřeby.
Otázka použití membrány nebo jiného separačního procesu k řešení specifického problému [10] , [11] separace směsi je zcela založena na ekonomických úvahách [4] . Náklady na instalaci jsou určeny dvěma příspěvky: kapitálovou investicí a provozními náklady. Kapitálovou investici, tedy náklady na instalaci, lze rozdělit do tří částí – náklady na 1) membránové moduly, 2) potrubí, čerpadla, elektroniku, nádrže a 3) jednotky předzpracování a následného zpracování.
Pro výpočet nákladů na litr, krychlový metr nebo kilogram produktu se předpokládá, že k odpisům zařízení postaveného na kapitálových investicích dochází po určité období, které se často považuje za 10 let. Během této doby musí být zaplacen úrok z investice. Naproti tomu provozní náklady se dělí na 1) spotřebu energie, 2) výměnu membrány a 3) platy zaměstnanců atp.