Борьба с концентрационной поляризацией

Для этого кроме повышения скорости потока над мембраной используют следующие приемы:

- предварительная обработка раствора (создание подходящей температуры, рН, ионной силы);

- предварительная фильтрация через мембрану определенных растворов полимеров, создающих на поверхности мембраны слой, препятствующий осаждению растворенного вещества на поверхности мембраны;

- покрытие мембраны ферментом, способствующим разжижению геля;

- создание на поверхности мембраны отрицательно заряженных ионогенных групп, предотвращающих осаждение белков;

- гидрофилизация мембраны полиэтиленгликолем;

- очистка мембраны.

Последний прием (очистка мембраны) осуществляется:

- легким обратным потоком жидкости (для больших потоков операция рискованна, так как может быть нарушена целостность мембраны);

- пузырями пены;

- биологическими детергентами (например, сывороткой);

- раствором щавелевой кислоты (для жирных стоков);

- раствором пероксида водорода (для белков);

- раствором гипохлорита калия;

- добавлением в поток порошков, имеющих легкое абразивное действие на мембрану (тоже есть опасность «царапания» мембран, снижающего их долговечность).

Конструктивное оформление ультрафильтрационных систем реализуется в следующих вариантах:

- трубчатые (с диаметром трубок 6 - 25 мм) могут развивать плотность упаковки (поверхность фильтрования на единицу объема) 60 - 200 м²/м³;

- плоскорамные – 60 - 300 м²/м³;

- рулонные – 300 - 800 м²/м³;

- с полыми волокнами (капилляры диаметром 20 - 100 мкм и толщиной стенки 10 – 50 мкм) - до 30 000 м²/м3. Недостаток - трудность замены поврежденных волокон.

Общая оценка процессов ультрафильтрации

Преимущества:

- мягкие технологические режимы. Нет перехода выделяемого вещества ни в жидкую органическую фазу, ни в твердую;

- возможность одновременно осуществлять очистку и концентрирование растворов;

- мембранные установки не имеют движущихся элементов, невелики по габаритам;

- из-за несжимаемости жидкостей энергетические затраты малы.

Недостатки:

- необходимость тщательной подготовки и очистки растворов;

- наличие концентрационной поляризации;

- значительные объемы пермеатов, требующих утилизации или очистки;

- трудности эксплуатации мембранных элементов в течение длительного времени без нарушения их целостности.

Обратный осмос

Процесс обратного осмоса представляет собой фильтрование раствора через мембраны с порами меньшего по сравнению с ультрафильтрацией диаметра (до 0,5 нм). При этом со стороны раствора должно быть приложено давление более высокое, чем осмотическое давление, обычно до 7 - 10 МПа.

Обратный осмос используют либо для концентрирования растворов биологически активных веществ, либо для получения чистого растворителя (например, для опреснения воды). Несмотря на влияние перепада давления на скорость процесса, в обратном осмосе разделяются молекулы растворителя и растворенного вещества, близкие по размеру. Здесь срабатывает не эффект пористой мембраны, а растворение в мембране и затем выделение из нее растворенного вещества. Иначе говоря, здесь важна различная растворимость вещества и растворителя в мембране и различная диффузия, создающая концентрационный градиент растворителя.

Для обратного осмоса выпускают различные мембраны, среди них:

- для обессоливания (молекулярная масса растворенных веществ более 150);

- для нанофильтрации (лактоза, фармацевтические препараты, красители), молекулярная масса задерживаемых веществ более 220.