Техника - молодёжи 1986-08, страница 12

разной консистенции. Нет — потому, что механизм действия здесь иной.

Обычный фильтр подобен рыбацкой сети: мелкая рыбешка уходит с водой через ячейки, а крупная рыба остается. Но представим такую ситуацию: улов из сети не вынули и ее снова закинули в водоем. Допустим при этом, что пойманная рыба почти неподвижна, а у невода есть борта, за которые ее не смывает потоком воды. Будет эффективным второй заброс?

И да, и нет. Да — потому, что общий улов станет больше. Нет — потому, что забитые рыбой первого улова ячейки * воду пропустят, а мальков нет. Улов растет, а качество его падает. И наконец наступит такой момент, когда невод столь засорится, что и воду пропускать не будет. Выходит, фильтры (невод в данном случае мы рассматриваем лишь как его модель) необходимо периодически очищать от забившего, лишившего их работоспособности осадка.

Одним из главных достоинств мембранных фильтров в том, что они незабиваемые. Мембрана в отличие от фильтра разделяет поток на две составляющих, одна из которых проходит через нее, а вторая уносит вещество от полупроницаемой перегородки. На мембране и возле нее происходят процессы молекулярного уровня, механизм которых разительно отличается от механизма макроскопических явлений, происходящих при обычной фильтрации.

ВСЕМОГУЩИЙ ГРАДИЕНТ

Вопрос о движущих силах мембранных процессов первостепенно важен. Они могут быть разными: градиенты (перепады) давления, температуры, электрического и химического потенциала, возникающие по обе стороны мембраны. Для практики наиболее важны баро-мембранные процессы, в которых действующее начало — градиент давления. К ним относятся микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос. Последний очень широко используется в тех странах, где проблема опреснения засоленных вод стала жизненно важной. Опреснительные установки, действующие по этом принципу, ежесуточно дают населению нашей планеты около миллиона кубометров полноценной пресной воды, а к концу столетия ее количество уве

личится до двадцати миллионов...

В нашей стране, обладающей наибольшими водными ресурсами (один Байкал чего стоит!), проблема опреснения стоит не так остро. Это одна из причин, по которым наибольшее распространение пока получили процессы микрофильтрации. Материалами для микрофильтров отечественная химическая промышленность надежно снабжает все заинтересованные отрасли. Есть и резервы. Основной производитель таких материалов — известное всей стране производственное объединение «ТАСМА» в Казани.

Механизмы процессов переноса, происходящих в любых баромем-бранных аппаратах, достаточно близки. Так что без особой натяжки можно утверждать, что мембраны для ультрафильтрации, микрофильтрации и обратного осмоса отличаются прежде всего размерами образованных в них микропор. Мембраны для микрофильтрации, как ни парадоксально это звучит, самые макропористые из трех. Они задерживают частицы, размеры которых измеряются сотнями и тысячами ангстрем, например, бактерии, твердые компоненты тончайших (от 0,02 до 10 мкм) взвесей и эмульсий.

Ультрафильтрация — это, по выражению одного из родителей и радетелей мембранных технологий, профессора Ю. И. Дытнерского, в действительности ультрамикро-фильтрация. У таких мембран размеры невидимых пор от десятка до 200 ангстрем (0,001—0,02 мкм). Они позволяют отделить высокомолекулярные примеси, например молекулы белков, от низкомолекулярных соединений. Такие процессы уже применяются в медицинской промышленности для выработки небольших пока партий особо чистых медицинских препаратов. Большие перспективы у этих процессов во многих отраслях биотехнологии.

Наконец, обратный осмос (диаметр пор от 1 до 10 ангстрем) позволяет очищать растворы от солей, диссоциированных в виде отдельных ионов Обратным осмосом получается сверхчистая вода для электронной промышленности, и эта отрасль планирует широко использовать обратноосмотические мембраны для этой цели

Особое положение занимают мембраны для разделения газов. Еще в 1968 году член-корреспон

дент АН СССР Н. С. Наметкин с сотрудниками получил кремний-органический полимер под названием поливинилтриметилсилан, из которого были сделаны газоразделительные мембраны. Когда воздух проходил через них, он обогащался кислородом практически вдвое — до 40%. При этом энергозатраты на мембранных полупромышленных установках оказывались в полтора раза меньше, чем на лучших классических криогенах, предназначенных для обогащения воздуха кислородом до той же концентрации. А ведь богатый кислородом воздух необходим и в медицине, и в промышленности, например, для более эффективного обезвреживания сточных вод. Нужен и воздух, в котором содержание кислорода сведено к минимуму,— для складов легко воспламеняющихся веществ, а также для лучшего сохранения фруктов и овощей.

Одна из самых первых газоразделительных установок, сделанных в подмосковном НПО Криогенмаш, стала работать в хранилище знаменитых алма-атииских яблок. В результате нежнейшие плоды, которые раньше, в обычной воздушной среде, даже при пониженной температуре и достаточной вентиляции хранились всего два-три месяца, «доживали» до лета.

Еще эффективнее мембранное разделение газов, сильно отличающихся по молекулярным массам, в частности, выделение из газовых смесей водорода и гелия Мембранные аппараты для концентрирования водорода из отходов аммиачного производства уже работают, например, в гродненском производственном объединении «Азот».

Итак, баромембранные процессы, в которых движущей силой является градиент давления, сегодня самые распространенные. Но не единственно возможные. Ученые установили, например, что электрическое поле может сделать процессы обратного осмоса более эффективными и селективными. При этом проницаемость мембран для одних ионов заметно возрастает, для других же, напротив, снижается. Электроосмофильтрация, теоретические основы которой заложены сотрудниками Московского хими-ко-технологического института имени Д. И. Менделеева, позволяет эффективно, практически полностью разделять в мембранных аппаратах одноименно заряженные ионы.

10