Эффективность ультрафильтрационного разделения определя­ется конкретным сочетанием двух основных составляющих процесса — равновесной и неравновесной.

 

Что касается вклада равновесной составляющей, выражаемого через коэффициент распределения растворенного вещества между мембраной и раствором, то чем меньше его значение, тем при прочих равных условиях мембрана лучше задерживает данное растворенное вещество. В случае ультрафильтрационных мембран основной вклад в определение значения коэффициента распределения дают стерические ограничения, безусловно, с учетом важнейшей роли поверхностных свойств мембраны и растворенного вещества (гидрофильности, заряда, химической природы активных групп и т. д.).

 

Реализация неравновесной составляющей процесса (при помеще­нии ультрафильтрационной мембраны в систему, где существуют гра­диенты концентрации и давления по обе ее стороны) также имеет свои особенности по сравнению, например, с обратноосмотическими мемб­ранами. Такие особенности обусловлены высокой проницаемостью (сравнительно крупнопористых) ультрафильтрационных мембран и низкими коэффициентами диффузии макромолекул и коллоидов, ко­торые на несколько порядков ниже, чем таковые низкомолекулярных веществ. Поэтому обычно диффузионный перенос растворенного вещества пренебрежительно мал. Однако этими особенностями обу­словлено практически трудноустраняемое накопление растворенного высокомолекулярного вещества у поверхности ультрафильтрационных мембран, модифицирующего первоначальную их структуру и, обычно, в сторону ее ухудшения.

 

Следовательно, решение конкретной задачи ультрафильтрацион­ного разделения требует компромиссного решения, часто заключаю­щегося в необходимости использования менее проницаемой ультра­фильтрационной мембраны, но имеющей высокую степень монопорис­тости, определенный заряд поверхности или степень гидрофильности и т. д. Если в случае обратного осмоса при повышении задерживаю­щих свойств мембраны уменьшается ее проницаемость, то при ультра­фильтрации в зависимости от условий процесса эти показатели могут одновременно повышаться и снижаться.

 

С физико-химической точки зрения требование высоких значений проницаемости и задержания мембраны является принципиально не­выполнимым. Это частично разрешается созданием анизотропной структуры мембраны, в простейшем случае состоящей из двух слоев. Основные параметры разделения — задержание и производительность — определяются верхним активным слоем. Малая его толщина обуслов­ливает низкое общее гидродинамическое сопротивление потоку фильт­рата и, следовательно, высокую проницаемость. Изменяя коллоидно­химические свойства этого слоя (пористость, гидрофильность, заряд поверхности и т. д.), можно дополнительно регулировать его задер­жание и проницаемость.

 

Таким образом, на основании физико-химических представлений о массопереносе через мембраны можно сформулировать некоторые существенные требования к полупроницаемой мембране и наметить основные пути их реализации.

 

Высокие значения проницаемости и задержания — условия необ­ходимые, но недостаточные для практического использования полу­проницаемых, в частности, ультрафильтрационных мембран.

 

Одними из важнейших свойств мембран являются их механические характеристики, т. е. их способность выдерживать давления и особен­но неизбежные в практике гидравлические удары без существенного нарушения и изменения структуры. Прочность мембран обеспечивает­ся вторым, поддерживающим слоем, обладающим сравнительно круп­нопористой структурой и достаточно низким гидродинамическим соп­ротивлением потоку жидкости. Таким образом, анизотропная струк­тура мембран обеспечивает три основных свойства: высокие значения проницаемости, задержания и прочности.

 

Следующее важнейшее требование, предъявляемое к мембранам, — химическая устойчивость. Именно в этом заключается основной недостаток наиболее распространенных ацетатцеллюлозных мембран, поскольку их длительное функционирование наблюдается лишь в узком диапазоне pH (3-6), что исключает возможность использования подобных мембран для очистки многих сточных и природных вод, име­ющих сильно кислую или щелочную реакцию. Решение этой проблемы заключается в применении для формирования мембран полимеров, устойчивых в широкой области pH.

 

Не менее важна устойчивость мембран к действию окислителей, так как в некоторых случаях для эффективной и длительной их работы необходима предварительная подготовка поступающей воды, которая, как правило, включает стадию хлорирования или озонирования. Следует отметить, что при малых концентрациях хлора (менее 0,5 мг/л) постепенно разрушаются ацетатцеллюлозные и особенно полиамидные мембраны. Без хлорирования или озонирования на мембране об­разуются колонии микроорганизмов, которые ее разрушают. Решение данной проблемы возможно двумя путями: синтезом и применением мембран, устойчивых к действию активного хлора (однако стоимость таких мембран существенно выше). В процессе длительных испыта­ний мембраны подбирают такую дозу хлора, при которой она практи­чески не разрушается и эффективно подавляется развитие микрофлоры.

 

При фильтрации органических веществ мембраны могут частично в них растворяться или пластифицироваться, что предопределяет не­обходимость их выбора или даже синтеза для некоторых конкретных целей.

 

Существуют еще важные требования к мембранам, например, стабильность характеристик в процессе эксплуатации, пригодность к промышленному монтажу их в мембранные аппараты (элементы), устойчивость характеристик в течение длительного хранения и консервации и т. д.

 

Торговый дом "Оборудование Водоочистки" поставляет мембраны ультрафильтрации из широкого спектра материалов, которые находят применение как в частном секторе, так и в различных отраслях промышленности. На базе данных мембран наша компания также предлагает различные фильтры и модули ультрафильтрации заводского изготовления.

С использованием материала из монографии «Ультрафильтрация» (Брык М.Т., Цапюк Е.А.)