Теперь мы можем обозначить вторую товарную группу – рулонные мембранные модули для обратного осмоса на основе плоской полимерной мембраны в следующей номенклатуре:

- диаметр модуля 200 мм (8”), длина 1000 мм (40”), площадь мембран 45 м², рабочая площадь 40 м²;

- диаметр модуля 100 мм (4”), длина 1000 мм (40”), площадь мембран 10 м², рабочая площадь 8 м²;

- диаметр модуля 60 мм (2,5”), длина 1000 мм (40”), площадь мембран 3,5 м², рабочая площадь 3,0 м².

Спрос у пользователей имеют все три типоразмера модулей в связи с тем, что, во-первых, модули средние и малые нужны для мембранных установок небольшой производительности; во-вторых, в зависимости от требований Заказчика приходится разрабатывать многоступенчатые, каскадные, циклические и многостадийные технологические схемы, где необходимо использовать модули разного размера.

3.3. Мембраны для нанофильтрации.

Термин «нанофильтрация» появился сравнительно недавно, и формально он относится к промежуточному между обратным осмосом и ультрафильтрацией диапазону размера пор - 4-10 нм. Очевидно, что поры такого размера будут плохо задерживать соль NaCl – всего лишь на 20-60%. Но этого от них и не требуется, потому что главное назначение мембран для нанофильтрации – максимально задержать соли жесткости (СаСО₃ и MgSO₄) и другие большие ионы и молекулы, а NaCl оставить в пермеате. Этого достигают некоторыми изменениями в технологии мембран, а поскольку они близки к мембранам для обратного осмоса, здесь справедливы все предыдущие рассуждения.

Действительно, до появления на рынке мембран для нанофильтрации из керамики или графита еще весьма далеко, поэтому из нанофильтрационных полимерных листовых мембран изготавливают рулонные мембранные модули той же конфигурации, что и в случае обратного осмоса. Применение их достаточно широко, особенно в тех случаях, когда необходимо очищать водные растворы, содержащие малые количества солей Na и К, но много загрязнений с большой молекулярной массой. Рулонные мембранные модули на базе нанофильтрационных мембран также входят во вторую товарную группу.

3.4. Мембраны для ультрафильтрации.

Именно в этом секторе наблюдается основное разнообразие мембран – и по материалам, и по геометрическим формам. Это объясняется весьма широким спектром применения УФ мембран и в качестве основного, и в качестве вспомогательного предварительного метода очистки. Объектами приложения ультрафильтрации являются не только вода различного происхождения, но и химические, пищевые, биологические жидкости, различные промышленные и коммунальные стоки.

3.4.1. УФ мембраны листовые полимерные.

Процесс ультрафильтрации требует повышенных скоростей разделяемой жидкости над мембраной, что приводит и к соответствующим конструктивным решениям для мембранных модулей. Долгое время оптимальными считались модули с плоскими мембранами круглой или прямоугольной формы, поскольку в них легко создать необходимые скоростные режимы. Но большая трудоемкость их изготовления и невысокая компактность постепенно привели к вытеснению их с рынка. Предпочтение было отдано тем же рулонным модулям с небольшими изменениями в конструкции: величина межмембранного зазора, т.е. расстояние между витками увеличено в 1,5-2,0 раза по сравнению с модулями для обратного осмоса. Это привело к тому, что в стандартных по габаритам модулях площадь мембран уменьшилась до 30 м², рабочая площадь – до 25 м², в модулях 8″, соответственно до 8 м² и 7 м² в модулях 4″.

УФ рулонные мембранные модули составляют часть второй товарной группы.

Листовые УФ мембраны в виде мембранных модулей станут основным товаром в сегментах очистка сточных вод и использование в основной технологии продуктов, если будет произведен НИОКР для заказчиков. Потенциал рынка велик.

3.4.2. УФ мембраны капиллярные полимерные.

В настоящее время полимерные капиллярные УФ мембраны переживают второе рождение в связи с развитием концепции «Мембранный биореактор». Такие свойства полимерных капилляров, как гибкость, способность выдерживать внутреннее разрежение и очень высокая компактность, позволили им занять ведущее положение в этом секторе рынка. Мембранные модули биореактора имеют значительные конструктивные отличия от всех других модулей напорного типа, и прежде всего, отсутствием корпуса мембранного аппарата (рис.11).

Рис.11. Общий вид капиллярного мембранного модуля погружного типа.

У разных производителей модули различаются количеством капилляров и, соответственно, рабочей площадью фильтрования. Принципиального значения это не имеет, поскольку технологические схемы установок на базе этих модулей достаточно просты. Различия в габаритах скорее обусловлены особенностями монтажных работ при замене и регенерации модулей.

Таким образом, капиллярные модули погружного типа на основе УФ-мембран составляют третью товарную группу.

Вместе с тем не ушли с рынка и традиционные УФ-капилляры с мембранным внутренним слоем. Они применяются и в основных стадиях разделения, и во вспомогательных в качестве предварительной очистки перед обратным осмосом. В последние годы появился такой уникальный продукт, как многоканальные полимерные капилляры, что повысило механическую прочность, и, соответственно, надежность таких мембранных модулей. Именно это обстоятельство вызывало негативное отношение покупателей. Традиционные капиллярные модули для напорного фильтрования составляют 4 товарную группу.

3.4.3. УФ мембраны трубчатые полимерные.

Мембраны такого типа формируются непосредственно в модулях, заранее изготовленных в виде блока из 7-ми трубок с двумя торцевыми пробками (рис.12)

Рис.12. Трубчатые полимерные мембраны.

Эти модули отличаются наименьшей компактностью, однако с рынка не уходят по причине возможности разделения в них вязких и содержащих гетерогенные частицы жидкостей. При диаметре трубки 8-15 мм и длине 2 м модули обладают самым низким гидравлическим сопротивлением, чем и вызван интерес к ним. Они формируют 5 товарную группу на мембранном рынке.

3.4.4. УФ-мембраны керамические.

Основным характеристическим свойством керамических изделий, в том числе и мембран, является хрупкость, т.е. неспособность к деформации под действием внешних сил. Поэтому керамические мембраны изготавливают исключительно трубчатой формы, которая наиболее приспособлена для воздействия давления. Для увеличения компактности (рабочей площади в единице объема) мембранные керамические модули изготавливают в виде многоканальных трубчатых блоков, пример которых представлен на рис.13.

Рис.13. Мембранные керамические модули.

Стандартная длина блоков – 800-1000 мм, форма и диаметр каналов могут быть различными у разных производителей. Они составят 6 товарную группу рынка.

3.5. Мембраны для микрофильтрации.

Микрофильтрация – промежуточный процесс между мембранным разделением и обычной фильтрацией. Очень тонкая очистка жидкостей от взвешенных и коллоидных частиц чаще является подготовительной стадией перед собственно мембранным разделением, но у МФ имеются и свои ниши применения. Спрос на МФ мембраны достаточно высок.

3.5.1. МФ-мембраны листовые полимерные.

Листовые полимерные МФ-мембраны – это единственный мембранный продукт, имеющий спрос на рынке не в виде модулей, а в чистом виде. Объясняется это использованием мембран в химическом и микро-биологическом анализе, диагностической медицине и при изготовлении электронных микросхем. В последнем случае мембраны используются для финишной доочистки воды непосредственно перед ее употреблением в производстве микросхем. Для диагностики производители мембран обычно нарезают их дисками различного диаметра и упаковывают в специальные пластиковые контейнеры. В силу специфики использования эти мембраны выделены в 7 товарную группу.

Мембранные модули на основе плоских МФ-мембран изготавливают двух типов. Первый – это стандартные рулонные модули, аналогичные модулям из УФ-мембран. Второй – это модули патронного типа, которые работают в так называемом тупиковом режиме, т.е. без отбора концентрата. Периодически эти модули подвергаются регенерации обратным током пермеата, а в некоторых случаях используются без регенерации, т.е. после накопления осадка полностью заменяются. Конструкция патронных модулей представлена на рис.14.

Рис.14. Патронный модуль

Эти изделия составят 8 товарную группу.

3.5.2. МФ-мембраны капиллярные полимерные.

Все вышесказанное о капиллярных УФ-мембранах относится и к классу микрофильтрации. Естественно, несколько различаются области применения, но незначительно, поскольку в процессе эксплуатации МФ-мембрана постепенно необратимо забивается адсорбирующимся на ее поверхности и в порах коллоидными и высокомолекулярными веществами и фактически превращается в ультрафильтрационную мембрану.

Мембранные капиллярные МФ-модули имеют те же конструктивные решения и входят в 8 товарную группу.

3.5.3. МФ-мембраны керамические.

Микрофильтрационная мембрана отличается от УФ-мембраны только размером пор и является промежуточным продуктом при изготовлении последних. Во всем остальном керамические модули МФ-мембран являются полными аналогами УФ-мембран и образуют вместе с УФ-мембранами из керамики 6 товарную группу.

3.6. Другие мембраны.

3.6.1. Мембраны графитовые для ультра- и микрофильтрации.

Появление на рынке УФ и МФ-мембран из графита в виде таких же многоканальных трубчатых модулей, как и из керамики, состоялось около 15 лет назад, но они оказались быстро вытесненными, поскольку при схожих технологических параметрах были заметно дороже. Далее возникла идея композиционных мембран, т.е. сочетания слоев керамики и графита. Такие мембраны продержались на рынке некоторое время, затем графит как композиционный материал для мембран окончательно исчез.

3.6.2. Мембраны керамические листовые.

Этот уникальный продукт с торговой маркой Trumem^TM был разработан и освоен в России. Имеется линия по его выпуску, однако из-за высокой цены и сложности изготовления модулей из этих мембран спрос на них отсутствует. Технологические параметры мембран Trumem аналогичны параметрам обычных керамических мембран. Ведутся разработки по использованию их в топливных элементах, но для реального рынка дело дойдет не скоро.

3.6.3. Мембраны для первапорации полимерные.

Мембранный процесс первапорации изучен достаточно хорошо и известен давно, но заметного применения в промышленности пока не нашел. Для первапорации необходимы диффузионные (непористые) мембраны только из полимеров. Учитывать их при исследовании рынка пока рано.

4. Раздел 4. Краткое описание технологии полупроницаемых мембран и мембранных модулей.

4.1. Полимерные листовые мембраны и мембранные модули на их основе.

Полимерная полупроницаемая мембрана представляет собой анизотропную, т.е. разноплотную по толщине, пористую пленку, выполненную в виде пластины или трубки. Анизотропия является важнейшим свойством мембраны, обеспечивающим ее высокую удельную производительность. При анизотропии в мембране существует тонкий плотный поверхностный слой (h = 20 – 100 нм), собственно и придающий ей полупроницаемые свойства, т.е. способность пропускать одни вещества и задерживать другие. Этот слой называется разделительным или активным, а весь находящийся под активным слоем объем мембраны называется суппорт и служит основой для обеспечения целостности мембраны и дренажем для отвода проникшего через активный слой пермеата.

Активный слой может быть сформирован одновременно с суппортом с использованием специальных технологических приемов («мокрый» и «сухой» методы изготовления мембран), но может изготавливаться отдельно от суппорта, а затем совмещаться с ним (композиционные мембраны).

Класс мембраны, т.е. ее назначение для конкретного баромембранного процесса, определяется размером пор в активном слое. Этот параметр задается и регулируется в процессе изготовления мембраны. Основными потребительскими свойствами мембраны являются удельная производительность (л/м²час) и задерживающая способность (доля задержанного растворенного вещества). Первое свойство определяется размером пор и их количеством на единице площади мембраны (пористостью). Второе свойство обусловлено размером пор и характером их распределения (чем уже кривая распределения пор по размеру, тем выше качество мембраны). Важным свойством является также механическая прочность мембраны, которая обеспечивается введением в слой суппорта армирующего материала (мембрана на подложке). Наконец, к потребительским свойствам относится химическая стойкость, обуславливающая общий ресурс работы мембраны. Химическая стойкость определяется природой полимера, из которого изготавливают мембрану.