Jeszcze parę lat temu metody membranowe stosowano w wyjątkowych sytuacja i traktowano je jako drogie rozwiązanie. Obecnie jest to powszechnie stosowane rozwiązanie i staje się coraz tańsze. W wielu poszczególnych przypadkach staje się rozwiązaniem bardziej ekonomicznym od metod powszechnie stosowanych jeszcze niedawno.
Dokładność filtracji
Membrana jest półprzepuszczalną cienką przegrodą, zazwyczaj o grubości 0,05 – 2 mm. Można ją zdefiniować jako selektywną barierę oddzielającą dwie fazy o różnym stężeniu. Pozwala ona na oddzielenie niektórych składników roztworu. Jest to możliwe ponieważ membrana stawia selektywny opór składnikom cieczy.
Filtrowanie wody przez membranę pozwala na usuwanie jonów, makrocząsteczek organicznych takich jak np. substancje humusowe, bakterii oraz wirusów. Opracowano wiele metod membranowych, które znalazły zastosowanie w przemyśle, a obecnie również wkraczają do gospodarstw domowych.
Metody membranowe
Z metod membranowych stosowanych przy uzdatnianiu wody można wyróżnić: mikrofiltrację, ultrafiltrację, nanowifltrację, odwróconą osmozę oraz elektrodializę. Mechanizm działania opierają się o tą samą zasadę ale różnią się od siebie w poszczególnych rozwiązaniach.
Typowe metody filtracyjne pozwalaną na zatrzymanie cząsteczek rzędu 1-1000µm, metody membranowe usuwają zanieczyszczenia na poziomie molekularnym. Odwrócona osmoza pozwala na usuwanie zanieczyszczeni na poziomie 0,001-0,01 µm. Aby zapewnić wydajną prace membrany należy ją dostosować do wielkości cząsteczek jakie mają być usuwane, dlatego należy usunąć wcześniej większe cząsteczki na drodze klasycznej filtracji.
Jak działa odwrócona osmoza
Siłą napędową mikrofiltracji jest różnica ciśnień po obu stronach membrany i działa w oparciu o mechanizm sitowy. Ultrafiltracja i nanofiltracja wykorzystuje mechanizm dyfuzyjno-sitowy. Siłą napędową odwróconej osmozy jest ciśnienie większe od ciśnienia osmotycznego i polega na dyfuzji rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną membranę.
Osmoza jest zjawiskiem, które zachodzi pod wpływem gradientu stężeń między dwoma roztworami o różnym stężeniu oddzielonymi półprzepuszczalną membraną. W naturalnych warunkach następuje przepływ przez membranę rozpuszczalnik z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o większym stężeniu, aż do wyrównania potencjału chemicznego.
Jeśli zadziałamy ciśnieniem większym od ciśnienia osmotycznego na roztwór bardziej stężony rozpuszczalnik zacznie przechodzi przez membranę do roztworu o mniejszym stężeniu. Następuję sytuacja odwrotna do naturalnej osmozy i nazywamy takie zjawisko odwróconą osmozą.
Ciśnieniem osmotycznym nazywamy takie ciśnienie zewnętrzne, które równoważy przepływ osmotyczny w układzie roztwór bardziej stężony-membrana -roztwór mniej stężony. Ciśnienie osmotyczne jest charakterystyczne dla danego roztworu i niezależne od membrany.
Membrany używane przy odwróconej osmozie są hydrofilne, dzięki temu cząsteczki wody są przez nie przyciągane i mogą wiązać się z polimerem, z którego wytworzona jest membrana. Pozwala to na zachodzenie dyfuzji wewnątrz i na zewnątrz membrany. Dyfuzji ulega również sole rozpuszczone w wodzie ale w zacznie mniejszym stopniu.
Wykorzystanie odwróconej osmozy
Metody membranowe stosowane są nie tylko przy uzdatnianiu wody, może znaleźć dla niech zastosowanie przy wzbogacaniu uranu, odzyskiwaniu barwników w przemyśle farbiarskim, odzyskiwanie protein, a nawet odzyskiwanie metali szlachetnych. W przemyśle spożywczym wykorzystuje się je zatężania soków owocowych oraz do produkcji serów w przemyśle mleczarskim.
Żywotność membrany osmotycznej
Żywotność membran zależą od jakości wody. Zanieczyszczenie obecne w wodzie i osadzające się na membranie skracają ich czas działania. Do najczęstszych zanieczyszczeń membran można zaliczyć kamień (węglan wapnia, siarczan wapnia, sole krzemu, strontu i baru. Tlenki metali żelaza i manganu, zbyt duże cząstki substancje koloidalne oraz zanieczyszczenia biologiczne.
