Para concentrar o purificar soluciones diluidas (acuosas), se utilizan ampliamente los procesos de membrana llevados a cabo bajo la acción de una caída de presión o los procesos de baromembrana Métodos de baromembrana de tratamiento de agua . El tamaño de las partículas o moléculas, así como las propiedades químicas del soluto, determinan la estructura de la membrana, es decir, el tamaño de los poros, su distribución de tamaño, que son necesarios para separar una mezcla dada. Los diferentes procesos de membrana se pueden clasificar según el tamaño de las partículas de soluto a separar y, por lo tanto, la estructura de las membranas utilizadas. Estos procesos incluyen: microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa [1] . El espectro de filtrado se puede encontrar aquí [1]
Estos procesos de baromembrana y los sistemas de membrana basados en ellos se utilizan actualmente ampliamente en la tecnología de tratamiento y purificación de agua para empresas industriales, necesidades domésticas, en la producción de bebidas y medicamentos.
La microfiltración es un proceso de membrana más cercano a la filtración convencional. Los tamaños de poro de las membranas de microfiltración varían de 10 a 0,05 µm, lo que permite utilizar el proceso para separar partículas de suspensiones y emulsiones.
La ultrafiltración es un proceso de membrana que por su naturaleza ocupa una posición intermedia entre la ósmosis inversa y la microfiltración. Los tamaños de poro de las membranas de ultrafiltración varían desde 0,05 µm (el límite del tamaño mínimo de poro en las membranas de microfiltración) hasta 1 nm (el límite del tamaño máximo de poro en las membranas de ósmosis inversa). Una aplicación típica de la ultrafiltración es la separación de componentes macromoleculares de una solución, correspondiendo el límite inferior de los solutos separados a pesos moleculares de varios miles.
Para separar solutos con pesos moleculares desde varios cientos hasta varios miles, se utiliza un proceso intermedio entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa, que se denomina nanofiltración . Como cualquier proceso de separación de líquidos por baromembrana, la nanofiltración se caracteriza por la ausencia de transiciones de fase y puede llevarse a cabo a bajas temperaturas.
La ósmosis inversa se usa cuando los solutos de bajo peso molecular, como las sales inorgánicas o las moléculas orgánicas, como la glucosa, deben separarse de un solvente. La diferencia entre microfiltración y ultrafiltración está determinada por el tamaño de las partículas disueltas. Por lo tanto, se requieren membranas más densas con una resistencia hidrodinámica mucho mayor.
Condiciones para el uso de ósmosis inversa Los siguientes son indicadores indicativos que debe cumplir la fuente de agua suministrada a las membranas de ósmosis inversa:
2-3 g/l, empeora el rendimiento económico de los dispositivos;
Actualmente se están implementando procesos de baromembrana (ultrafiltración y ósmosis inversa) en el complejo de tratamiento químico de agua y tratamiento de condensados para petroquímica y refinerías de petróleo de OAO TANECO [2] junto con LLC NPF EITEK [3] y OAO VNIIAM [4] . Las plantas de ósmosis inversa también funcionan con éxito en Concern Stirol OJSC (Ucrania) [5] (enlace inaccesible)
Los aparatos para la implementación de procesos de baromembrana a escala industrial están sujetos a requisitos determinados por la posibilidad de su fabricación y condiciones de operación. Existen los siguientes tipos de dispositivos de membrana:
Los aparatos para la implementación de procesos de presión-membrana deben tener una gran superficie de membrana por unidad de volumen del aparato y ser fáciles de ensamblar e instalar debido a la necesidad de cambiar periódicamente las membranas [2] .
Aparentemente es imposible crear un aparato que satisfaga completamente todos los requisitos. Por lo tanto, para cada proceso de separación específico, se debe seleccionar un diseño que proporcione las condiciones más favorables para llevar a cabo este proceso en particular.
Además, se debe prestar especial atención a las plantas de tratamiento de agua móviles utilizadas en situaciones de emergencia o en condiciones en las que es imposible crear un complejo de tratamiento de agua, por ejemplo, en lugares de difícil acceso.
El mercado ruso está representado principalmente por sistemas de tratamiento de agua para casas de campo, industrias y necesidades domésticas, que funcionan en modo estacionario [6] , [7] , [8] . Al mismo tiempo, algunos institutos, como JSC VNIIAM [9] , están desarrollando estaciones móviles de tratamiento de agua para pruebas piloto directamente en las instalaciones de tratamiento, así como para necesidades militares.
La cuestión de utilizar una membrana u otro proceso de separación para resolver un problema específico [10] , [11] de separación de mezclas se basa enteramente en consideraciones económicas [4] . El costo de una instalación está determinado por dos contribuciones: la inversión de capital y los costos de operación. La inversión de capital, es decir, el costo de la instalación, se puede dividir en tres partes: el costo de 1) módulos de membrana, 2) tuberías, bombas, electrónica, tanques y 3) unidades de preprocesamiento y posprocesamiento.
Para calcular el costo en términos de litro, metro cúbico o kilogramo de producto, se supone que la depreciación de los equipos construidos sobre inversiones de capital ocurre durante un período determinado, que a menudo se considera igual a 10 años. Durante este tiempo, se debe pagar el interés de la inversión. En contraste, los costos operativos se dividen en 1) consumo de energía, 2) reemplazo de membrana y 3) salarios del personal, etc.