Separarea poluantilor cu ajutorul membranelor

Separarea poluantilor cu ajutorul membranelor

In procesele de epurare a apei, membrana este definita ca fiind o faza ce actioneaza ca o bariera pentru anumite molecule sau ioni din apa, prin membrana putand trece in general numai moleculele de apa.

Membrane pot fi constituite din urmatoarele materiale:

Materiale solide (membrane consistente);

Geluri imbibate cu diferiti solventi;

Lichide imobilizate in materiale poroase si rigide.

Practic astazi s-au realizat forte multe tipuri de membrane si care au o mare permeabilitate pentru anume molecule sau ioni, deci sunt membrane permeoselective. Cele mai multe instalatii de acest gen sunt utilizate pentru obtinerea apelor potabile de regula din apa marilor si oceanelor, dar se utilizeaza si pentru epurarea apelor. Dintre metodele practice ce utilizeaza separarea prin membrana amintim urmatoarele:

Osmoza;

Osmoza inversa;

Ultrafiltrarea;

Electrodializa.

Din punct de vedere teoretic separarea prin membrane se bazeaza pe faptul ca in solutie ionii substantelor ionice sau ioni formati prin ruperea unei molecule polare sunt hidratati astfel incat volumul ionilor hidratati este mult mai mare decat volumul unei molecule de apa, sau chiar a moleculelor de apa asociate prin legaturi de hidrogen. Prin porii unei membrane semipermeabile (de dimensiuni moleculare) vor putea trece moleculele de apa, dar nu vor putea trece ionii hidratati.

Osmoza si osmoza inversa

Fenomenul de osmoza apare in cazul solutiilor apoase, cand intre cele doua solutii diferite ca si concentratii se plaseaza o membrana semipermeabila si cand apa va trece prin membrana din solutia mai diluata spre solutia mai concentrata.

Acest proces, cunoscut sub denumirea de osmoza inceteaza in momentul in care presiunea hidrostatica care se exercita asupra solutiei mai concentrate atinge o anumita valoare de echilibru numita presiune osmotica. Presiunea osmotica variaza proportional cu concentratia substantei dizolvate in apa si cu temperatura.

Procesul normat de osmoza poate fi inversat daca asupra solutiei concentrate se va exercita o presiune mai mare decat presiunea osmotica. In acest caz se produce, datorita presiunii exterioare mari, o circulatie a apei in sens invers. Astfel, dintr-o apa bogata in saruri se poate obtine o apa curata. Procedeul este utilizat astazi pentru obtinerea apei potabile din apa marilor.

Primul material folosit la confectionarea membranei semipermeabile a fost acetatul de celuloza (un tip de celofan). Ulterior s-au obtinut membrane semipermeabile din materiale polimerizate stabile, respectiv din poliamide, esteri micsti de acetat - butirat de celuloza, amestecuri de acetat si nitrat de celuloza. In prezent se obtin membrane ce permit eliminarea substantelor  dizolvate mai ales a ionilor in proportie de peste 95%.

In figura 4.21. este prezentat schematic procesul de osmoza si de osmoza inversa.

Fig.4.21. Schema de principiu a osmozei si osmozei inverse

a)- osmoza normala; b)- echilibru osmotic; c)- osmoza inversa

1- compartiment apa curata; 2- compartiment apa impurificata;

3- membrana permeabila la apa.

Membrane folosite pentru osmoza sunt foarte subtiri (circa 0,2 m) si au o fragilitate ridicata. Membranele utilizate la osmoza inversa sunt supuse unor presiuni de lucru relativ mari de circa 20 - 100 bar, fapt ce ridica o serie de dificultati legate de etansarea membranelor, de asigurarea durabilitatii membranelor si evitarea colmatarii. In figura 4.22. este prezentat schematic principiul de functionare o osmozei inverse pentru obtinerea apei potabile din apa de mare.

Fig.4.22 Procedeul de osmoza inversa pentru desalinizarea apei

Aplicatiile osmozei inverse sunt recomandate pentru urmatoarele situatii:

Reducerea volumului de apa uzata prin obtinerea unei concentrari mari a solutiei in vederea depozitarii acestor substante sau a transportului;

Posibilitatea recuperarii si utilizarii materialelor din solutii;

Obtinerea apei potabila in zonele fara apa dulce;

Separarea substantelor toxice din apele uzate;

Obtinerea unor solutii cu o concentratie precisa in anumite substante, solutie ce poate fi folosita in procesele de fabricatie;

Acest procedeu de osmoza inversa este deocamdata mai putin utilizat la epurarea apelor menajere si mai mult la obtinerea apei potabile si la epurarea unor ape industriale. In figura 4.23. este prezentata schematic o instalatie industriala de osmoza inversa.

Fig.4.23. Schema unei instalatii de osmoza inversa

pompa de alimentare; 2- filtru; 3- pompa pentru cresterea

presiunii; 4- baterie pentru osmoza inversa; 5- rezervor de

apa curata; 6-turbina hidraulica pentru recuperarea energiei apei.