Вопрос эксперту

— На самом деле мембранная фильтрация известна с 60-х годов прошлого века. Но тогда этот метод был очень дорог, широкого промышленного применения не находил, использовался строго в научных целях. По мере удешевления технологии получения мембранных материалов, она стала все больше распространяться, использоваться как один из основных методов для фильтрации в промышленности и в быту.

В нашей стране в этой отрасли работал НПО «Полимерсинтез», с 1985 г. — МНТК «Мембраны», на базе которого было организовано ЗАО НТЦ «Владипор». Этой компании и принадлежит отечественная разработка технологии получения мембранных материалов. Однако устаревающая производственная база предприятия не позволяла обеспечить объем выпуска продукции, достаточный в условиях растущего рынка. В результате сейчас 95% рынка мембран в России занято импортной продукцией (Toray, General Electric, Hydranautics membranes, Dow и др.).

Компания сделала заявку на финансирование, которая была утверждена РОСНАНО. Мембранные технологии входят в приоритетное направление «Индустрия наносистем и материалов». Так родился проект ЗАО «РМ Нанотех».

Сейчас строится новый завод в г. Владимир, который будет использовать только отечественные разработки. С декабря этого года предприятие начнет выпуск мембранных фильтрующих элементов. Современное оборудование позволит резко увеличить объем выпуска продукции и тем самым снизить ее себестоимость. Мы сможем оперативно работать по поставке и обработке заказов от клиентов, которым отныне не придется ждать поставок из-за рубежа. В наших планах в 2015 году занять хотя бы половину отечественного рынка по поставкам мембранной продукции.

 

Рулонные мембранные элементы (фото Е. Зубковой)

 

— Чем отличается мембранная фильтрация от традиционной?

— При традиционной «тупиковой» фильтрации некий объем воды или другой жидкости подается на фильтрующий материал, который задерживает все загрязняющие вещества, а на выходе получается очищенный поток. У этого метода есть недостатки. Во-первых, создается серьезный перепад давления, который может повредить фильтрующий материал. Загрязняющие вещества, которые остаются на поверхности материала, могут забить поры и тем самым снизить его эффективность. 

Мембранная технология в корне отличается от этого подхода. Правильнее называть этот процесс не фильтрацией, а мембранным разделением потока на две составные части. Исходный поток подается параллельно мембране. Та часть жидкости, которая проходит сквозь мембрану, называется фильтрат. А часть, не прошедшая сквозь мембрану, — концентрат. 

Соотношение между фильтратом и концентратом составляет примерно один к пяти. Но при промышленном использовании, конечно, никто не будет «выбрасывать» более 80 % жидкости. Концентрат несколько раз возвращается обратно на подачу. Тем самым можно обеспечить выход фильтрата до 90 % от исходного потока.

Из-за того, что разделение происходит на высокой скорости, очень низка вероятность загрязнения поверхности мембраны. Все, что на ней остается, тут же смывается идущим следом потоком.

Еще надо иметь в виду, что если мы говорим про водоподготовку, водоочистку, тем продуктом, который мы хотим получить, является фильтрат. Но бывают случаи, например, при переработке молочного сырья, когда нужный продукт — концентрат.

— Что собой представляет мембрана?

— Мембрана — это материал, чем-то похожий на бумагу, его толщина 180 -200 микрон — одна пятая часть миллиметра, при увеличении мембрана имеет пористую структуру. Лист мембраны упаковывается в рулонные мембранные элементы различных размеров — от маленьких бытовых — 45 мм в диаметре до больших промышленных — 200 мм в диаметре. 

Жидкость подается с торца рулона. И дальше, благодаря специальной спиральной навивке, поток, прошедший сквозь мембрану, по дренажным каналам попадает в центр. Отдельно собираются фильтрат и концентрат.

— Как мембранная технология может использоваться в энергетике?

— Самое распространенное применение – водоочистка, водоподготовка. Большое количество специально очищенной воды требуется для электроэнергетики. Оборотная вода, которая используется, к примеру, в котлах, традиционно очищалась химическими веществами. Мало того, что реагенты требуют больших затрат, они еще и негативно влияют на здоровье человека и экологию.

Мы имеем референсный пример эксплуатации мембранных фильтров на российской ГРЭС, где экономия от внедрения мембранной технологии составила 12 млн. рублей. Причем экономия возникла за счет того, что потребление извести, кислот, щелочей (т.е. экологически неблагоприятных веществ) сократилось в 80 раз. Затраты на ремонт и обслуживание сократились в 20 раз.

Кроме экономического эффекта, предприятия при внедрении мембранных технологий получают стабильно высокое качество водоподготовки. Все-таки работник может по ошибке передозировать или не додозировать химическое вещество, а при мембранной очистке это исключено. К тому же с помощью мембранной технологии можно повысить уровень автоматизации технологических процессов.

 

Слева - конфигурация рулонного мембранного фильтрующего элемента, справа - структура мембраны под микроскопом (рис. ЗАО «РМ Нанотех»)

 

— Где еще применяется мембранная фильтрация?

— Конечно, для получения питьевой воды в бытовых условиях. Сейчас мембранные технологии внедряются на станциях водоподготовки водоканалов в крупных городах. Также водоочистка необходима для микроэлектроники, пищевой промышленности. Мембраны отлично справляются с опреснением морской воды. В регионах, где такая задача стоит особенно остро, для получения пресной воды строятся целые заводы, работающие на мембранах.

Стоит подчеркнуть, что когда речь идет о подготовке питьевой воды, отечественный подход отличается от зарубежного, где сначала удаляются все соли, а затем необходимые для организма человека вводятся искусственно. Мы предлагаем использовать не обратноосмотические мембраны, а нанофильтрационные мембраны. То есть мембрана селективно удаляет загрязняющие вещества, но оставляет в потоке необходимые минеральные соли в том виде, в котором они были созданы природой. В результате получается физиологически полноценная питьевая вода.

Кроме того, мембранные технологии успешно применяются для очистки сточных вод промышленных предприятий и ЖКХ.

Общий вид мембранных установок (фото ЗАО «РМ Нанотех»)

 

— С помощью мембран можно разделять только жидкости?

— Нет, на самом деле мембраны используют в работе не только с жидкими, но и с газообразными смесями. И для обогащения воздуха кислородом, и для разделения углеводородных газов, которые вырабатываются при нефтедобыче. К сожалению, сейчас, из-за того, что в таких газах содержатся балластные вещества — тяжелые фракции углеводородов, эти газы использовать не могут. С помощью газоразделительных мембран можно отделять тяжелые фракции, и получить возможность переработки углеводородных газов.

— Каковы, по оценкам вашей компании, перспективы у рынка мембран?

— Мировой рынок мембранных технологий уже сегодня занимает существенный сегмент мировой экономики, и оценивается в сумму более чем 150 млрд. долларов. По прогнозам специалистов мировой спрос на мембраны будет стабильно расти. Россия на этом рынке пока представлена скромными 2-3 процентами. Однако темпы развития мембранных технологий в России в 1,5 раза превышают среднемировые. Возможно, появление современного отечественного производства еще ускорит эти темпы.

 

Записала Екатерина Зубкова