Membrana (objecte)

Membrana (objecte)

Esquema d'exclusió de membrana basada en el tamany.

Una membrana és una barrera selectiva; permet que algunes coses passen pero deté unes atres. Tals coses poden ser molècules, ions o atres partícules menudes. Les membranes biològiques inclouen membranes celulars (cobertes externes de cèlules o orgànuls que permeten el pas de certs constituents); membranes nuclears, que cobrixen un núcleu celular; i membranes tisulares, com mucoses i serosa. Les membranes sintètiques estan fetes per humans per al seu us en laboratoris i indústria (com plantes químiques).

Este concepte de membrana es coneix des de el XVIII, pero es va utilisar poc fora del laboratori fins al final de la Segona Guerra Mundial. El suministrament d'aigua potable en Europa es va vore compromés per la guerra i es varen utilisar filtres de membrana per a evaluar la seguritat de l'aigua. No obstant, per la falta d'confiabilidad, operació llenta, selectivitat reduïda i costs elevats, les membranes no varen anar àmpliament explotades. El primer us de membranes a gran escala va ser en tecnologies de microfiltración i ultrafiltración. Des de la década de 1980, estos processos de separació, junt en la electrodiálisis, s'ampren en grans plantes i, hui en dia, vàries empreses en experiència presten servicis en el mercat.

El grau de selectivitat d'una membrana depén del tamany de poro de la membrana. Depenent del tamany de poro, es poden classificar com a membranes de microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) i òsmosis inversa (RO). Les membranes també poden ser de vàries gruixa, en estructura homogénea o heterogénea. Les membranes poden ser neutres o carregades, i el transport de partícules pot ser actiu o passiu. Açò últim pot ser facilitat per pressió, concentració, gradient químics o elèctrics del procés de membrana. Les membranes es poden classificar generalment en membranes sintètiques i membranes biològiques.

Classificacions de processos de membrana

Microfiltración (MF)

La microfiltración elimina les partícules superiors a 0.08-2 µm i opera dins d'un ranc de 7-100 kPa. La microfiltración s'utilisa per a eliminar els sòlits suspesos residuals (SS), per a eliminar les bactèries en la finalitat d'acondicionar l'aigua per a una desinfecció eficaç i com a pas previ al tractament per a la òsmosis inversa.

Desenrolls relativament recents són els biorreactores de membrana (MBR) que combinen la microfiltración i un biorreactor per al tractament biològic.

Ultrafiltración (UF)

La ultrafiltración elimina les partícules superiors a 0,005-2 µm i opera dins d'un ranc de 70-700 kPa. La ultrafiltración s'utilisa per a moltes de les mateixes aplicacions que la microfiltración. També s'han utilisat algunes membranes de ultrafiltración per a eliminar composts dissolts en alt pes molecular, com a proteïnes i carbohidrats. Ademés, poden eliminar virus i algunes endotoxines.

La paret d'un ultrafiltration membrana de fibra buida, en característic exterior (superior) i interior (inferior) capes de poros.

Nanofiltración (NF)

La nanofiltración també es coneix com RO "solta" i pot filtrar partícules de menys de 0,002 µm. La nanofiltración s'utilisa per a eliminar components dissolts seleccionats de les aigües residuals. La NF es desenrolla principalment com un procés de ablandamiento de membranes que oferix una alternativa al ablandamiento químic.

Aixina mateix, la nanofiltración es pot utilisar com pretratamiento abans de la òsmosis inversa dirigida. Els principals objectius del pretratamiento de NF són:

1. Minimisar el ensuciamiento microbiano i de partícules de les membranes de òsmosis inversa per mig de l'eliminació de la turbidez i les bactèries.
2. Previndre la formació de incrustaciones per mig de l'eliminació dels ions de durea.
3. Diisminuir la pressió de funcionament del procés de òsmosis inversa reduint el total de sòlits dissolts en l'aigua d'alimentació (TDS).

Òsmosis inversa (RO)

l'òsmosis inversa s'usa comunament per a la desalinización. Ademés, la òsmosis inversa s'utilisa comunament per a eliminar els components dissolts de les aigües residuals que queden despuix d'un tractament alvançat en microfiltración. La RO exclou els ions pero requerix altes pressions per a produir aigua desionizada (850-7000 kPa).

Membranes nanoestructuradas

Una classe emergent de membranes es basa en canals de nanoestructura per a separar materials a escala molecular. Estos inclouen membranes de nanotubos de carbono, membranes de grafeno, membranes fetes de polímero de microporosidad intrínseca (PIMS) i membranes que incorporen estructures orgàniques metàliques (MOF). Estes membranes es poden utilisar per a separacions selectives per tamany com nanofiltración i òsmosis inversa, pero també separacions selectives per adsorció com olefina de parafina i alcohols d'aigua que tradicionalment han requerit una destilació costosa i que requerix molta energia.

Configuracions de membrana

En el camp de les membranes, el terme mòdul s'usa per a descriure una unitat completa composta per les membranes, l'estructura de soport de pressió, l'entrada d'alimentació, les corrents de permeado i retingut d'eixida, i una estructura de soport general. Els principals tipos de mòduls de membrana són:

• Tubular, a on les membranes es coloquen dins d'un soport de tubos porosos, i estos tubos es coloquen junts en una carcassa cilíndrica per a formar el mòdul de l'unitat. Els dispositius tubulars s'utilisen principalment en aplicacions de micro i ultrafiltración per la seua capacitat per a manejar corrents de procés en alt contingut de sòlits i propietats d'alta viscosidad, aixina com per la seua relativa facilitat de neteja.

• Membrana de fibra hueca, consta d'un fes de centenars a mils de fibres huecas. Tot el conjunt s'inserta en un recipient a pressió. L'alimentació es pot aplicar a l'interior de la fibra (fluix d'adins cap a fòra) o a l'exterior de la fibra (fluix de fòra cap a dins).

• Enrollado en espiral, a on es coloca un espayador de permeado flexible entre dos làmines de membranes planes. S'agrega un espayador d'alimentació flexible i els fulls plans es enrollan en una configuració circular.

• La placa i el marc consten d'una série de làmines de membrana planes i plaques de soport. L'aigua a tractar pansa entre les membranes de dos conjunts de membranes adjacents. La placa soporta les membranes i proporciona un canal per a que el permeado fluïxca fora del mòdul de l'unitat.

• Mòduls i membranes planes ceràmiques i polimèriques. Les membranes de làmina plana s'integren típicament en sistemes de filtració sumergits impulsats per buit que consistixen en piles de mòduls, cada u en vàries làmines. El modo de filtració és de fòra cap a dins, a on l'aigua passa a través de la membrana i s'arreplega en els canals de permeado. La neteja es pot realisar per mig de aireación, retrolavado i CIP.