Новая технология фильтрации улучшает очистку сточных вод, делает ее энергоэффективной

• Новый тип мембраны требует гораздо более низкого давления, чем стандартные мембраны, для фильтрации взвешенных частиц из воды.
• Он служит в 3 раза дольше и экономит вдвое больше энергии, чем обычная трансмембрана.

Методы очистки воды снижают концентрацию определенных веществ, таких как бактерии, грибки, вирусы, водоросли, паразиты и взвешенные частицы. Существует несколько физических, биологических и химических процессов, и за последние пару десятилетий мы использовали электромагнитное излучение, такое как ультрафиолетовый свет, для очистки воды.

Процесс фильтрации и очистки воды - для питьевого, химического и промышленного применения - составляет почти 13% от общего потребления электроэнергии в Соединенных Штатах, которые ежегодно выбрасывают в атмосферу 290 миллионов метрических тонн углекислого газа. Чтобы представить это в контексте, это эквивалентно совокупному весу всех людей в мире.

Чтобы очистить воду, ее обычно пропускают через мембрану с крошечными порами. Размер этих пор достаточно мал, чтобы отфильтровать примеси или частицы крупнее молекул воды. Поскольку эти мембраны имеют тенденцию «изнашиваться» из-за засорения, им требуется более высокое напряжение для выталкивания молекул воды, и часто забитые мембраны необходимо заменять, что увеличивает стоимость очистки воды.

Теперь исследователи из Гарвардского университета разработали новый тип мембраны, которая требует гораздо более низкого давления, чем традиционные мембраны, для фильтрации взвешенных частиц из воды. Они называют это жидкостными мембранами (LGM). Они вдвое эффективнее (с точки зрения энергопотребления) и служат в три раза дольше существующих мембран.

LGM можно использовать в широком диапазоне установок водоподготовки, снижая потребление электроэнергии и стоимость крупных промышленных процессов, включая бурение нефтяных и газовых скважин.

Как это работает?

Каждая мембрана с жидкостным затвором покрыта специальной жидкостью, которая заполняет и закрывает поры в «закрытой» фазе, выступая в качестве обратимого затвора. Когда вы прикладываете давление (для фильтрации воды), жидкость в порах мембраны притягивается к концам, образуя открытые поры, которые могут быть настроены так, чтобы пропускать определенные газы или жидкости.

Ссылка:AIP | doi:10.1063 / 1.5047480 | Гарвардский университет

Это предотвращает «износ» мембран из-за скользкой поверхности жидкости. А поскольку LGM способен отделять целевое вещество (вещества) от различных жидких смесей, его можно использовать в промышленной обработке жидкостей.

Трансмембранное давление (TMP) для стандартной и закрытой мембраны | Предоставлено исследователями

Чтобы создать LGM, исследователи пропитали крошечные диски (25 миллиметров) обычной фильтрующей мембраны специальной жидкой смазкой, перфторполиэфиром, который используется в авиационной отрасли более трех десятилетий.

Тестирование и приложения

Исследователи смешали бентонитовую глину с водой и пропустили ее через поры LGM, приложив соответствующее давление. Затем они сравнили результаты с обычными мембранами.

Мембраны с жидкостными затворами демонстрировали признаки износа намного позже, чем обычные мембраны:они эффективно фильтровали воду в 3 раза дольше, чем необработанные мембраны, прежде чем потребовался процесс ручного удаления веществ, скопившихся на мембране. Кроме того, во время фильтрации на их мембране собиралось на 60% меньше наноглины.

Читать:Новый способ удаления загрязнений из ливневой воды

Чтобы начать фильтрацию, LGM требуется на 16% меньше давления, что позволяет экономить больше энергии. Это может повысить скорость фильтрации механизмов очистки воды, используемых в различных отраслях промышленности, включая текстильную, нефтехимическую, биофармацевтическую промышленность и производство продуктов питания и напитков.