Мембрана, що містить інтегрований проникний канал

1. Мембрана з інтегрованим проникним каналом, що містить проникний канал, який складається з матеріалу тривимірної прокладки, що містить матеріал верхньої і нижньої поверхонь (2, 3), які зв'язані одна з одною за рахунок монофіламентних ниток (4) і знаходяться одна від одної на відстані, що визначається довжиною монофіламентних ниток, яка відрізняється тим, що матеріал поверхонь і монофіламенти матеріалу тривимірної прокладки зв'язані за допомогою петель (5) монофіламентних ниток, при цьому вказаний проникний канал розташований між двома мембранними шарами (12, 13), де вказані мембранні шари зв'язані в безлічі точок зі згаданим матеріалом верхньої і нижньої поверхонь, і вказані петлі занурені в згадані мембранні шари. 2. Мембрана за п. 1, яка відрізняється тим, що матеріал поверхонь (2, 3) є в'язаним, тканим або нетканим. 3. Мембрана за будь-яким із пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що відстань між матеріалом верхньої і нижньої поверхонь знаходиться в межах від 0,5 до 10 мм. 2 (19) 1 3 90276 4 никної трубки, а мембрани спірально намотані навколо центральної проникної трубки. 11. Спіральний мембранний модуль за п. 10, що додатково містить живильні прокладки (33), розташовані між вказаними мембранами. 12. Спіральний мембранний модуль за п. 11, який відрізняється тим, що живильна прокладка включає плоску фольгу (22) і протяжні ребра (21), розташовані на обох сторонах фольги (22). 13. Спіральний мембранний модуль за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що живильна прокладка є прокладкою з обхідним каналом (34), що містить живильний обхідний канал (23). 14. Спіральний мембранний модуль за п. 13, який відрізняється тим, що прокладка з обхідним каналом (34) містить плоску фольгу (22) і протяжні ребра (21), розташовані в подовжньому напрямку з обох сторін фольги (22), і фольга (22) містить живильний обхідний канал (23), розташований так, щоб забезпечувати потік рідини в подовжньому напрямку. 15. Спосіб виготовлення мембрани з інтегрованим проникним каналом, що включає етапи: - виготовлення матеріалу тривимірної прокладки, що містить матеріал верхньої і нижньої поверхонь (2, 3), що зв'язані одна з одною за рахунок монофіламентних ниток (4) і знаходяться одна від одної на відстані, що визначається довжиною монофіламентних ниток, де матеріал поверхонь і монофіламенти матеріалу тривимірної прокладки зв'язані за допомогою петель (5) монофіламентних ниток, і - нанесення мембранного шару на згаданий матеріал верхньої і нижньої поверхонь для утворення мембрани з інтегрованим проникним каналом, при якому матеріал тривимірної прокладки з обох сторін покривають пастою і здійснюють коагуляцію цієї пасти з отриманням мембранного шару, зв'язаного в безлічі точок з вказаним матеріалом верхньої і нижньої поверхонь так, що вказані петлі (5) занурені в згадані мембранні шари. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що паста містить: - гідрофільний наповнювач, вибраний з групи, що складається з ГПЦ, КМЦ, ПВП, ПВПП, ПВС, ПВА, ПЕО, TiО2, НfО2, Аl2О3, ZrО2, Zr3(PО4)4, Y2O3, SiО2, матеріалів з оксиду перовськіту і SiC; - зв'язуючу органічну речовину, вибрану з групи, що складається з ПВХ, Х-ПВХ, ПСф, ПЕСУ, ПФС, ПУ, ПВДФ, ПІ, ПАН та їхніх щеплених варіантів; і - апротонний розчинник, вибраний з групи, що складається з НМП (Н-метилпіролідону), ДМФ (диметилформаміду), ДМСО (диметилсульфоксиду) або ДМА (диметилацетату), або їхніх сумішей. 17. Застосування мембрани або мембранного модуля за будь-яким із пп. 1-14 для фільтрації води і/або очищення стічних вод. 18. Застосування мембрани за будь-яким із пп. 114 для мікрофільтрації, ультрафільтрації, в МБР (мембранних біореакторах), для первапорації, мембранної дистиляції, закріплених рідких мембран і/або пертракції. Даний винахід відноситься до нової мембрани, що містить інтегрований проникний канал, який використовується, зокрема, в мембранних технологіях, наприклад, для фільтрації води і очищення стічних вод. Мембранні біореактори (МБР) останнім часом дуже популярні у сфері водної індустрії. До теперішнього часу дослідження були пов'язані із застосування МБР на станціях очищення стічних вод і концентрованих промислових стоків, а також для фільтрації води, що поступає з місць скидання відходів і при обезводненні шламу. Після успіху, досягнутого в області застосування мембранних біореакторів для очищення стічних вод, було проведено дослідження можливостей застосування МБР в процесах виробництва питної води. При застосуванні в очищенні стічних вод МБР є поєднанням біологічної обробки в реакторі і фізичної обробки шляхом фільтрації через мембрану. Шляхом введення мембранної фільтрації замість процесу осадження може бути досягнуте високе завантаження шламу в реакторі, яке (теоретично) забезпечує високий рівень біологічної деградації при незначній продукції шламу. У присвяченій МБР літературі згадується концентрація шламу 15-20г/л. Висока ефективність способу зробить можливою обробку високо концентрованих стоків і створення системи з невеликою за площею основою. На практиці, проте, площа основи скоро чується виключно за рахунок меншої площі, необхідної для мембранної фільтрації, із-за максимальної підтримуваної концентрації шламу 8-12г/л. Крім того, спостерігалася вища продукція шламу в порівнянні із стандартними системами осадження. В JP 2001212436 описаний мембранний картридж імерсійного типу і спосіб його виготовлення. У цій заявці описується виробництво мембранного картриджа імерсійного типу, мембрани цього картриджа з'єднані з внутрішнім краєм фільтрувального катриджа. JP 2003135939 і JP 2003144869 описують розділову мембрану і спосіб її виготовлення. Розділову мембрану виготовляють шляхом створення пористого шару смоли на поверхні пористого матеріалу основи, що складається з органічного волокна. Частина смоли інфільтрована в, щонайменше, поверхневий шар пористого матеріалу Замінюючий лист основи, що дозволяє сформувати композитний шар з пористим матеріалом основи, щонайменше, з його поверхневим шаром. Метою цих патентів є розробка мембрани, що має високу водопроникність, несхильною до засмічення, у якої пористий шар смоли не відділяється від пористого матеріалу основи. В JP 201321645 описується фільтруючий мембранний елемент. Фільтруючий елемент має щілину для збору води, що пронизує обидві поверхні підтримуючої пластини на її ділянці; а щілину для 5 збору води направлено у бік відвідного порту води, що просочилася, і дов'язано з відвідним портом води, що просочилася. В WO 03037489 описується плоский фільтраційний модуль, який включає безліч «фільтруючих мембранних кишень», що мають щонайменше один отвір для дренажу своєї внутрішньої ділянки. Вказані кишені організовані вертикально і паралельно одна одній в нерухомому підтримуючому елементі, переважно, на однаковій відстані одна від одної таким чином, що рідина може інтенсивно проходити через сусідні фільтруючі мембранні кишені. Характерною особливістю фільтраційного модуля є наявність фільтруючих мембранних кишень, сильно сплощених і гнучких, прикріплених до підтримуючого елементу на протилежних сторонах, при цьому вказаний підтримуючий елемент має щонайменше один канал для відведення рідини, що пройшла через фільтруючі мембранні кишені, які мають гнучку, проникну для рідини ділянку і безліч проникних для рідини елементів активної ділянки. JP 11244672 описує плоский мембранний елемент, у якого герметизація досягається шляхом щільного прилягання трьох периферичних краєвих зон в його верхній частині, а також з його лівої і правої сторін так, що виходить прямокутна рівна плоска мембрана, формою схожа на мішок. Однією стороною негерметизована краева зона рівної плоскої мембрани, встановленої за допомогою підтримуючого мембрану елементу, накладається приблизно на 1,5см по висоті на поверхню обох сторін верхньої частини підтримуючого мембрану елементу і прикріплена до підтримуючого мембрану елементу для підтримки рівної плоскої мембрани. По обох кінцях підтримуючого мембрану елементу розташовані головки, товщина яких перевищує товщину підтримуючого мембрану елементу. Обидві головки утворені наконечниками, які пов'язані з проточними каналами підтримуючого мембрану елементу і застосовуються для відведення фільтрату. Мембранні пластинки (що фільтрують кишені, мішок з прямокутної рівної плоскої мембрани) за попереднім рівнем техніки виготовлені за допомогою з'єднання різних елементів (двох мембран, прокладки і підкладки). Дві мембрани розташовуються разом з своїми підкладками, направленими дна на одну, а між ними розташована прокладка для створення щілини. У такої конструкції є наступні недоліки: - Конструкція проникного каналу з окремих елементів. Велика кількість виробничих операцій, необхідних для збірки конструкції (склеювання, спаювання, зварювання) створює загрозу цілісності конструкції (протікання) і відображається на її ціні. - Прикріплення мембрани до підкладки (відділення, відшаровування мембрани!). - Експлуатаційна проблема: неможливість зворотної промивки мембран унаслідок неміцного прикріплення мембран до їхніх підтримуючих елементів. Технологія спірального намотування NF/RO (нанофільтрація/зворотній осмос) полягає у вико 90276 6 ристанні змінних стандартизованих мембранних модульних елементів (8 дюймів в діаметрі, 40-60 дюймів в довжину), які встановлюються в стандартизовані камери високого тиску (8 дюймів в діаметрі і до 240 дюймів в довжину). Для виготовлення таких спіральновитих мембранних модулів, звичайно намотують безліч окремих подібних конверту мембран (зворотні сторони двох мембранних листів з'єднують з проникною прокладкою, що знаходиться між ними) навколо зовнішньої периферичної поверхні центральної проникної трубки. Три з чотирьох краєвих зон мембранного конверта склеєні, четверта зв'язана з центральним проникним колектором. Так, в процесі фільтрації вода здійснює рух по спіралі від периферії мембранного модуля до центрального проникного каналу. Між шарами обмотки з мембранних конвертів звичайно поміщають прокладку для води, що живить. Товщина прокладки для води, що живить, визначає відстань між мембранами-конвертами. В ході процесу фільтрації вода, що живить, подається на вершину спірального модуля і може проникати всередину мембранного модуля по прокладці, що живить. Таким чином, частина води, що живить, тече уздовж спірального витого мембранного елементу і потім витікає з водоскиду (інша вершина модуля). Тим часом, основна маса води, що живить, переходить в пермеат і збирається в центральній проникній трубці. Це нормальний хід процесу зворотного осмосу і нанофільтрації. При застосуванні технології спіральної мембрани для мікрофільтрації (МФ) і ультрафільтрації (УФ) спіральна мембрана повинна годитися для зворотної промивки (зворотної фільтрації), щоб було можливо видалити осаджені на поверхні мембрани частинки. В ході процесу МФ/УФ (фільтрації) конструкція функціонуватиме велику частину часу також як і в процесі НФ, але тільки буде потрібне періодичне відведення потоку концентрату. Це здійснюватиметься, наприклад, через кожні 30 або 60 хвилин шляхом зворотної промивки, з частиною пермеата, що утворилася в ході експлуатації, що звичайно складає 2-10% від загального одержаного об'єму. Для ефективного видалення осаду, зворотна промивка здійснюється з напором, що перевищує робочий напір щонайменше в три рази. Для цієї мети потрібна мікро/ультрафільтраційна мембрана, яку можна піддавати зворотній промивці. Стандартні плосколистові МФ/УФ мембрани складаються з полімерної мембрани на підкладці нетканого типа. Мембрани прикріплені до підкладки за рахунок фізичного з'єднання/включення в підкладку. Це включення часто складає близько 30% товщини підкладки. Такі мембрани, проте, не підлягають зворотній промивці, оскільки адгезія мембрани і підкладки достатньо слабка. Деякі виробники (наприклад Trisep/Nitto Denko) розробили належні зворотній промивці варіанти. У цих випадках мембрани цілком заповнюють підкладку. Це збільшує адгезію мембрани і підкладки і робить її до певного ступеня належній зворотній промивці. 7 Проте, навіть з урахуванням цих змін, заявлена адгезія мембрани і підкладки або міцність на відрив в 3 рази вище в порівнянні зі звичайною УФ мембраною. Максимальний допустимий негативний трансмембранний тиск під час зворотної промивки теж обмежений значенням 3 бар (3×105Па). В ЕР 1022052 JP 2003251154, JP 2002095931 описані мембранні елементи спірального витого типу і способи їх експлуатації і промивки. В WO 0078436 розкритий спіральний витий фільтраційний мембранний елемент, який можна піддати зворотній промивці. В US 5,275,725 описана тришарова плоска мембранна підкладка, що має внутрішній шар, на який приклеєний нетканий матеріал, що має поверхневі шари, за допомогою адгезії або термічного з'єднання. На вказані поверхневі шари мембрана наноситься за допомогою інверсії фаз після двостороннього покриття. У всіх цих винаходах є наступні недоліки: - недостатня міцність на розрив мембран (обмежений трансмембранний тиск при зворотній промивці) - складний процес виготовлення модуля - низька потужність виштовхування частинок в камері високого тиску довжиною 6м (необхідність застосування прокладки з обхідним каналом). Метою даного винаходу є створення нової мембрани з інтегрованим проникним каналом (ІПКмембрани), що застосовується в багатьох мембранних технологіях, таких, як мікрофільтрація, ультрафільтрація, МБР, первапорація, мембранна дистиляція, закріплені рідкі мембрани, пертракція, яка може ефективно піддаватися зворотній промивці і, таким чином, протистояти високому тиску і витримувати довгу експлуатацію без необхідності частих промивок. Нова мембрана також повинна бути економічно вигідною. Даний винахід відноситься до мембрани з інтегрованим проникним каналом, що містить проникний канал, який складається з матеріалу тривимірної прокладки, що має верхню і нижню поверхні, які пов'язані одна з одною і розташовані на наперед визначеній відстані одна від одної завдяки монофіламентним ниткам між ними, при цьому вказаний проникний канал поміщається між двома мембранними шарами, а вказані мембранні шари зв'язані в безлічі точок з матеріалом згаданих верхньої і нижньої поверхонь. Матеріал поверхонь і монофіламенти матеріалу тривимірної прокладки переважно зв'язані за допомогою петель в монофіламентних нитках. Переважно, вказані петлі включені у вказані мембранні шари. Переважно, матеріал поверхонь відноситься до в'язаного, тканого або нетканого типу. Відстань між верхньою і нижньою поверхнею матеріалу переважно знаходиться в межах від 0,5 до 10мм. Тривимірна прокладка переважно включає матеріал, вибраний із групи, що складається з поліестеру, нейлону, поліаміду, поліфеніленсульфіду, поліетилену і поліпропілену. Мембранний шар переважно включає гідрофільний наповнювач, вибраний із групи, що складається з ГПЦ (гідроксипропілцелюлози), КМЦ (карбоксиметилцелюлози), ПВП (полівінілпіролідону), ПЗПП (поперечно 90276 8 зшитого полівінілпіролідону), ПВС (полівінілового спирту), ПВА (полівінілацетату), ПЕО (поліетиленоксиду) ТіО2, НfO2, АІ2О3, ZrO2, Zr3(PO4)4, Y2O3, SiO2, оксиду перовскіта, SiC; і органічну зв'язуючу речовину, вибрану з групи, що складається з ПВХ (полівінілхлориду), Х-ПВХ (хлорованого полівінілхлориду), ПСф (полісульфону), ПЕСУ (поліестерсульфону), ПФС (поліфеніленсульфіду), ПУ (поліуретану), ПВДФ (полівініліденфториду), ПІ (полііміду), ПАН (поліакрилонітрилу) або їхніх щеплених варіантів. У одному із втілень даного винаходу мембрана є плоскою. Мембрана переважно також містить герметик або зварювальний шов за периметром плоскої мембрани, необхідний для запобігання прямого потоку рідини з або в проникний канал, минаючи мембранний шар, і зчленування вхідного/вихідного порту, пов'язане з потоком рідини проникного каналу, і що знаходиться, щонайменше, на одному з країв периметру. Інше втілення даного винаходу є мембранним біореактором, що має в своєму складі мережу плоских мембран, описаних даним винаходом. Згідно іншого втілення даного винаходу, вказана мембрана спірально намотана навколо центральної проникної трубки. Ще одне втілення даного винаходу є спіральним мембранним модулем, що містить центральну проникну трубку циліндрової форми, що має стінку і просвіт, обмежений вказаною стінкою, і багато спіральних намотаних мембран, при цьому проникний канал вказаних мембран пов'язаний із течією рідини просвіту згаданої центральної проникної трубки, а мембрани закручені спірально навколо вказаної центральної проникної трубки. Спіральний мембранний модуль переважно також містить прокладки, які живлять, розташовані між згаданими мембранами. Прокладка, що живить, переважно містить плоску фольгу і протяжні ребра, що знаходяться на обох сторонах цієї фольги. Крім того, в кращому втіленні даного винаходу спіральний мембранний модуль містить прокладку, яка живить, і є прокладкою з обхідним каналом, що містить обхідний канал, що живить. Прокладка з обхідним каналом переважно включає плоску фольгу і протяжні ребра, розташовані в подовжньому напрямі на обох сторонах фольги, при цьому фольга містить обхідний канал, що живить і забезпечує потік рідини в подовжньому напрямі. Мембрана за винаходом переважно може витримувати під час зворотної промивки тиск, рівний щонайменше 10 бар. Інший аспект даного винаходу стосується способу виготовлення мембрани з інтегрованим проникним каналом, що включає етапи: - виготовлення матеріалу тривимірної прокладки, що має верхню і нижню поверхні, розташовані на наперед визначеній відстані одна від одної за рахунок монофіламентних ниток між ними, і - нанесення мембранного шару на матеріал згаданих верхньої і нижньої поверхонь. Етап нанесення мембранних шарів переважно включає етапи покриття пастою і коагуляції цієї пасти з отриманням мембранного шару, зв'язаного 9 в безлічю точок із вказаними верхньою і нижньою поверхнями матеріалу. Паста переважно містить: - гідрофільний наповнювач, вибраний із групи, що складається з ГПЦ, КМЦ, ПВП, ПВПП, ПВС, ПВА, ПЕО, ТіО2, НfO2, Аl2О3, ZrO2, Zr3(PO4)4, Y2O3, SiO2, матеріалів з оксиду перовскіта і SiC; - органічна зв'язуюча речовина, вибрана з групи, що складається з ПВХ, Х-ПВХ, ПСф, ПЕС, ПФС, ПУ, ПВДФ, ПІ, ПАН і їхніх щеплених варіантів; і - розчинник, вибраний із групи, що складається з НМП (Н-метилпіролідону), ДМФ (диметилформаміду), ДМСО (диметилсульфоксиду) або ДМА (диметилацетату), або їхніх сумішей. Інший аспект даного винаходу стосується застосування мембрани або мембранного модуля за винаходом для фільтрації води і/або очищення стічних вод. Короткий опис малюнків. На Фіг.1 показаний матеріал тривимірної прокладки, вигляд збоку. На Фіг.2 показаний матеріал тривимірної прокладки, вигляд зверху. На Фіг.3 показане в деталях з'єднання верхньої і нижньої поверхонь за допомогою монофіламентів. На Фіг.4 показаний поперечний перетин (СЕМ зображення, скануюча електронна мікроскопія) ІПК-МБР мембрани за винаходом з двома мембранними шарами, нанесеними за допомогою покриття і процесу інверсії фаз. На Фіг.5 показаний поперечний зріз (оптична фотографія) ІПК-МБР мембрани за винаходом з двома мембранними шарами, нанесеними за допомогою покриття і процесу інверсії фаз (та ж мембрана, що зображена Фіг.4). На Фіг.6 схематично зображена ІПК-мембрана за винаходом. На Фіг.7 схематично зображена ІПК мембранна пластина за винаходом. На Фіг.8 показане схематичне зображення поперечного зрізу спеціальної прокладки, що живить. Фіг.9 є схематичним зображенням поперечного зрізу спеціальної прокладки, що живить, з обхідними каналами. Фіг.10 є схематичним зображенням 4 спіральних ІПК мембранних модулів в камері високого тиску довжиною 240 дюймів в процесі зворотної промивки. Фіг.11 показує загальну схему поперечного перетину спірального мембранного модуля. Фіг.12 показує в деталях ділянку уздовж лінії А-А' спіральної мембрани. Даний винахід є мембраною нового типу, що містить проникний канал. Вона створена за рахунок включення матеріалу тривимірної прокладки між двома мембранними шарами. Ця мембрана з інтегрованим проникним каналом (ІПК-мембрана) по суті містить два такі елементи, як: - матеріал тривимірної прокладки, і - два мембранних шари. Матеріал тривимірної прокладки переважно виготовлений за допомогою в'язання (наприклад, за допомогою в'язальної машини Рашель). Мате 90276 10 ріал прокладки складається з двох поверхневих шарів матеріалу (2, 3) (в'язаного, тканого або нетканого типу), які розташовані на регульованій відстані і зв'язані сотнями монофіламентних ниток прокладки (4) на квадратний сантиметр. Приклад такого матеріалу тривимірної прокладки представлений на Фіг.1, 2 і 3. З'єднання двох поверхневих шарів матеріалу 2 і 3 здійснено за допомогою петель 5 монофіламентних ниток прокладки 4. Відстань між шарами матеріалу двох поверхонь (2, 3) визначається довжиною монофіламентних ниток (4) прокладки між петлями (5) і вона може варіювати в межах від 0,5 до 10мм. Структура переважного матеріалу поверхні схематично зображена на Фіг.2. Найбільш переважна ІПК-мембрана виготовляється за допомогою процесу покриття. ІПКмембрана виготовляється in situ шляхом одночасного покриття обох поверхонь (верхньої і нижньої, 2 і 3) в'язаного матеріалу прокладки мембранною пастою. Після цього мембрана отримується в результаті процесу інверсії фаз (коагуляція в осаджувані). Мембранна паста може містити будьякий тип полімерної зв'язуючої речовини (природний полімер з необмеженого ряду: ПВХ, Х-ПВХ, ПСф, ПЕСУ, ПФС, ПУ, ПВДФ, ПІ, ПАН і їхні щеплені варіанти (сульфоновані, акрилатні, аміновані і т.д.)), апротонний розчинник, наприклад, ДМФ, ДМСО, ДМА або НМП, і наповнювач (такий полімер, як: ГПЦ, КМЦ, ПВП, ПВПП, ПВС, ПВА, ПЕО і/або неорганічна речовина, така, як ТіО2, НfO2, АІ2О3, ZrO2, Ζr3(ΡΟ4)4,Υ2Ο3, SіO2, матеріали з оксиду перовскіта, SiC). Осаджувач може бути парами води (водяна пара або холодна пара), водою або сумішами води і згаданих апротонних розчинників. Етапи виготовлення можуть бути, наприклад, наступними: - Етап отримання матеріалу прокладки: розмотування матеріалу прокладки (в'язаного, тканого або нетканого); вертикальне розташування матеріалу прокладки і розпрямлення матеріалу прокладки з метою запобігти утворенню складок (перпендикулярно напряму виготовлення). - Етап нанесення покриття на матеріал прокладки: одночасне покриття пастою з обох боків за допомогою системи двосторонніх покриттів і автоматичного надходження пасти на обидві сторони матеріалу прокладки (однаковий шар на обох сторонах) з метою отримання покритого пастою матеріалу прокладки. - Етап утворення поверхневих пор: взаємодія покритого з обох боків матеріалу прокладки з водяними парами. Також можливо виготовлення асиметричної армованої матеріалом прокладки мембрани з порами різної величини на обох сторонах завдяки дії різних умов на обидві сторони покритого пастою матеріалу прокладки. - Етап утворення основної маси: коагуляція продукту на водяній лазні. - Етап, наступний за обробкою: відмивання від хімікатів в резервуарі з водою. - Етап сушки: сушка продукту. За допомогою такого способу виготовлення мембрани in situ елементи (в'язаний матеріал прокладки і два мембранних шари) нерозривно зв'я 11 зуються один з одним. Це відбувається завдяки тому, що мембрана формується на поверхні і всередині власне матеріалу прокладки. На Фіг.4, 5 і 6 зображений вид стандартного поперечного перетину ІПК-мембрани. Монофіламентні нитки 4 ще досить помітні, тоді як обидві поверхні матеріалу вже покриті мембраною (12, 13). Фіг.5 є оптичною фотографією поперечного перетину ІПК-мембрани, виготовленої за допомогою процесу інверсії фаз. Фіг.4 являється FESEM зображенням (зображення польової емісійної скануючої електронної мікроскопії) поперечного перетину тієї ж самої ІПК-мембрани, яка зображена Фіг.5. На стандартному поперечному перетині ІПКмембрани можна побачити типові компоненти ІПКмембрани: - безліч стовпчиків (монофіламентні нитки матеріалу прокладки 4) між двома мембранними шарами 12 і 13; - два мембранних шари 12 і 13; - монофіламентні нитки 6 двох поверхонь усередині мембранної структури На зображеннях поперечного перетину також можна відмітити, що петлі (5) монофіламентних ниток і мультифіламенти поверхонь матеріалу (3) занурені в мембранні шари. Ці фігури показують, що мембранні шари нерозривно зв'язані з матеріалом прокладки в безлічі точок прикріплення. Властивості/риси ІПК-мембрани Однією з основних характеристик ІПКмембрани є наявність інтегрованого проникного каналу. Цей проникний канал можна застосовувати в різних сферах: - Для відкачування пермеата при використанні МБР, а також, наприклад, для ультра- і мікрофільтрації, мембранної дистиляції, фільтрації пари, первапорації і розділення газу. - Для імобілізації, наприклад, в рідких іонообмінниках на закріплених рідких мембранах і в пертракції. Закріплення/адгезія мембранних шарів ІПКмембрани, виготовленої із застосуванням процесів покриття і інверсії фаз (див. Фіг.5), і в'язаного матеріалу прокладки, дуже сильна. Це може бути слідством наявності безлічі точок прикріплення. Цю властивість було проілюстровано при вимірюванні тиску розриву з силіконовим маслом (що має в'язкість, в 50 разів перевершуючу в'язкість води). Виявили, що два мембранні шари не розділяються під дією тиску аж до 17 бар. Така властивість робить ІПК-мембрану ідеально прохідною процедуру зворотної промивки плоскою листовою (МФ/УФ) мембраною. Більш того, встановлено, що одержаний композитний матеріал також достатньо твердий. ІПКмембрана в цілому достатньо тверда після сушки. Це трохи несподівано, враховуючи гнучкість самого матеріалу прокладки завдяки наявності петель монофіламентних ниток в матеріалі поверхонь. Це можна пояснити фіксацією/включенням монофіламентних петель матеріалу прокладки в структуру мембран обох мембранних шарів. Така особли 90276 12 вість робить можливим виготовлення великих поверхонь (наприклад, 2×2м). Таким чином, основні властивості ІПКмембрани за винаходом: - наявність інтегрованого каналу прокладки; - можливість зворотної промивки; - твердість. Виходячи з перерахованих вище якостей, можна говорити про різні варіанти мембранних модулів і області застосування ІПК-мембран. Нижче даний винахід проілюстрований двома необмежуючими прикладами. Області застосування: 1. ІПК-МБР мембранний модуль: Мембранний біореактор (МБР) за винаходом: Цей новий тип зануреного мембранного біореактора названий ІПК-МБР мембранним модулем. Для такого застосування інтегрований проникний канал застосовується для відведення пермеата в системі активного шламу, при цьому немає необхідності в спеціальних модулях з окремими проникними каналами прокладки. Рушійною силою фільтрації є підсмоктуюча сила, що діє з боку інтегрованого проникного каналу. В ході даного процесу вода мікро/ультрафільтраційної якості утворюється завдяки системі активного шламу. Для створення підсмоктуючої сили в проникному каналі, спочатку слід виготовити так звані «ІПК-МБР пластини». Їх створюють шляхом закривання щонайменше двох (переважно, протилежних) сторін ІПК-МБР мембрани 1 (див. Фіг.6 і 7) герметиком 7, таким як смола епоксі/поліуретанового типу або гума різних типів, або термоклей, або за допомогою процесу зварювання. Інший край (краї) залишається відкритим(и) і його (їх) спаюють з вхідним/вихідним портом 8 для відведення пермеата або для зворотної промивки. Сторони, що протилежать, з вхідним/вихідним портом 8 потім переважно розташовують вертикально (вгорі) так, щоб забезпечити безперешкодний вихід газів. Створені у такий спосіб ІПК-МБР пластини 9, що застосовуються для очищення стічних вод, можуть мати наступні габарити: ширина від 0,5 м до 2м і висоти від 0,5м до 2м. Для створення МБР модуля, ІПК-МБР пластини 9 розташовують вертикально в мережу (що містить безліч таких ІПК-МБР пластин), розташовуючи їх на відстані від 1 до 10мм одна від одної, що дозволяє бульбашкам повітря проходити через мембрану. ІПК-МБР модуль тепер готовий до застосування. Переважно, на дні модуля розташовують систему аерації, яка служить для очищення мембран і є джерелом кисню для бактерій системи активного шламу. Складовими частинами ІПК-МБР модуля, таким чином, є: - ІПК-мембранні пластини з щонайменше двома закритими краями і щонайменше одним краєм з вхідними/вихідними портами - мережі з таких ІПК-пластин, - необов'язкова система аерації, розташована на дні. 2. Спіральний ІПК УФ мембранний модуль: 13 Спіральний ІПКУФ мембранний модуль за винаходом: ІПК-мембрана витримує трансмембраний тиск (ТМД) зворотної промивки, що досягає більше 10 бар, що свідчить на користь довгострокової служби мембрани. Вживана для цієї мети ІПК-мембрана переважно має товщину в межах від 1 до 3мм. На Фіг.11 приведене схематичне зображення спірального ІПК-мембранного модуля. Листи ІПК-мембрани 32 пов'язані з центральною проникною трубкою 31 також, як і мембрани типу конвертів. Для спіральної ІПК-мембрани 30 немає необхідності в проникній прокладці, оскільки відстань між двома мембранними поверхнями визначається довжиною ниток прокладки (стовпчиків). Також рекомендовано застосовувати спеціальну прокладку, що живить, і вводити спеціальну прокладку з обхідним каналом. Детальніша схема ділянки уздовж лінії А-А' ІПК УФ спірального мембранного модуля представлена на Фіг.13. Розташування мембран 32 та інтегрованого проникного каналу, прокладок, що живлять, 33 і прокладок з обхідним каналом 34 показано з урахуванням їх відносних розмірів для переважного втілення винаходу. Спеціальну прокладку, що живить, 33 рекомендують для збільшення сили виштовхування частинок при зворотній промивці. Це досягається шляхом напряму концентрату на дві вершини мембранного модуля 30. Прокладка складається з масивної ПЕ, ПП або ПЕС фольги 22 з протяжними ребрами 21 по обох сторонах цієї фольги. Ребра 21 йдуть подовжньо щодо мембранного модуля. Загальна товщина такої нової прокладки знаходиться переважно в межах від 0,5 до 3мм, висота ребра лежить в межах від 0,2 до 1мм, а товщина фольги - від 0,05 до 0,3мм. Відстань між ребрами на фользі переважно знаходиться в межах від 5 до 30мм. На Фіг.8 і 9 схематично зображена спеціальна живляча прокладка. Для модулів більшого розміру рекомендують також застосовувати прокладки з обхідним каналом 34 для збільшення сили виштовхування частинок при зворотній промивці. Фактично, вони практично ідентичні спеціальній прокладці, що живить, 33. Крім того, вони містять обхідний канал, що живить, 23 (див. Фіг.9). 90276 14 Обхідний канал прокладки, що живить, 23 з обхідним каналом виконує дві функції: - Перша функція полягає в полегшенні виштовхування частинок в процесі зворотної промивки. На Фіг.10 зображена камера високого тиску довжиною 240 дюймів з 4 мембранними модулями довжиною 60 дюймів. Під час зворотної промивки концентрат з модулів С повинен пройти через прокладку, що живить, модулів D, які у цей момент піддаються зворотній промивці. Так, прокладка з обхідним каналом модуля D застосовується для виштовхування концентрату з модуля С. Аналогічно для прокладки з обхідним каналом модуля А і концентрату з модуля В. - Друга функція полягає в забезпеченні просування води, що живить, через всі модулі камери високого тиску і, особливо, середні модулі (модулі В і С) в процесі фільтрації. Ці функції важливі для підтримки стабільного трансмембранного тиску (ТМД) протягом тривалого періоду, а також для подальшого хімічного очищення мембрани. Із-за низького трансмембранного тиску в УФ і МФ мембранах модулі розташовують гідравлічно паралельно з метою запобігання втрати тиску. Існує багато областей застосування мембран за винаходом, включаючи МБР, мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, мембранну дистиляцію, первапорацію, фільтрацію пари, розділення газів, закріплені рідкі мембрани і пертракцію. Скорочення: Використані наступні скорочення: ГПЦ: гідроксипропілцелюлоза КМЦ: карбоксиметилцелюлоза ПВП: полівінілпіролідон ПВПП: поперечно-зшитий полівінілпіролідон ПВС: полівініловий спирт ПВА: полівінілацетат ПЕО: поліетиленоксид ПВХ: полівінілхлорид Х-ПВХ: хлорований полівінілхлорид ПСф: полісульфон ПЕСУ: поліестерсульфон ПФС: поліфеніленсульфід ПУ: поліуретан ПВДФ: полівінілдієнфторид ПІ: поліімід ПАН: поліакрилонітрил 15 90276 16 17 Комп’ютерна верстка О. Рябко 90276 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601