пречистване на вода hyperfiltrating
Процесът на отделяне на течни системи играят важна роля в много сектори на икономиката. За провеждане на тези процеси отдавна използват различни начини :. дистилация и ректификация, абсорбция, адсорбция, екстракция и т.н. Въпреки това, естеството продължение на милиони години еволюция на живи организми разработен метод най-гъвкав и перфектно разделяне като се използва полу-пропускливи мембрани. Всъщност, биологични мембрани осигуряват насочване основни вещества тялото от околната среда в клетката, и обратно. Без мембрани би било невъзможно дъх, кръв, синтеза на протеини, храносмилането, изхвърляне на отпадъци и други процеси.
Учените отдавна се опитват да знаят и да се обърне лицето има отличен имот на полупропускваеми мембрани - пропуснете някои вещества и задържат други. Въпреки това, идеята за използване на мембрани за промишлени цели се превръща в реално едва през последните години във връзка с развитието на нашите познания за същността и структурата на веществата с нови постижения в различни области на науката, както и в производството на синтетични полимерни материали.
Основните методи за разделяне на системи за течни мембрани включват обратна осмоза, нанофилтруване, ултрафилтрация, микрофилтруване, makrofiltratsiya. Във всеки от тези процеси споделят разтвор влиза в контакт с полупропусклива мембрана от едната страна от него. Поради специалните свойства на полу-пропускащата мембрана преминава през тях на смес, обогатена с един от компонентите. В някои случаи процесът е толкова пълен, че продуктът съдържа почти никакви примеси, задържани мембрана. Обратно, прилагането на метод специално мембранно разделяне може да се получи в разтвора преди компонент мембрана или компоненти по същество без примеси на материала, преминаващ през мембраната. Приложения на техники за разделяне мембрана флуидни системи са представени на фигура 1.
Заедно с други техники за мембранно разделяне на течни системи, широко използвани в промишлени и лабораторна практика получи обратна осмоза.
Хиперфилтрация - най-напредналите досега технология, която се използва за пречистване на вода на молекулярно ниво без химикали Фиг.2. Тъй като обратна осмоза - е естествен процес, привлечени от природата, в която налягане вода се просмуква през порите на полу-пропускащата мембрана пропусклива само до молекули вода и кислород. Диаметърът на порите на мембраната - 0.0009 микрона. Следователно, системата на базата на принципа на обратна осмоза, да имат най-високите изисквания за третиране на вода - 95 # 63; 99% от всички показатели.
Фиг.2. Работа обратна осмоза мембрана
Този метод за почистване се основава на осмотичното транспорта на молекули през полупропусклива мембрана. Такава мембрана е пропусклива за водните молекули, но не предава йони и молекули на разтворени вещества. Осмоза е явление, което с неравни концентрации на разтвора от различни страни на полу-пропускащата мембрана на водните молекули дифундират през него от разтвора с по-ниска концентрация в разтвора с по-висока концентрация (Фиг. 3a). Големината на осмотичното налягане, произтичащи от разликата в концентрация зависи решения от двете страни на мембраната: колкото по-голям е, толкова по-осмотичното налягане. Налягането, при което настъпва равновесие (фиг. 3b), се нарича осмотичното. Когато разликата в концентрацията на решения, съответстващи на съдържанието на морска вода (35 г / кг) и дестилирана (10 мг / кг), осмотичното налягане е 24 х 10 2 кРа. Обратният процес - дифузията на водни молекули през мембраната в разтвор с ниска концентрация може да се осъществи чрез подаване на концентрирания разтвор на мембраната под налягане по-голямо от осмотичната (виж фигура три инча).
Прехвърлянето на водните молекули през полупропусклива мембрана от разтвор с по-висока концентрация в разтвор с ниска концентрация, под действието на външно налягане, превишаващо на осмотичното налягане, нарича обратна осмоза или хиперфилтрация.
Движеща сила на обратната осмоза процес в случай на идеално полупропускливата мембрана може да се определи, както следва: [1] стр.15:
където F - излишък (работно) налягане на първоначалния разтвор; p1 - осмотичното налягане на разтвора.
Фигура 3. Условия за възникване на обратна осмоза [1] стр.15
Има няколко хипотези за описване на транспортните процеси в мембраните:
- Дифузията теория: приема се, че водните молекули и соли йони дифундират през мембраната, но коефициента на дифузия на йони е много по-ниска.
- Капилярна Теоретично: водата преминава през мембраната както чрез капилярна система, и е в рамките на капиляра в свързано състояние поради образуването на водородни връзки с повърхностни атома; Движение на водата е съпроводено с разкъсване на някои връзки и образуване на нови. Тъй като йони не образуват водородни връзки, за тях този начин капилярна преминаването невъзможно.
- За хидрофилни мембрани (чиято повърхност е добре овлажнен с вода) чрез адсорбция върху стените на порите изглежда чиста вода слой, и ако диаметър на порите е по-малко от два пъти дебелината на слоя, йони на разтворени съединения не могат да преминат през него.
- Поради структурирането на вода в фини пори намалява неговата разтворител мощност и е като изхвърлянето на частиците на разтвореното вещество от порите.
Най-убедителни е, че порите на мембраната пропускливи само водни молекули. Gidrativnye йони с голям размер, за да преминават през пори на мембраната не може. Движещата сила на процеса на обратна осмоза е разликата между приложеното външно работата и осмотичното налягане. Ясно е, че с увеличаване на соленост източник връщане водния транспорт на водните молекули през мембраната е намалена поради увеличение на осмотичното налягане. Намалява и обезсоляване на действие, тъй като чрез увеличаване на концентрацията на разтвора се понижава степента на хидратация на йони, техните размери са съизмерими с размер на порите от полу-пропускащата мембрана.
Определяне на характеристиките на полупропускливи мембрани са селективност, пропускливостта на вода, параметри за стабилност във времето. мембрана селективност S характеризира задържане на разтворените компоненти и се изчислява по формулата [3], страница 93:
където Siskh - концентрацията на разтворените соли в обезсоляване на вода;
Sost - концентрация остатъчната сол в дейонизирана вода.
Селективността на мембраната зависи от съдържанието на сол на източник водата. Концентрацията на разтвора в границите от 0,5 до 10 г / л селективност варира леко.
Пропускливост на вода определя от скоростта на филтрация на обезсолена вода на единица площ мембрана. Селективността на мембраната се увеличава с намаляване на водопропускливост. За високо качество мембрани селективност достига 98%.
Важен показател за качеството на мембраната е стабилността на работата им във времето. Обикновено диафрагма живот се определя и се съхранява няколко месеца, в зависимост от много фактори (концентрацията на сол състав обезсоляване на вода, настройката на режима). Когато терминът изпълнението мембрана над 9 месеца за сметка на обезсоляване почти не се отрази на цената на мембрани.
За метод за обезсоляване използвани хиперфилтрация мембрани atsetattselyulozy. Те могат да бъдат направени в един филм, тръба, фини кухи влакна. Степента на задържане на различните компоненти на преработения водата варира целулозни ацетатни мембрани:
Целулоза ацетат мембрани имат по-висока селективност по отношение на многовалентни йони. В алкална среда, те се подлагат на хидролиза и следователно по-малко устойчиви. Оптимална рН, при което минимално влияние върху действието на хидролиза 4.0-5.0.
Ефективността на обезсоляване хиперфилтрация се намалява, ако суровата вода съдържа йони, които допринасят за образуването на неразтворими утайки на мембрани. метод хиперфилтрация може да се прилага не само за обезсоляване на природните води, но също така и за лечение на циркулационната вода, водоснабдителни системи за пречистване на промишлени отпадъчни води.
Свързани статии