 |
|
Понятие осмоса и осмотического давления
Лекция № 10
Очистка сточных вод методами обратного осмоса и ультрафильтрации
План
1. Понятие осмоса и осмотического давления.
2. Сущность метода обратного осмоса и ультрафильтрации.
3. Требования, предъявляемые к полупроницаемым мембранам.
4. Основные типы полупроницаемых мембран и их характеристики.
4.1 Пористые мембраны
4.2 Непористые мембраны
5. Влияние различных факторов на мембранные процессы разделения
5.1 Давление
5.2 Температура
5.3 Концентрация растворенных веществ
5.4 Природа растворенных веществ
5.5 рН
6. Аппаратурное оформление процесса
6.1 Аппараты типа фильтрпресс
6.2 Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами
6.3 Аппараты с рулонными или спиральными элементами
6.4 Аппараты с фильтрующими элементами в виде полых волокон
Понятие осмоса и осмотического давления
Осмос – это односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку.
Для того чтобы вспомнить, что такое осмос, представим два сосуда, погруженный один в другой. Пусть при этом дно внутреннего сосуда сделано из материала, сквозь который проходит растворитель, но не может проходить растворенное вещество. Такие материалы называются полупроницаемые. По отношению к водным растворам такими свойствами обладают как некоторые естественные продукты растительного и животного происхождения (например, кожа), так и материалы, полученные искусственно.
Наружный сосуд наполним водой, во внутренний поместим водный раствор сахара. Вода может протекать через такую полупроницаемую перегородку в обе стороны, однако скорость ее прохождения из наружного сосуда во внутренний будет больше, чем в обратном направлении. В этом и будет состоять осмос – самопроизвольный переход растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой перегородкой.
Точного ответа, почему наблюдается такое явление, нет. Осмос можно объяснить, например, тем, что концентрация молекул воды в единице объема в наружном сосуде больше, происходит выравнивание концентраций.
Из наружного сосуда вода будет проходить во внутренний и подниматься по трубке, соединенной с внутренним сосудом. При этом будет повышаться гидростатическое давление, при котором находится раствор во внутреннем сосуде. Наконец, при некоторой высоте столба раствора h скорости прохождения воды из внутреннего сосуда во внешний и из внешнего во внутренний сравняются, и подъем жидкости в трубке прекратится. Давление, которое отвечает такому равновесию, служит количественной характеристикой явления осмоса и называется осмотическим давлением.
Осмотическое давление – это давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным полупроницаемой перегородкой.
Описанный метод дает возможность измерять осмотическое давление. При некотором усложнении этой установки можно производить измерение осмотического давления с высокой точностью.
Осмотическое давление зависит от температуры и концентрации растворенного вещества.
Для разбавленных растворов:
π = СRT,
где π – осмотическое давление, бар(1 бар = 0,9869 атм. = 105 Па);
С – концентрация растворенного вещества, моль/дм3;
R – газовая постоянная;
T – абсолютная температура.
Например, для 1 моль/л раствора сахара π ≈25 бар =2,5·103 кПа = 0,25 МПа.