 |
|
Сущность метода обратного осмоса и ультрафильтрации
Явление прохождения растворителя через полупроницаемую перегородку положено в основу методов разделения СВ и примесей, называемых обратным осмосом и ультрафильтрацией.
Обратный осмос (гиперфильтрация) – это непрерывный процесс разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества.
Давление, при котором проводят процесс, должно превышать осмотическое.
Обратный осмос используется для выделения низкомолекулярных растворенных веществ (например, сахаров, солей, кислот), размеры молекул которых не превышают размеры растворителя (воды).
При повышении давления выше осмотического осуществляется процесс переноса растворителя в обратном направлении (по сравнению с обычным осмотическим переносом) – от раствора к чистому растворителю через мембрану и обеспечивается достаточная селективность (разделяющая способность) очистки.
Давление, которое должно превышать осмотическое давление, составляет:
если концентрация вещества в растворе (2÷5) г/дм3, то давление составляет (0,5÷1,0) МПа, (20÷30) г/дм3 то – (5÷10) МПа.
Ультрафильтрация – это мембранный процесс разделения растворов, осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных частиц, коллоидов. При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок больше, чем в случае обратного осмоса (или гиперфильтрации), но максимальные размеры частиц не превышают 0,5 мкм.
Ультрафильтрацию проводят при более низком давлении – (0,1÷1,0) МПа.
Есть несколько гипотез, объясняющих процесс отделения растворимых веществ от воды при ее фильтровании через полупроницаемые мембраны. Большинство экспериментальных данных свидетельствует о капиллярном течении жидкости в мембранах и объясняют процессы особыми свойствами жидкостей в капиллярах.
Например, предполагают, что если мембрана является гидрофильной (а они таковыми есть), то на поверхности мембраны вследствие отрицательной адсорбции образуется слой чистой воды. Если размер пор в мембране не превышает удвоенной толщины такого слоя, то через поры может проходить только вода. Проникновению ионов препятствует гидратная оболочка, размеры которой больше размеров этого слоя, и с другой стороны, вода у поверхности мембраны не обладает растворяющей способностью.
Методы обратного осмоса и ультрафильтрации применяются как для очистки сточных вод, так и для опреснения воды. В результате получается очищается вода и раствор, обогащенный примесями.
Достоинства методов:
· небольшой расход энергии в связи с отсутствием фазовых переходов;
· возможность проведения процессов при обычных температурах без применения химических реагентов;
· выделение цепных продуктов с одновременной очисткой от органических, неорганических и бактериальных загрязнений;
· простота конструкций аппаратов.
Недостатки:
· возникновение явления концентрационной поляризации, заключающееся в увеличении концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны. Это приводит к снижению производительности и срока службы мембран;
· проведение процесса при повышенных давлениях, что требует специальных уплотнений в аппаратуре.