 |
|
Требования, предъявляемые к полупроницаемым мембранам
К полупроницаемым мембранам предъявляют следующие требования.
1. Мембрана должна обладать высокой разделяющей способностью (селективностью).
Селективность определяют по формуле:
φ = (С0 - С)·100/ С0 = (1 – С/С0)·100%,
где С0 и С – концентрация растворенного вещества в исходной сточной воде и в фильтрате.
Селективность в зависимости от природы растворенных веществ и свойств мембраны колеблется в пределах (85÷100)%.
2. Мембрана должна обладать высокой проницаемостью (удельной производительностью).
Проницаемость определяется количеством фильтрата, полученного в единицу времени с единицы рабочей поверхности.
,
где G – проницаемость, л/(м2·ч);
F – рабочая поверхность мембраны, м2;
τ – время, часы.
υ – количество фильтрата.
Количество фильтрата равно:
υ = k1(Δp – Δp0),
где k1 – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств мембраны;
Δp – разность давлений воды до и после мембраны;
Δp0 – разность осмотических давлений.
3. Устойчивость к действию среды;
4. Механическая прочность;
5. Неизменность эксплуатационных характеристик в процессе работы и хранения;
6. Низкая стоимость.
Основные типы полупроницаемых мембран, их характеристики
Применяют 2 типа мембран:
- пористые;
- непористые (диффузионные).
Пористые мембраны
Пористые мембраны получили широкое распространение в виде тонких пленок, изготовленных из полимерных материалов по специальной технологии. Наибольшее распространение получили полимерные мембраны из ацетатцеллюлозы. Эти мембраны имеют анизотропную структуру, состоят из тонкого поверхностного слоя (~0,25 мкм) нанесенного на микропористую подложку (крупнозернистый слой 100÷200 мкм) второй слой 0,2 мм
Крупнозернистый слой обеспечивает механическую прочность мембраны, селективной способностью обладает поверхностный слой.
Промышленность выпускает мембраны УАМ (ультрафильтрационные ацетатные мембраны) и МГА (гиперфильтрационные ацетатные). Также изготавливают нитроцеллюлозные мембраны.
Эти мембраны имеют высокую скорость пропускания воды, высокую селективность, но через несколько часов работы их производительность снижается на (30÷50)% из-за снижения пористости (усадки), эксплуатируют мембраны при t =(5÷30)ºС, рН = 3÷8.
Срок службы мембран зависит от природы растворенного вещества, концентрации вещества в воде и колеблется от нескольких лет до нескольких месяцев.
Недостатки пористых мембран:
- нестойкость в очень кислой и щелочной средах;
- малая механическая прочность;
- необходимость хранения во влажном состоянии;
- старение.
Для придания механической прочности пористым мембранам поверхностный слой, обладающий селективным действием, наносят на пористую подложку в виде трубок из стекловолокна, углеродистых трубок, как подложку используют фарфоровые фильтры.
Кроме ацетатцеллюлозы, поверхностный слой(полупроницаемый) изготавливают из коллоидных растворов гидроксидов металлов (Fe, Al, Zn), природных глин, нейлоновых нитей.
Также пористые мембраны называют динамическими. Они обладают высокой проницаемостью (до 600 дм3/м2ч) и селективностью (~90%), просты в изготовлении.
Чтобы расширить интервал рН, при котором можно применять пористые мембраны, их изготавливают из микропористого стекла. В этом случае интервал рН составляет1÷8. Такие мембраны изготавливают в виде пластин, пленок, трубок или капилляров.