- •Лекция 12 Очистка воды мембранными методами План
- •1. Общие положения и определения
- •2. Селективность и производительность мембраны. Стабильные характеристики мембраны
- •3. Баромембранные процессы
- •4. Мембранные процессы с использованием непористых мембран
- •5. Механизм полупроницаемости мембран
- •2. Влияние температуры на характеристики мембран
- •3. Влияние концентрации вещества на мембранные процессы разделения
- •4. Влияние природы растворенных веществ на мембранные процессы
- •5. Влияние концентрационной поляризации на работу мембран
Лекция 12 Очистка воды мембранными методами План
1. Общие положения и определения.
2. Селективность и производительность мембран. Стабильные характеристики мембраны.
3.Баромембранные процессы.
4.Мембранные процессы с использованием непористых мембран
5.Механизм полупроницаемости мембран
1. Общие положения и определения
Мембранные методы очистки воды – это методы, которые основаны на применении полупроницаемых мембран.
К основным мембранным процессам, которые используются в водоочистке, относятся:
обратный осмос;
нанофильтрование;
ультрафильтрование;
микрофильтрование;
диализ;
первапорация;
мембранная дистилляция;
электродиализ.
В любом из перечисленных мембранных процессов раствор, который подлежит разделению контактирует с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Полупроницаемость – это проницаемость лишь для растворителя или лишь для компонента.
Движущей силой мембранных процессов является разность рабочего давления с двух сторон мембраны в так называемых баромембранних процессах. К баромембранным процессам относят:
обратный осмос;
ультрафильтрование;
нанофильтрование;
микрофильтрование.
Движущей силой в мембранной дистилляции является разность парциального давления пара растворителя с обеих сторон мембраны.
Разность парциального давления пара растворителя является движущей силой в процессе первапорации.
Движущей силой процесса диализа является разность концентрации растворенного вещества с обеих сторон мембраны.
В электродиализе движущей силой является разность электрических потенциалов с обеих сторон мембраны.
2. Селективность и производительность мембраны. Стабильные характеристики мембраны
Селективность и производительность мембраны являются важнейшими функциональными характеристиками для любых мембран.
Селективность (коэффициент задерживания) определяется исходя из эффективности очистки воды при фильтровании.
Селективность рассчитывается по формуле:
Сф – концентрация примесей в фильтрате;
С0 – начальная концентрация примесей в воде, которая подается на очистку.
Производительность мембраны (объемный поток сквозь мембрану):
q – объем профильтрованного раствора;
S – площадь мембраны;
- время фильтрования.
И селективность и объемный поток через мембрану являются очень важными функциональными характеристиками мембран. Но они не являются постоянными величинами, поскольку, зависят от давления, температуры, концентрации примесей в воде, гидродинамических и других условий проведения процесса. Поэтому часто для характеристики свойств мембран, которые используют в мембранных процессах (чаще в баромембранном процессе), применяют более стабильные характеристики мембран. К ним относят два показателя: коэффициент фильтрования и коэффициент отражения мембраны.
Коэффициент фильтрования определяют как отношение объемного потока к градиенту давления (производительность мембраны при заданном перепаде давления):
Коэффициент отражения мембраны определяется из соотношения рабочего давления и осмотического давления при минимальной производительности мембраны:
- коэффициент отражения мембраны (коэффициент Ставермена);
Р – рабочее давление;
π - разность осмотических давлений раствора с обеих сторон мембраны.
Коэффициент отражения мембраны характеризует ее свойства независимо от условий использования мембраны. Этот коэффициент равен нулю для полностью проницаемой для данного загрязнителя мембраны и равен единице для идеально полупроницаемой мембраны по этому веществу.