Селективность и производительность мембраны. Стабильные характеристики мембраны

Лекция 12

Очистка воды мембранными методами

План

Общие положения и определения.

Селективность и производительность мембран. Стабильные характеристики мембраны.

Баромембранные процессы.

Мембранные процессы с использованием непористых мембран

Механизм полупроницаемости мембран

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.

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:

С_ф – концентрация примесей в фильтрате;

С₀ – начальная концентрация примесей в воде, которая подается на очистку.

Производительность мембраны (объемный поток сквозь мембрану):

Dq – объем профильтрованного раствора;

S – площадь мембраны;

Dt - 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);

DР – рабочее давление;

Dπ - 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.