Параметры и условия процессов обратного осмоса и ультрафильтрации

 

Процесс	Обратный осмос	Ультра-фильтрация	Макрофильт-рация
Диаметр частиц, мкм	0,0001-0,001	0,001-0,02	0,02-10
Давление, МПа	6-10	0,1-1	< 0,01

 

Обратный осмос и ультрафильтрация позволяют отделять более мелкие частицы (молекулы), чем при обычной макрофильтрации.

Существует несколько гипотез для объяснения процесса отделения примесей от воды при прохождении ее через мембрану под действием давления.

По одной из них предполагается, что мембраны сорбируют на своей поверхности воду, которая не обладает растворяющей способностью. Если толщина слоя адсорбированных молекул воды составляет половину или более половины диаметра пор мембран, то под давлением через поры будет проходить только чистая вода, несмотря на то, что размер многих ионов меньше размера молекул воды. Прониканию таких ионов через поры препятствует возникающая у них гидратная оболочка. Если толщина слоя молекул воды меньше половины диаметра пор, то вместе с водой через мембрану будут проникать и растворенные примеси.

Для ультрафильтрации предложен механизм, согласно которому растворенные вещества задерживаются на мембране потому, что размер их больше размера пор.

Эффективность процесса зависит от используемых мембран, давления, концентрации примесей и температуры. Повышение концентрации раствора приводит к росту осмотического давления и, следовательно, повышению вязкости раствора и снижению проницаемости.

Для обратного осмоса применяют мембраны из ацетат-целлюлозы, а для ультрафильтрации – мембраны из нитратцеллюлозы. Мембраны должны обладать высокой разделяющей способностью (селективностью), проницаемостью (удельной производительностью), быть устойчивыми к неблагоприятным воздействия внешней среды, иметь стабильные характеристики при эксплуатации, обладать достаточной механической прочностью, быть дешевыми.

Селективность j (%) процесса разделения определяется по формуле

j = 100 (С_о – С_Ф) / С_о = 100 (1 – С_ф / С_о), (78)

где С_о и С_Ф – концентрации растворенного вещества в исходной сточной воде и фильтрате.

Проницаемость мембраны определяется количеством фильтрата V_ф, полученного в единицу времени с единицы рабочей поверхности:

V_ф = К₁ (Dр – Dр_о), (79)

где Dр – разность давлений воды до и после мембраны; Dр_о – разность осмотических давлений; К₁ – коэффициент пропорциональности, зависящий от проницаемости мембраны.

Видно, что скорость обратного осмоса прямо пропорциональна эффективному давлению (разность между приложенным и осмоти-ческим давлением), которое значительно выше осмотического. Осмотическое давление для растворов солей составляет 50–100 кПа.

В процессе очистки часть растворенного вещества может проходить через мембрану (проскок, кг/м²·сут.), которую можно определить по формуле

S = K₂ (C_o – C_ф), (80)

 

где К₂ – константа, различная для разных мембран.