Мембранная сепарация

Под термином мембранная сепарация понимают процессы разделения истинных растворов с помощью различного рода мембран. Этот термин объединяет процессы гиперфильтрации или обратного осмоса, ультрафильтрации и электродиализа.

Понятие обратный осмос показывает обратимость процесса естественного осмоса.

Прямой и обратный осмос. Прямой осмос

Известно, что прямой (или естественный) осмос наблюдается, если чистая вода А и водный раствор Б разделены полупроницаемой мембраной через которую вода устремляется в сторону раствора.

Прямой и обратный осмос. Осмотическое равновесие

Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень раствора не поднимается на высоту H, равную осмотическому давлению раствора. При этом достигается осмотическое равновесие.

Прямой и обратный осмос. Обратный осмос

Для того, чтобы заставить молекулы воды двигаться в противоположном прямому осмосу направлении к раствору Б, нужно приложить гидростатическое давление Р, величина которого должна быть больше осмотического давления H.

Прямой и обратный осмос. Упрощенная схема процесса гиперфильтрации

Упрощенная схема обратного осмоса показана на рис. 26, г. Очищаемая вода 1 насосом высокого давления 2 подается в модуль обратного осмоса 5 с полупроницаемой мембраной 4. Чистая вода 5, прошедшая через мембрану удаляется из одной части модуля, а концентрат 6 отводится через управляемый клапан 7.

Основной частью модуля является полупроницаемая мембрана. К настоящему времени разработано несколько типов таких мембран из различных полимерных материалов. Такие мембраны задерживают неорганические и органические вещества, растворенные в воде. Задерживаемые вещества должны постоянно отводиться от мембраны и не должны сорбироваться на ее поверхности, чтобы не нарушать процесс разделения.

Гиперфильтрация осуществляется при давлении более 0,6 МПа. Гиперфильтрация нашла применение при обессоливании природных вод и очистке некоторых видов сточных вод от растворенных примесей.

Частным случаем обратного осмоса является ульт-рафильтрация, предназначенная для разделения водных растворов органических веществ и коллоидных растворов. Поры полупроницаемых мембран для ультрафильтрации более крупные. Соответственно и давление, необходимое для ультрафильтрационной очистки, ниже, чем для гиперфильтрации.

В отличие от мембран, применяемых для гипер- и ультрафильтрации, диализные мембраны не пропускают молекулы воды. В зависимости от типа диализные мембраны пропускают либо катионы, либо анионы. Электродиализ используют для опреснения воды. Принципиальная схема электродиализной установки показана на рисунке:

Схема процесса электродиализа

Установка имеет три камеры, разделенные мембранами, пропускающими только катионы К и только анионы А. Соленая вода I подается в центральную рабочую камеру I. В катодную камеру II погружен катод, в анодную камеру III — анод. Если подключить такую установку к источнику постоянного тока, то катионы из рабочей камеры постепенно переместятся в катодную, а анионы — в анодную камеру, т.е. произойдет опреснение воды. Пресная вода 2 отводится из рабочей части электродиализатора.

Таким образом, если в результате обычного фильтрования через зернистую загрузку из воды извлекаются взвешенные и крупные коллоидные частицы, то при ультрафильтрации задерживаются мелкие коллоиды и высокомолекулярные органические вещества, при гиперфильтрации — средне- и низкомолекулярные органические соединения и неорганические соли, при диализе — ионы неорганических солей.

www.ovode.net 2011