Новые мембранные методы внутрицикловой очистки воды, страница 2

·  гиперфильтрационная (ситовая);

·  сорбционная;

·  диффузионная;

·  электростатическая и др.

Наиболее распространены первые две.

Согласно сорбционной модели, механизм перехода воды через мембрану заключается в адсорбировании на поверхности мембраны и в ее порах молекул воды. В результате этого на поверхности мембраны образуется слой пресной воды (толщиной l). Считается, что вода в этом слое обладает аномальными свойствами: почти полной потерей растворяющей способности, пониженной подвижностью и т. п. При диаметре под мембраной d<2l через них будет проходить только вода, а раствор вещества задерживается.

Эта модель описывает процесс разделения воды и растворенных веществ при фильтровании растворов через мембраны из гидрофильных веществ, в частности через ацетилцеллюлозные мембраны.

Согласно гиперфильтрационной гипотезе, в полупроницаемой мембране имеются поры диаметром, достаточным для пропуска молекул воды (d_H2O=2,76А), но малым для прохождения гидратированных ионов (d>4А) и молекул растворенных веществ.

Однако в мембранах реальных невозможно практически создать поры одинакового размера и поэтому имеются более крупные поры, через которые могут проходить и гидратированных ионы, что и объединяет явление селективности (избирательности). Кроме наличия в мембране пор определенных размеров при рассмотрении гиперфильтрационной модели учитывается также, что молекулы (частицы) в жидкости колеблются (каждая) около временных положений равновесия в другое. Таким образом, если мембрана разделяет чистую воду и раствор, то в какой-то момент времени растворенная в воде частица может перекрыть полностью пору в мембране для перехода воды, но в другой момент времени скачком откроет пору для молекулы воды.

 Эффективность процессов ОО и УФ определяется свойствами применяемых мембран, которые должны отвечать требованиям:

·  высокой разделяющей способностью (селективностью);

·  высокой удельной проницаемостью;

·  устойчивостью к действию среды

·  неизменностью характеристик в процессе эксплуатации;

·  достаточной механической прочностью;

·  низкой стоимостью.

Селективность мембраны в процессе разделения определяется выражением:

С₁ и С₂ – концентрация растворенного вещества в исходной воде и фильтрате.

Селективность разделения зависит от свойств мембраны и от свойств разделяемых веществ, в частности от диаметра ионов  в гидратированном состоянии. Она увеличивается с увеличением диаметра. Установлено, что селективность мембраны улучшается с увеличением заряда ионов. Таким образом удержание ионов мембранами может быть представлено рядами селективности: для катионов Ca ²⁺ > Mg²⁺ > Na²⁺ и анионов CO₃^2- > SO₄^2- > Cl^-. Обычно селективность мембран определяется по раствору NaCl и ее величина входит в марку мембраны (например, МГА-80 – мембрана гиперфильтрационная ацетатная с селективностью по NaCl не менее 80%). Селективность некоторых мембран достигает 95-99%.

Проницаемость зависит от состава раствора, внешнего давления и типа мембран.

При эксплуатации под влиянием высокого давления и засорения мембран их проницаемость снижается. Лучшие свежие мембраны имеют проницаемость при давлении 5,0 МПа свыше50 кг/(м²·ч). Т.к. стоимость мембраны ≈ 20% стоимости очистки воды в процессе ОО, вопрос о продолжительности их работы является крайне важным. В настоящее время некоторые типы мембран эксплуатируются сроком до 2-3 лет.