Ինչպե՞ս է RO մեմբրանը հասնում աղի 99.9% մերժման:

Հակադարձ օսմոսի թաղանթը (RO թաղանթ) գործում է բնական օսմոտիկ պրոցեսին հակազդելու հիմնական սկզբունքով: Ահա դրա աշխատանքային մեխանիզմի խորը վերլուծությունը.

Բնական օսմոսի և հակադարձ օսմոսի ֆիզիկական համեմատությունը

Բնական օսմոսի երևույթը այն է, երբ կիսաթափանցիկ թաղանթի (օրինակ՝ քաղցրահամ և աղի ջրի) երկու կողմերում կա կոնցենտրացիաների տարբերություն, ջրի մոլեկուլները ինքնաբերաբար կհոսեն ցածր կոնցենտրացիայի կողմից դեպի բարձր կոնցենտրացիայի կողմը, մինչև երկու կողմերում կոնցենտրացիաները հավասարակշռվեն: Այս պահին հեղուկի մակերեսի բարձրության տարբերության հետևանքով առաջացած ճնշումը կոչվում է օսմոտիկ ճնշում:

Նոսր լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը π հավասար է՝ π = iCRT (որտեղ i-ն լուծված նյութի մոլեկուլների էլեկտրոլիզի արդյունքում առաջացող իոնների քանակն է, C-ն՝ լուծված նյութի մոլային կոնցենտրացիան, R-ը՝ մոլային գազային հաստատունը, T-ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը):
Օրինակ՝ ծովի ջրի օսմոտիկ ճնշումը հասնում է 28 բար-ի, ինչը պահանջում է ավելի մեծ ճնշում ջրի հոսքը շրջելու համար։

Հակադարձ օսմոսի «բարձր ճնշման հակահոսքը» աղի ջրին ճնշում կիրառելն է (>օսմոտիկ ճնշում), որը ջրի մոլեկուլներին ստիպում է հոսել հակառակ ուղղությամբ՝ ապահովելով հակադարձ կոնցենտրացիայի գրադիենտային տեղաշարժ «աղի ջրից → մաքուր ջուր» ռեժիմից։

Հակադարձ օսմոսի ժամանակ լուծիչի օսմոտիկ արագությունը, այսինքն՝ հեղուկի հոսքի էներգիան՝ N, կազմում է՝ N=Kh(Δp-Δπ) (որտեղ Kh-ը հիդրավլիկ թափանցելիության գործակիցն է, որը փոքր-ինչ աճում է ջերմաստիճանի հետ, Δp-ն՝ թաղանթի վրա ստատիկ ճնշման տարբերությունն է, Δπ-ն՝ թաղանթի վրա օսմոտիկ ճնշման տարբերությունը):

Այս պահին՝ Մաքուր ջրի կողմում՝ անցնող ջրի մոլեկուլների հավաքում (թափանցում), Կոնցենտրացված ջրի կողմում՝ աղի, ծանր մետաղների և այլ խառնուրդների պահպանում (խտանյութ):

Մեմբրանային կառուցվածքի ծայրահեղ ճշգրտություն

Սենդվիչի կառուցվածքը.

Հենարանային շերտ. Ոչ հյուսված գործվածք (հաստությունը ≈ 120 մկմ) - «պողպատե շրջանակ», որը դիմակայում է բարձր ճնշմանը:

Ծակոտկեն շերտ. Պոլիսուլֆոնային նյութ (ծակոտիների չափը՝ 0.01-0.1 մկմ) - «պաշտպանության առաջին գիծը», որը կանխում է ցեխը, ավազը և ժանգի կուտակումը։

Ակտիվ շերտ՝ պոլիամիդային թաղանթ (հաստությունը՝ ≈ 200 նմ)՝ իսկական «մոլեկուլային մրցավար», որի ծակոտիների չափը ընդամենը 0.1-1 նմ է (≈ ջրի մոլեկուլների չափի երկու անգամ մեծ):

Համեմատական ​​տվյալներ՝

Վիրուսի տրամագիծը (0.02-0.3 մկմ) > թաղանթի ծակոտիների չափը 3000 անգամ։

Բակտերիաների չափը (0.5-5 մկմ) > թաղանթի ծակոտիների չափը 5000 անգամ։

Դասական մոդելի տեսություն

• Լուծույթ-դիֆուզիոն մոդել

Հիմնական ենթադրություն. Թաղանթը միատարր կառուցվածք է՝ առանց ծակոտիների, և լուծվող նյութը և լուծիչը փոխանցվում են թաղանթի նյութի մեջ լուծույթի և դիֆուզիայի միջոցով։

Փոխանցման գործընթաց.

Լուծում. Ջրի մոլեկուլները և լուծված նյութերը կլանում են թաղանթի մակերեսին և լուծվում թաղանթի նյութի մեջ։
Դիֆուզիա. Քիմիական պոտենցիալի գրադիենտի (ճնշման տարբերության) շարժիչ ուժի ազդեցության տակ ջրի մոլեկուլները նախընտրելիորեն դիֆուզիոն են անցնում թաղանթով։

Դեսորբցիա։ Արտազատվում է մաքուր ջրի տեսքով մեմբրանի մյուս կողմում։

Մաթեմատիկական արտահայտություն՝ Ջրի հոսք Jw = A(ΔP − Դպ), որտեղ A-ն թաղանթի թափանցելիության գործակիցն է, ԴP-ն կիրառվող ճնշումն է, և Դպ օսմոտիկ ճնշման տարբերությունն է։

• Արտոնյալ ադսորբցիոն-մազանոթային հոսքի մոդել

Հիմնական ենթադրություն. թաղանթի մակերեսն ունի նանոմասշտաբի անցուղիներ, որոնք նախընտրելիորեն կլանում են ջրի մոլեկուլներ՝ առաջացնելով «կապված ջրի» մոնաշերտ, մինչդեռ լուծված նյութերը վանվում են։

Փոխանցման մեխանիզմ.

Ընտրողական ադսորբցիա. թաղանթի մակերեսը ընտրողականորեն ադսորբում է ջրի մոլեկուլները ջրածնային կապերի միջոցով (օրինակ՝ կարբոնիլային թթվածին ցելյուլոզայի ացետատում):

Ջրանցքային փոխադրում. Բարձր ճնշման տակ կապված ջուրը անցնում է ջրանցքներով «ջրածնային կապի ցատկի» միջոցով, մինչդեռ լուծված նյութերը պահպանվում են չափի բացառման պատճառով։

Արդյունավետություն՝

Աղի մերժման մակարդակը՝ 98%-99.9% (TDS

Ծանր մետաղների հեռացման մակարդակը՝ >99.9% (կապար, մկնդեղ և այլն):

Հիմնական ազդող գործոնները

Աշխատանքային ճնշում
Պետք է լինի > լուծույթի օսմոտիկ ճնշում, սովորաբար 60-80 բար՝ արդյունաբերական կիրառությունների համար (աղազրկում), և 2-4 բար՝ կենցաղային օգտագործման համար։

Ջերմաստիճան՝ 5-45℃ (բարձր ջերմաստիճանը առաջացնում է թաղանթի ծակոտիների դեֆորմացիա)

pH միջակայք՝ 4-11 (պոլիամիդային թաղանթ), 5-6 (ցելյուլոզային ացետատային թաղանթ):

Աղտոտիչների տեսակը

Անօրգանական շերտավորում (օրինակ՝ CaCO3)₃): Պահանջում է կիտրոնաթթվով մաքրում pH=2-ի դեպքում

Կենսաբանական աղտոտում (օրինակ՝ բակտերիալ թաղանթներ). մշակվում է DBNPA ախտահանիչով։

Կիրառման սցենարներ և թաղանթի տեսակի ընտրություն

Ծովի ջրի աղազրկում Պոլիամիդային կոմպոզիտային թաղանթ (TFC) Բարձր ճնշման դիմադրություն (>60 բար), 99% աղազրկման արագություն

Տնային ջրի մաքրում Սպիրալաձև կոմպոզիտային թաղանթ Ցածր ճնշման աշխատանք (2-4 բար), էներգախնայողություն 30%:

Արդյունաբերական մաքուր ջուր (էլեկտրոնային չիպեր) Գերցածր ճնշման կոմպոզիտային թաղանթ։ Արտադրանքի ջրակայունություն՝ 18 ՄΩ·սմ։