როგორ აღწევს RO მემბრანა მარილის 99.9%-იან უარყოფას?

უკუოსმოსის მემბრანა (RO მემბრანა) მოქმედებს ბუნებრივი ოსმოსური პროცესის წინააღმდეგობის ძირითადი პრინციპით. აქ მოცემულია მისი მუშაობის მექანიზმის სიღრმისეული ანალიზი:

ბუნებრივი ოსმოსისა და უკუ ოსმოსის ფიზიკური შედარება

ბუნებრივი ოსმოსის ფენომენი არის ის, როდესაც ნახევრადგამტარი მემბრანის (მაგალითად, მტკნარი და მარილიანი წყლის) ორივე მხარეს კონცენტრაციების სხვაობაა, წყლის მოლეკულები სპონტანურად გადაადგილდებიან დაბალი კონცენტრაციის მხრიდან მაღალი კონცენტრაციის მხარეს, სანამ ორივე მხარეს კონცენტრაციები არ დაბალანსდება. ამ ეტაპზე, სითხის ზედაპირის სიმაღლის სხვაობით წარმოქმნილი წნევა ოსმოსური წნევაა.

განზავებული ხსნარის ოსმოსური წნევა π არის: π = iCRT (სადაც i არის გახსნილი ნივთიერების მოლეკულების ელექტროლიზის შედეგად წარმოქმნილი იონების რაოდენობა; C არის გახსნილი ნივთიერების მოლური კონცენტრაცია; R არის მოლური აირის მუდმივა; T არის აბსოლუტური ტემპერატურა.)
მაგალითად, ზღვის წყლის ოსმოსური წნევა 28 ბარს აღწევს, რაც წყლის ნაკადის შესაბრუნებლად უფრო დიდ წნევას მოითხოვს.

უკუ ოსმოსის „მაღალი წნევის საპირისპირო ნაკადი“ გულისხმობს მარილიან მხარეს ზეწოლის (>ოსმოსური წნევის) გამოყენებას, რაც წყლის მოლეკულებს აიძულებს, უკუდინებაში იმოძრაონ, რითაც მიიღწევა „მარილიანი წყლიდან → სუფთა წყალიდან“ კონცენტრაციის გრადიენტის უკუმიგრაცია.

უკუოსმოსის დროს გამხსნელის ოსმოსური სიჩქარე, ანუ სითხის ნაკადის ენერგია N, არის: N=Kh(Δp-Δπ) (სადაც Kh არის ჰიდრავლიკური გამტარობის კოეფიციენტი, რომელიც ოდნავ იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად; Δp არის მემბრანაზე სტატიკური წნევის სხვაობა; Δπ არის მემბრანაზე ოსმოსური წნევის სხვაობა).

ამ ეტაპზე: სუფთა წყლის მხარეს: გამავალი წყლის მოლეკულების შეგროვება (შეღწევა), კონცენტრირებული წყლის მხარეს: მარილის, მძიმე მეტალების და სხვა მინარევების შეკავება (კონცენტრატი).

მემბრანული სტრუქტურის უკიდურესი სიზუსტე

სენდვიჩის სტრუქტურა:

საყრდენი ფენა: უქსოვი ქსოვილი (სისქე ≈ 120 მკმ) - „ფოლადის ჩარჩო“, რომელიც უძლებს მაღალ წნევას.

ფოროვანი ფენა: პოლისულფონური მასალა (ფორების ზომა 0.01-0.1 მკმ) - „დაცვის პირველი ხაზი“, რომელიც ებრძვის ტალახს, ქვიშას და ჟანგს.

აქტიური ფენა: პოლიამიდის აპკი (სისქე ≈ 200 ნმ) - ნამდვილი „მოლეკულური რეფერენტი“, რომლის ფორების ზომა მხოლოდ 0.1-1 ნმ-ია (≈ წყლის მოლეკულების ზომის ორჯერ მეტი).

შედარების მონაცემები:

ვირუსის დიამეტრი (0.02-0.3 მკმ) > მემბრანის ფორების ზომა 3000-ჯერ მეტია.

ბაქტერიის ზომა (0.5-5 მკმ) > მემბრანის ფორების ზომა 5000-ჯერ მეტია.

კლასიკური მოდელის თეორია

• ხსნარის დიფუზიის მოდელი

ძირითადი დაშვება: მემბრანა არის ერთგვაროვანი სტრუქტურა ფორების გარეშე, ხოლო გახსნილი და გამხსნელი გადადის მემბრანის მასალაში გახსნისა და დიფუზიის გზით.

გადაცემის პროცესი:

გახსნა: წყლის მოლეკულები და გახსნილი ნივთიერებები შეიწოვება მემბრანის ზედაპირზე და იხსნება მემბრანის მასალაში;
დიფუზია: ქიმიური პოტენციალის გრადიენტის (წნევის სხვაობის) მამოძრავებელი ძალის ქვეშ, წყლის მოლეკულები უპირატესად დიფუზირდებიან მემბრანაში;

დესორბცია: გამოიყოფა სუფთა წყლის სახით მემბრანის მეორე მხარეს.

მათემატიკური გამოსახულება: წყლის ნაკადი Jw = A(ΔP − დპ), სადაც A არის მემბრანის გამტარიანობის კოეფიციენტი, დP არის გამოყენებული წნევა და დპ არის ოსმოსური წნევის სხვაობა.

• პრეფერენციული ადსორბციულ-კაპილარული ნაკადის მოდელი

ძირითადი ვარაუდი: მემბრანის ზედაპირს აქვს ნანომასშტაბიანი არხები, რომლებიც უპირატესად შთანთქავენ წყლის მოლეკულებს „შეკრული წყლის“ მონოშრის წარმოსაქმნელად, მაშინ როცა გახსნილი ნივთიერებები მოიგერიეს.

გადაცემის მექანიზმი:

შერჩევითი ადსორბცია: მემბრანის ზედაპირი შერჩევითად შთანთქავს წყლის მოლეკულებს წყალბადის ბმების მეშვეობით (მაგ., კარბონილის ჟანგბადი ცელულოზის აცეტატში);

არხებით ტრანსპორტირება: მაღალი წნევის ქვეშ, შეკრული წყალი არხებში „წყალბადური ბმის ნახტომის“ გზით გადის, ხოლო გახსნილი ნივთიერებები ზომის გამორიცხვის გამო ნარჩუნდება.

შესრულება:

მარილის უარყოფის მაჩვენებელი: 98%-99.9% (TDS

მძიმე მეტალების მოცილების მაჩვენებელი: >99.9% (ტყვია, დარიშხანი და ა.შ.).

ძირითადი გავლენის ფაქტორები

სამუშაო წნევა
ხსნარის ოსმოსური წნევა უნდა იყოს >, როგორც წესი, 60-80 ბარი სამრეწველო გამოყენებისთვის (გამტკნარება) და 2-4 ბარი საყოფაცხოვრებო გამოყენებისთვის.

ტემპერატურა: 5-45℃ (მაღალი ტემპერატურა იწვევს მემბრანის ფორების დეფორმაციას)

pH დიაპაზონი: 4-11 (პოლიამიდის მემბრანა), 5-6 (ცელულოზის აცეტატის მემბრანა).

დამაბინძურებლების ტიპი

არაორგანული სკალირება (მაგ., CaCO3₃): საჭიროებს ლიმონმჟავას გაწმენდას pH=2-ზე

ბიოლოგიური დაბინძურება (მაგ., ბაქტერიული აპკები): დამუშავებულია DBNPA სადეზინფექციო საშუალებით.

გამოყენების სცენარები და მემბრანის ტიპის შერჩევა

ზღვის წყლის გამტკნარება პოლიამიდის კომპოზიტური მემბრანა (TFC) მაღალი წნევის წინააღმდეგობა (>60 ბარი), 99%-იანი გამტკნარების მაჩვენებელი

სახლის წყლის გამწმენდი სპირალური კომპოზიტური მემბრანა დაბალი წნევით მუშაობა (2-4 ბარი), ენერგიის დაზოგვა 30%.

სამრეწველო სუფთა წყალი (ელექტრონული ჩიპები) ულტრადაბალი წნევის კომპოზიტური მემბრანა პროდუქტის წყლის წინაღობა 18 MΩ·სმ.