Кантип RO мембранасы 99,9% туздан баш тартууга жетишет?

Тескери осмос мембранасы (RO мембранасы) табигый осмос процессине каршы туруу боюнча негизги принцип боюнча иштейт. Бул жерде анын иштөө механизмин терең талдоо:

Табигый осмос менен тескери осмостун физикалык салыштыруусу

Табигый осмос кубулушу жарым өткөргүч мембрананын эки тарабында (мисалы, таза суу жана туздуу суу) концентрациясынын айырмасы болгондо, суунун молекулалары эки тараптагы концентрациялар тең салмакталганга чейин аз концентрациялуу тараптан жогорку концентрациялуу тарапка өзүнөн-өзү агып кетет. Бул учурда суюктуктун бетинин бийиктик айырмасынан пайда болгон басым осмостук басым болуп саналат.

Суюлтулган эритменин осмостук басымы π: π = iCRT (мында i - эриген заттын молекулаларынын электролизинде пайда болгон иондордун саны; C - эриген заттын молярдык концентрациясы; R - молярдык газдын константасы; T - абсолюттук температура).
Мисалы, деңиз суусунун осмостук басымы 28 барга чейин жогору, бул суунун агымын тескери кылуу үчүн көбүрөөк басымды талап кылат.

Кайтарым Осмостун "Жогорку басымдагы каршы агымы" туздуу тарапка басым көрсөтүүдө (>осмостук басым) суу молекулаларын тескери агып, "туздуу суу → таза суудан" тескери концентрация градиентинин миграциясына жетишет.

Тескери осмос учурунда эриткичтин осмостук ылдамдыгы, башкача айтканда суюктуктун агымынын энергиясы N: N=Kh(Δp)-Δπ) (мында Kh – гидравликалык өткөрүмдүүлүк коэффициенти, ал температурага жараша бир аз жогорулайт; Δp – мембранадагы статикалык басымдын айырмасы; Δπ – мембранадагы осмостук басымдын айырмасы).

Бул учурда: Таза суу тарапта: Өткөн суу молекулаларын чогултуу (промета), Концентрленген суу тарапта: Тузду, оор металлдарды жана башка аралашмаларды (концентрат) кармап калуу.

Мембрананын структурасынын өтө тактыгы

Сэндвич структурасы:

Колдоо катмары: токулган эмес кездеме (калыңдыгы ≈ 120 мкм) - жогорку басымга туруштук берүүчү "болот каркас".

Тешиктүү катмар: Полисульфон материалы (тешикчелердин өлчөмү 0,01-0,1 мкм) - ылай, кум жана дат басып турган "биринчи коргонуу линиясы".

Активдүү катмар: Полиамид пленкасы (калыңдыгы ≈ 200 нм) - чыныгы "молекулярдык калыс", тешикчелердин көлөмү болгону 0,1-1 нм (≈ суу молекулаларынын өлчөмүнөн эки эсе чоң).

Салыштыруу маалыматтары:

Вирустун диаметри (0,02-0,3 мкм) > Мембрананын тешикчелеринин көлөмү 3000 эсе.

Бактериялардын өлчөмү (0,5-5 мкм) > Мембрананын тешикчелеринин көлөмү 5000 эсе.

Классикалык моделдердин теориясы

• Чечим-диффузия модели

Негизги божомол: мембрана тешикчелери жок бир тектүү түзүлүш жана эриген зат жана эриткич мембраналык материалга эрүү жана диффузия аркылуу өтөт.

Өтүү процесси:

Эрүү: Суу молекулалары жана эриген заттар мембрана бетинде адсорбцияланып, мембраналык материалга эрийт;
Диффузия: Химиялык потенциал градиентинин кыймылдаткыч күчү астында (басым айырмасы) суу молекулалары мембрана аркылуу артыкчылыктуу диффузияланат;

Десорбция: мембрананын башка тарабында таза суу катары чыгарылат.

Математикалык туюнтма: Суу агымы Jw = A(ΔP − Dp), мында А – мембрананын өткөрүмдүүлүк коэффициенти, ДP - колдонулган басым, жана Дп осмостук басымдын айырмасы болуп саналат.

• Артыкчылыктуу адсорбция-капиллярдык агым модели

Негизги божомол: Мембрананын бетинде наноөлчөмдүү каналдар бар, алар суу молекулаларын "байланышкан суунун" бир катмарын пайда кылуу үчүн адсорбциялайт, ал эми эриген заттар итерилип кетет.

Берүү механизми:

Тандалма адсорбция: мембрана бети суутек байланыштары аркылуу суу молекулаларын тандап адсорбциялайт (мисалы, целлюлоза ацетатындагы карбонил кычкылтек);

Канал транспорту: Жогорку басымдын астында туташкан суу каналдар аркылуу "суутек байланышы секирүү" аркылуу өтөт, ал эми эриген заттар өлчөмүн алып салуудан улам сакталып калат.

Аткаруу:

Тузду четке кагуу деңгээли: 98%-99,9% (TDS

Оор металлды тазалоо көрсөткүчү: >99,9% (коргошун, мышьяк ж.б.).

Негизги таасир этүүчү факторлор

Иштөө басымы
> эритме осмостук басым болушу керек, адатта өнөр жайлык колдонуу үчүн 60-80 бар (тузундаштыруу), ал эми тиричилик үчүн 2-4 бар.

Температура: 5-45℃ (жогорку температура мембрана тешикчесинин деформациясын пайда кылат)

рН диапазону: 4-11 (полиамиддик мембрана), 5-6 (целлюлоза ацетат мембранасы).

Булгоочу заттардын түрү

Органикалык эмес масштабдоо (мисалы, CaCO₃): рН=2 лимон кислотасын тазалоону талап кылат

Биологиялык булгануу (мисалы, бактериялык пленкалар): DBNPA санитардык тазалоочу каражаты менен иштетилген.

Колдонмо сценарийлери жана мембрананын түрүн тандоо

Деңиз суусун тузсуздандыруу Полиамиддик композиттик мембрана (TFC) Жогорку басымга туруктуулук (＞60 бар), 99% тузсуздаштыруу

Үйдөгү сууну тазалоо Спиралдык композиттик мембрана Төмөн басымда иштөө (2-4 бар), энергияны үнөмдөө 30%.

Өнөр жай таза суу (электрондук чиптер) Ультра төмөн басымдагы композиттик мембрана Продукт суу каршылыгы 18 MΩ·cm.