आरओ झिल्लीले ९९.९% नुन अस्वीकृति कसरी प्राप्त गर्छ?
रिभर्स ओस्मोसिस मेम्ब्रेन (आरओ मेम्ब्रेन) प्राकृतिक ओस्मोटिक प्रक्रियाको प्रतिरोध गर्ने मूल सिद्धान्तमा काम गर्छ। यहाँ यसको कार्य संयन्त्रको गहन विश्लेषण छ:
प्राकृतिक असमोसिस र रिभर्स असमोसिसको भौतिक तुलना
प्राकृतिक ओस्मोसिस घटना भनेको अर्धपारगम्य झिल्ली (जस्तै ताजा पानी र नुनिलो पानी) को दुबै छेउमा सांद्रता भिन्नता हुँदा, पानीका अणुहरू कम सांद्रता पक्षबाट उच्च सांद्रता पक्षमा सहज रूपमा बग्नेछन् जबसम्म दुबै छेउको सांद्रता सन्तुलित हुँदैन। यस बिन्दुमा, तरल सतहको उचाइ भिन्नताबाट उत्पन्न हुने दबाबलाई ओस्मोटिक दबाब भनिन्छ।
पातलो घोलको आस्मोटिक प्रेसर π हो: π = iCRT (जहाँ i भनेको घुलनशील अणुहरूको इलेक्ट्रोलिसिसबाट उत्पन्न हुने आयनहरूको संख्या हो; C भनेको घुलनको मोलर सांद्रता हो; R भनेको मोलर ग्यास स्थिरांक हो; T भनेको निरपेक्ष तापक्रम हो।)
उदाहरणका लागि, समुद्री पानीको आस्मोटिक चाप २८ बार जति उच्च हुन्छ, जसलाई पानीको प्रवाहलाई उल्ट्याउन बढी चाप चाहिन्छ।
रिभर्स ओस्मोसिसको "उच्च-दबाव काउन्टर-फ्लो" ले नुनिलो पक्षमा दबाब दिइरहेको छ (> ओस्मोटिक प्रेसर) जसले पानीका अणुहरूलाई उल्टो प्रवाह गर्न बाध्य पार्छ, "नुनिलो पानी → शुद्ध पानी" बाट उल्टो सांद्रता ग्रेडियन्ट माइग्रेसन प्राप्त गर्दछ।
रिभर्स ऑस्मोसिसको समयमा, विलायकको ऑस्मोटिक दर, अर्थात्, तरल प्रवाह ऊर्जा N, हुन्छ: N=Kh(Δp-Δπ) (जहाँ Kh हाइड्रोलिक पारगम्यता गुणांक हो, जुन तापक्रमसँगै थोरै बढ्छ; Δp झिल्लीभरि स्थिर चाप भिन्नता हो; Δπ झिल्लीभरि ओस्मोटिक चाप भिन्नता हो)।
यस बिन्दुमा: शुद्ध पानी तर्फ: पानीका अणुहरू जम्मा गर्ने (छिर्ने), गाढा पानी तर्फ: नुन, भारी धातुहरू, र अन्य अशुद्धताहरू (गाढा) राख्ने।
झिल्ली संरचनाको चरम परिशुद्धता
स्यान्डविच संरचना:
समर्थन तह: नबुनेको कपडा (मोटाई ≈ १२० μm) - उच्च चाप सहन सक्ने "स्टील फ्रेम"।
छिद्रयुक्त तह: पोलिसल्फोन पदार्थ (छिद्र आकार ०.०१-०.१ μm) - "प्रतिरक्षाको पहिलो रेखा" जसले हिलो, बालुवा र खियालाई रोक्छ।
सक्रिय तह: पोलिमाइड फिल्म (मोटाई ≈ २०० एनएम) - वास्तविक "आणविक रेफरी", जसको छिद्र आकार केवल ०.१-१ एनएम (पानी अणुहरूको आकारको ≈ दोब्बर) हुन्छ।
तुलना डेटा:
भाइरस व्यास (०.०२-०.३ μm) > झिल्लीको छिद्रको आकार ३००० गुणा।
ब्याक्टेरियाको आकार (०.५-५ μm) > झिल्लीको छिद्रको आकार ५००० गुणा।
शास्त्रीय मोडेल सिद्धान्त
- समाधान-प्रसार मोडेल
मुख्य धारणा: झिल्ली छिद्र बिनाको एकसमान संरचना हो, र घुलनशील र विलायक विघटन र प्रसार मार्फत झिल्ली सामग्रीमा स्थानान्तरण गरिन्छ।
प्रसारण प्रक्रिया:
विघटन: पानीका अणुहरू र घुलनशील पदार्थहरू झिल्लीको सतहमा सोस्छन् र झिल्लीको पदार्थमा घुल्छन्;
प्रसार: रासायनिक सम्भाव्य ढाँचा (दबाव भिन्नता) को प्रेरक शक्ति अन्तर्गत, पानीका अणुहरू प्राथमिकताका साथ झिल्ली मार्फत फैलिन्छन्;
अवशोषण: झिल्लीको अर्को छेउमा शुद्ध पानीको रूपमा छोडिन्छ।
गणितीय अभिव्यक्ति: पानीको प्रवाह Jw = A(ΔP) - डीपी), जहाँ A झिल्ली पारगम्यता गुणांक हो, घP लागू गरिएको चाप हो, र डीपी यो ओस्मोटिक प्रेसरको भिन्नता हो।
- अधिमान्य सोखना-केशिका प्रवाह मोडेल
मुख्य धारणा: झिल्लीको सतहमा न्यानोस्केल च्यानलहरू हुन्छन्, जसले प्राथमिकताका साथ पानीका अणुहरूलाई "बाउन्ड वाटर" को एकल तह बनाउन सोस्छन्, जबकि घुलनशील पदार्थहरूलाई विस्थापित गरिन्छ।
प्रसारण संयन्त्र:
छनौटपूर्ण सोखना: झिल्लीको सतहले हाइड्रोजन बन्धन मार्फत पानीका अणुहरूलाई छनौट रूपमा सोख्छ (जस्तै, सेल्युलोज एसीटेटमा कार्बोनिल अक्सिजन);
च्यानल ट्रान्सपोर्ट: उच्च चापमा, बाँधिएको पानी "हाइड्रोजन बन्धन जम्पिङ" मार्फत च्यानलहरूबाट जान्छ, जबकि आकार बहिष्कारको कारणले गर्दा घुलनशील पदार्थहरू कायम रहन्छन्।
प्रदर्शन:
नुन अस्वीकृति दर: ९८%-९९.९% (डिसेलिनेशन पछि TDS
भारी धातु हटाउने दर: >९९.९% (सिसा, आर्सेनिक, आदि)।
प्रमुख प्रभाव पार्ने कारकहरू
सञ्चालन चाप
> घोलको ओस्मोटिक प्रेसर हुनुपर्छ, सामान्यतया औद्योगिक प्रयोगको लागि (डिसेलिनेशन) ६०-८० बार, र घरायसी प्रयोगको लागि २-४ बार।
तापक्रम: ५-४५℃ (उच्च तापक्रमले झिल्लीको छिद्र विकृति निम्त्याउँछ)
pH दायरा: ४-११ (पोलिमाइड झिल्ली), ५-६ (सेलुलोज एसीटेट झिल्ली)।
प्रदूषकहरूको प्रकार
अजैविक स्केलिंग (जस्तै, CaCO₃): pH=2 मा साइट्रिक एसिड सफा गर्न आवश्यक छ
जैविक प्रदूषण (जस्तै, ब्याक्टेरिया फिल्महरू): DBNPA सेनिटाइजरले उपचार गरिएको।
अनुप्रयोग परिदृश्यहरू र झिल्ली प्रकार चयन
समुद्री पानी डिसेलिनेशन पोलिमाइड कम्पोजिट मेम्ब्रेन (TFC) उच्च-दबाव प्रतिरोध (＞६० बार), ९९% डिसेलिनेशन दर
घरको पानी शुद्धीकरण सर्पिल कम्पोजिट झिल्ली कम चाप सञ्चालन (२-४ बार), ऊर्जा बचत ३०%।
औद्योगिक शुद्ध पानी (इलेक्ट्रोनिक चिप्स) अति-कम दबाव कम्पोजिट झिल्ली उत्पादन पानी प्रतिरोधकता १८ MΩ·cm।