Si arrin membrana RO të refuzojë kripën në 99.9%?
Membrana e osmozës së kundërt (membrana RO) funksionon sipas parimit kryesor të kundërshtimit të procesit natyror osmotik. Ja një analizë e thelluar e mekanizmit të saj të funksionimit:
Krahasimi fizik i osmozës natyrore dhe osmozës së kundërt
Fenomeni Natyror i Osmozës është kur ka një ndryshim përqendrimi në të dyja anët e një membrane gjysmë të përshkueshme (siç është uji i ëmbël dhe uji i kripur), molekulat e ujit do të rrjedhin spontanisht nga ana e përqendrimit të ulët në anën e përqendrimit të lartë derisa përqendrimet në të dyja anët të ekuilibrohen. Në këtë pikë, presioni i gjeneruar nga ndryshimi i lartësisë së sipërfaqes së lëngut është presioni osmotik.
Presioni osmotik π i një tretësire të holluar është: π = iCRT (ku i është numri i joneve të gjeneruara nga elektroliza e molekulave të tretësirës; C është përqendrimi molar i tretësirës; R është konstantja molare e gazit; T është temperatura absolute.)
Për shembull, presioni osmotik i ujit të detit është deri në 28 bar, duke kërkuar presion më të madh për të ndryshuar rrjedhën e ujit.
"Kundërrrjedha me Presion të Lartë" e Osmozës së Kundërt është aplikimi i presionit në anën e kripës (>presion osmotik) që i detyron molekulat e ujit të rrjedhin në të kundërt, duke arritur migrimin e kundërt të gradientit të përqendrimit nga "uji i kripur → uji i pastër".
Gjatë osmozës së kundërt, shpejtësia osmotike e tretësit, pra energjia e rrjedhjes së lëngut N, është: N=Kh(Δp-Δπ) (ku Kh është koeficienti i përshkueshmërisë hidraulike, i cili rritet pak me temperaturën; Δp është ndryshimi i presionit statik nëpër membranë; Δπ është ndryshimi i presionit osmotik nëpër membranë).
Në këtë pikë: Në anën e ujit të pastër: Mbledhja e molekulave të ujit që kalojnë (depërtojnë), Në anën e ujit të koncentruar: Mbajtja e kripës, metaleve të rënda dhe papastërtive të tjera (koncentrati).
Saktësi ekstreme e strukturës së membranës
Struktura sanduiç:
Shtresa mbështetëse: Pëlhurë jo e endur (trashësi ≈ 120 μm) - "korniza e çelikut" që i reziston presionit të lartë.
Shtresa poroze: Material polisulfon (madhësia e poreve 0.01-0.1 μm) - "vija e parë e mbrojtjes" që kap baltën, rërën dhe ndryshkun.
Shtresa aktive: Film poliamidi (trashësi ≈ 200 nm) - "arbitri molekular" i vërtetë, me një madhësi poresh prej vetëm 0.1-1 nm (≈ dyfishi i madhësisë së molekulave të ujit).
Të dhëna krahasimi:
Diametri i virusit (0.02-0.3 μm) > Madhësia e poreve të membranës 3000 herë.
Madhësia e baktereve (0.5-5 μm) > Madhësia e poreve të membranës 5000 herë.
Teoria klasike e modelit
- Modeli i Zgjidhjes-Difuzionit
Supozimi thelbësor: Membrana është një strukturë homogjene pa pore, dhe lënda e tretur dhe tretësi transferohen nëpërmjet tretjes në materialin e membranës dhe difuzionit.
Procesi i transmetimit:
Tretja: Molekulat e ujit dhe substancat e tretura adsorbohen në sipërfaqen e membranës dhe treten në materialin e membranës;
Difuzioni: Nën forcën lëvizëse të gradientit të potencialit kimik (ndryshimi i presionit), molekulat e ujit shpërndahen me përparësi përmes membranës;
Desorbimi: Lëshohet si ujë i pastër në anën tjetër të membranës.
Shprehje matematikore: Fluksi i ujit Jw = A(ΔP − Dp), ku A është koeficienti i përshkueshmërisë së membranës, DP është presioni i aplikuar, dhe Dp është ndryshimi i presionit osmotik.
- Modeli i Adsorbimit Preferencial - Rrjedha Kapilare
Supozimi kryesor: Sipërfaqja e membranës ka kanale në shkallë nano, të cilat adsorbojnë në mënyrë preferenciale molekulat e ujit për të formuar një shtresë monolitike të "ujit të lidhur", ndërsa substancat e tretura shtyhen prapa.
Mekanizmi i transmetimit:
Adsorbimi selektiv: Sipërfaqja e membranës adsorbon në mënyrë selektive molekulat e ujit nëpërmjet lidhjeve hidrogjenore (p.sh., oksigjeni karbonil në acetatin e celulozës);
Transporti i kanalit: Nën presion të lartë, uji i lidhur kalon nëpër kanale nëpërmjet "kërcimit të lidhjes së hidrogjenit", ndërsa substancat e tretura mbahen për shkak të përjashtimit të madhësisë.
Performanca:
Shkalla e refuzimit të kripës: 98%-99.9% (TDS
Shkalla e largimit të metaleve të rënda: >99.9% (plumb, arsenik, etj.).
Faktorët kryesorë ndikues
Presioni i funksionimit
Duhet të jetë > presioni osmotik i tretësirës, zakonisht 60-80 bar për aplikime industriale (desalinim) dhe 2-4 bar për përdorim shtëpiak.
Temperatura: 5-45℃ (temperatura e lartë shkakton deformim të poreve të membranës)
Diapazoni i pH-it: 4-11 (membrana poliamide), 5-6 (membrana e acetatit të celulozës).
Lloji i ndotësve
Shkallëzim inorganik (p.sh., CaCO3₃Kërkon pastrim me acid citrik në pH=2
Kontaminimi biologjik (p.sh., filma bakterialë): Trajtohet me dezinfektues DBNPA.
Skenarët e Aplikimit dhe Përzgjedhja e Llojit të Membranës
Desalcimi i ujit të detit Membranë kompozite poliamide (TFC) Rezistencë ndaj presionit të lartë (>60 bar), shkalla e desalinimit 99%
Pastrim uji në shtëpi Membranë spirale kompozite Funksionim me presion të ulët (2-4 bar), kursim energjie 30%.
Ujë i pastër industrial (çipa elektronikë) Membranë kompozite me presion ultra të ulët Rezistenca e produktit ndaj ujit 18 MΩ·cm.