Зворотній осмос і ультрафільтрування

Зворотнім осмосом і ультрафільтруванням називають процеси фільтрування розчинів через напівпроникні мембрани, що вибірково пропускають розчинник і повністю або частково затримують молекули розчинених у них речовин, під тиском, що перевищує осмотичний тиск.

У основі цих методів лежить явище осмосу - мимовільного переходу розчинника (води) у розчин через напівпроникну мембрану.

Тиск π у розчині, що змушує розчинник переходити через мембрану, називають осмотичним. Створивши над розчином тиск p₁, рівний осмотичному, осмос припиняється і встановлюється стан рівноваги. Якщо над розчином створити надлишковий тиск p₂, що перевищує осмотичний тиск π на величину Δp, то перехід розчинника буде здійснюватися у зворотному напрямку і тоді процес називають зворотнім осмосом. Величина осмотичного тиску π (Па) для розчинів визначається згідно рівняння Вант-Гоффа

Механізм фільтрування через пористу мембрану пояснюється тим, що пори такої мембрани досить великі, щоб пропускати молекули розчинника, але занадто малі, щоб пропускати молекули розчинених речовин. При зворотному осмосі відокремлюються частки (молекули, гідратовані іони), розміри яких не перевищують розмірів молекул розчинника.

При ультрафільтруванні розмір відокремлюваних часток d,_l на порядок більше. У процесі ультрафільтрування мембраною затримуються високомолекулярні речовини, а низькомолекулярні речовини і розчинник вільно проходять через пори мембрани. При зворотному осмосі мембраною затримуються як високомолекулярні речовини, так і більша частина низькомолекулярних речовин, а проходить через пори мембрани майже чистий розчинник.

Умовні межі застосування цих процесів наступні:

- зворотній осмос: d₄ = 0,0001-0,001 мкм;

- ультрафільтрування: й_ч = 0,001-0,02 мкм;

- макрофільтрування: ⅛ = 0,02-10 мкм.

Тиск, необхідний для проведення процесу зворотного осмосу (6-10 МПа), значно більший, ніж для процесу ультрафільтрування (0,1-0,5 МПа).

Конструкція апаратів для проведення процесів зворотного осмосу і ультрафільтрування повинна забезпечувати значну поверхню мембран на одиниці об'єму, механічну міцність і герметичність (рис. 3.11). За способом укладання мембран апарати поділяються на чотири основні типи:

1) фільтр-прес з плоскопаралельними фільтрувальними пристроями;

2) з трубчатими фільтрувальними елементами;

3) з рулонними або спіральними елементами;

4) з мембранами у вигляді порожнистих волокон.

1 - насос; 2 - модуль зворотного осмосу; 3 - мембрана; 4 - випусковий клапан Рисунок 3.11 - Схема установки зворотного осмосу

3.2.6