Мембраны для опреснения воды обратным осмосом

Рис. 17.8. Схема процесса опреснения воды методом обратного осмоса. Давление, создаваемое насосом высокого давления, превышает осмотическое давление соленой воды относительно пресной, Благодаря этому пресная вода просачивается через полупроницаемую мембрану. Чтобы предотвратить накопление соли вблизи мембраны, насос должен постоянно прокачивать по трубам соленую воду. На практике трубы должны иметь очень малый диаметр, и поэтому установку приходится изготовлять из многих тысяч труб.

При опреснении воды методом обратного осмоса пресную воду отделяют от растворенных в ней солей при помощи мембраны, проницаемой для воды, но непроницаемой для солей. Как было изложено в разд. 12.6, ч. 1, для этого необходимо наличие селективной мембраны, пропускающей только воду, но задерживающей растворенные в ней вещества. Если поместить такую мембрану между рассолом и пресной водой, тенденция к выравниванию концентраций по обе стороны мембраны заставит воду проникать через мембрану в рассол. Этому процессу можно воспрепятствовать, при- [c.154]

Обратный осмос - процесс фильтрации растворов под давлением, превышающим осмотическое, через мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы и ионы растворенных веществ. В основе этого метода лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении - обратный осмос. Обратный осмос - метод опреснения и обессоливания воды, широко используемый в энергетике, в медицинской, пищевой, химической промышленности, а также для улучшения качества технической и питьевой воды. Исключительный интерес представляет применение обратного осмоса для очистки промышленных и бытовых стоков. [c.563]

В процессе опреснения воды обратным осмосом возникает явление концентрационной поляризации — повышение концентрации солей вблизи поверхности мембраны вследствие преимущественного переноса через нее молекул воды. Это приводит к уменьшению эффективного давления, так как возрастает осмотическое давление раствора, и способствует отложению на поверхности мембран малорастворимых солей. Для устранения этих нежелательных процессов предложено турбулизировать пограничный слой воды (Re > 2100). Наиболее просто достигнуть высоких скоростей протекания обрабатываемой воды без заметного увеличения расхода энергии, используя трубчатые элементы. [c.675]

Отрицательное влияние гидролиза лучше пояснить на примере асимметричной ацетатцеллюлозной мембраны, применяемой для опреснения воды обратным осмосом. В данном случае происходит катализируемый кислотой гидролиз звеньев р-глюкозида, связывающих звенья ангидро-глюкозы в полимерную цепь. Происходящее уменьшение молекулярной массы приводит, во-первых, к постепенному ухудшению механических свойств и к неизбежному внезапному прорыву мембраны. Гидролиз, катализируемый основанием, вызывает постепенное деацилирование, по многим каналам влияющее на проницаемость, селективность и механические свойства. Если гидролиз идет быстро, проницаемость может возрастать благодаря увеличению числа гидрофильных гидроксильных групп. Если гидролиз идет медленно, увеличение гидрофильности может быть незаметным из-за увеличения сжатия и последующего снижения проницаемости вследствие того, что гидролизованный сополимер легче пластифицируется водой. Селективность падает из-за уменьшения числа гидрофобных ацетатных групп, служащих поперечными мостиками между соседними звеньями, а также вследствие того, что за большими ацетильными группами остаются пустоты, которые сейчас же заполняются сольватирующей ионы водой. [c.71]

В технологии опреснения воды методом обратного осмоса широкое распространение получили полупроницаемые мембраны из ацетилцеллюлозы [1—3. Они обладают достаточно высокими значениями водопроницаемости и селективности. Однако, как и многим другим пленкам, изготовленным на [c.118]

В соответствии с представлениями С. М. Гамзатова, слой I может играть роль мембраны и, следовательно, через него независимо от минерализации поровой воды при определенных условиях (перепаде давления) может просачиваться пресная или опресненная вода. Если такое явление (обратный осмос) будет иметь место, то это приведет к снижению минерализации поровых вод (разбавление). Последнее обусловит новое равновесие — утолщение гидратных оболочек вокруг частиц глинистых минералов, ослабление естественных связей и, в конечном итоге, снижение устойчивости стенок скважин. Видимо, явления химического [c.93]

Обратный осмос (разд. 17.3)-метод опреснения соленой воды ее процеживанием под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие только чистую воду, но задерживающие растворенные в ней соли. [c.167]

В других случаях влияние особой структуры гидратных слоев на образование нерастворяющего объема и зависящие от него явления четко проявляются. Так, от него зависит понижение концентрации солей при прохождении их водного раствора через мембрану, служащую для опреснения воды [16]. Необходимо, однако, показать, что эффект нельзя свести к диффузности ионных атмосфер. Для его оценки рассмотрим протекание раствора электролита через плоскопараллельную щель любой толщины, для общности учтя эффект покрытия ионных атмосфер (это тем более необходимо, что для эффективного обратноосмотического понижения концентрации необходимо применять мембраны с весьма узкими порами). Эта задача была решена в работе [16], где установлена роль структурного эффекта в обратном осмосе. [c.18]

Кроме полупроницаемых блоков в опреснительных установках, работающих по принципу обратного осмоса, используются также устройства для предварительной обработки воды, насосы для обеспечения рабочего давления, резервуары и приспособления для очистки и промывки и система для удаления рассола. Предварительная обработка заключается в удалении взвешенных твердых частиц посредством фильтрования или пропуска воды через насадки из активного угля (для предотвращения засорения мембран). Она может также сводиться к регулированию значения pH и добавлению гексаметафосфата натрия для уменьшения осаждения солей. После опреснения иногда требуется дальнейшая обработка для стабилизации очищенной воды, так как углекислый газ может проходить через мембраны вместе с водой. Для удаления растворенных газов используются аэраторы или вакуумная дегазация, а для окончательного регулирования pH вводятся добавки извести и кальцинированной соды. Чтобы поддерживать высокую пропускную способность мембраны, необходимо проводить периодическую очистку ее поверхности. Для удаления любого скопления ионов металлов, осадков солей или органических веществ блоки промывают кислотой и очистительными агентами. [c.213]

Мембраны могут принадлежать к четырем классам. Некоторые из них сравнительно инертны в электрическом отношении, как, например, мембраны из ацетата целлюлозы, используемые для опреснения воды за счет обратного осмоса. К этому же классу можно отнести пористый стеклянный диск. Ионообменные мембраны имеют заряженные группы, связанные с матрицей мембраны [13]. Следовательно, они стремятся вытеснить ионы того же заряда, что и связанный. Так, в катионообменных смолах числа переноса анионов малы. Такие мембраны используются для опреснения воды путем электродиализа. Третий класс содержит стекла, керамику и твердые электролиты [14, 15]. Стеклянная мембрана, в которой число переноса ионов водорода в области изменения химических потенциалов равно единице, применяется для создания электрода, который по существу обратим по ионам водорода, подобно водородному электроду. Такие электроды используются при измерении pH, поскольку они удобнее водородных электродов. Интересный класс составляют биологические мембраны [16, 17], которые стали предметом обстоятельных исследований того, как живые клетки транспортируют вещества и как они генерируют нервные импульсы. [c.163]

Разделение жидкостей и газов с помощью полупроницаемых мембран применяется в различных областях техники, в сельском хозяйстве, медицине, в исследовательских работах и т. п. Наиболее пшрокое применение в последние годы нашли мембраны для опреснения морской и солоноватых вод методом обратного осмоса. Над плотным слоем мембраны иод давлением прокачивается морская или солоноватая вода. За счет разности между приложенным [c.111]

Среди мембранных методов разделения жидких смесей важное место занимают обратный осмос и ультрафильтрация [1—3]. В последние годы их начали применять для опреснения соленых вод, очистки сточных вод, получения воды повышенного качества, концентрирования, технологических растворов в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности. Обратный осмос и ультрафильтрация основаны на фильтровании растворов под давлением, превышающим осмотическое, через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель, но задерживающие растворенные вещества (низкомолекулярные при обратном осмосе и высокомолекулярные при ультрафильтрации). Разделение проходит при температуре окружающей среды без фазовых превращений, поэтому затраты энергии значительно меньше, чем в большинстве других методов разделения (таких как ректификация, кристаллизация, выпаривание и др.). Малая энергоемкость и сравнительная простота аппаратурного оформления обеспечивают высокую экономическую эффективность указанных процессов. [c.319]

Опреснение обратным осмосом. Один из методов выделения пресной воды из морской или материковых солоноватых вод основывается на открытии полимерных мембран, которые допускают перенос воды и почти исключают перенос соли. Соляной раствор с одной стороны мембраны подается под давлением выше осмотического, что приводит к переходу воды через нее к выходному патрубку, где давление низкое. Перемещаясь к поверхности мембраны и через нее, вода переносит соль, имеющую тенденцию накапливаться у поверхности мембраны, пока концентрация соли не достигнет значения, при котором градиент концентрации станет достаточно большим, чтобы вызвать диффузию соли обратно в массу жидкости с такой же скоростью, с какой она переносится по направлению к поверхности потоком воды. Это нарастание концентрации соли у поверхности является серьезным недостатком, поскольку эффективное осмотическое давление, которое должно быть превышено, увеличивается. В результате нужно сообщать раствору большее давление, чтобы вызвать перенос воды, и эксплуатационные расходы возрастают. [c.100]

Мельчайшие пустотелые волокна органического полимера используют для опреснения рассолов методом обратного осмоса. Опреснительный аппарат снабжен цилиндрической трубой длиной около метра, в которую помещен пучок таких параллельных волокон. Путем склейки волокон один конец пучка закрыт другой, открытый конец пучка заделан в пластиковую трубную решетку. Питающая соленая вода подается в аппарат, причем половина ее или больше проходит через стенки волокон, движется по их внутренним капиллярам и через решетку вытекает наружу. Соответствующее количество концентрированного рассола удаляется из аппарата в противоположном от места ввода питания конца. Работа происходит при стационарных условиях. Достоинство применения тонких полых волокон состоит в том, что в одном кубическом метре пространства можно разместить несколько десятков тысяч квадратных метров поверхности мембраны. [c.113]

В настояш,ее время процессы мембранной фильтрации используются в огромном числе технологических схем и сфера их применения все более расширяется. Это главным образом связано с технологической простотой, высокой эффективностью, малой материало- и энергоемкостью мембранных процессов. Например, лишь методы мембранной фильтрации позволяют эффективно выделить из огромных объемов жидкостей и газов практически все содержащиеся там болезнетворные микроорганизмы (стерилизующая фильтрация сред). Классическим примером низкой энергоемкости является обессоливание воды с помощью обратного осмоса затраты в этом случае примерно в 10 раз ниже, чем при опреснении воды дистилляцией. В настоящее время разработаны мембранные аппараты столь компактные, что в очень малом их объеме, равном объему спичечного коробка, можно заключить мембраны с площадью поверхности около одного квадратного метра. [c.7]

Опреснение воды с содержанием NaGl, 4 % производится обратным осмосом при рабочем давлении в 10,3 МПа. До какого значения можно было бы понизить рабочее давление, если бы мембрана идеально пропускала воду а абсолютно [c.173]

Наложение давления на систему, где мембрана разделяет два раствора, также создает поле сил, порождающих потоки через мембрану. Силовое поле неизбежно вызывает поляризацию в высокодисперсных системах как электрическую (индуцированные диполи), так и концентрационную. Аналогично электродиализу, где поле порождает поток электричества (электрический ток), наложение давления создает поток массы жидкости (фильтраг(ию) и вызывает концентрационную поляризацию. Потенциал течения выравнивает ионные потоки противоионов и Кононов (стр. 201), но они отстают от потока растворителя, происходит задержка электролита перед входом в мембрану, разбавление на выходе, и профиль концентрации становится сходным с представленным на рис. ХП. 23, если внешнее поле отсутствует, а фильтрационный поток направлен справа налево. Явление задержки электролита при фильтрации через мембрану называется гиперфнльтра-цией или обратным осмосом (поскольку давление направлено навстречу возникающему осмотическому потоку) и приобретает огромное, все возрастающее значение для опреснения природных вод (см. гл. XVlH). [c.219]

Интерес к методу связан, в первую очередь, с решением технологической задачи опреснения воды, но и этот интерес существенно снизился после появления рассматриваемого в следующем разделе метода обратного осмоса. Практически единственной успешна решаемой с помощью электродиализа через ионообменные мембраны аналитической задачей является выделение и концентрирование микропримесей из нерастворгшых в воде соединений. [c.218]

Опреснение воды с применением обратного осмоса (гиперфильтрации) происходит без фазовых превращений, энергия при этом в основном расходуется на создание давления исходной воды — среды практически несжимае -мой. Осмотическое давление растворов, близких по составу к природным водам, даже при их небольшой минерализации достаточно велико, например для морской воды, содержащей до 3,5% солей, оно составляет примерно 2,5 МПа. В установках по опреснению рекомендуется поддерживать рабочее -давление 5,0—10,0 МПа и выше, так как производительность их определяется разностью между рабочим и осмотическим давлением. Особенностью устано вок обратного осмоса является простота их конструкции и эксплуатации. Основные узлы этих установок — устройства для создания давления (насосы) и разделительные ячейки с полупроницаемыми мембранами. Мембраны, приготовляемые по специальной прописи из смеси ацетатцеллюлозы, ацетона, воды, перхлората магиия и соляной кислоты (соответственно 22,2 66,7 10,0 1,1 0,1% по массе), позволяют снижать концентрацию хлорида натрия в воде с 5,25 до 0,05% и имеют проницаемость 8,5—18,7 л/(м ч) при рабочем давлении 10,0—14,0 МПа срок их службы не менее 6 мес. Активная часть мембран — плотный поверхностный слой толщиной 0,25 мкм с очень мелкими порами, не видимыми в электронный микроскоп. Этот слой соединен с губчатой крупнопористой структурой (поры 0,1 мкм) толщиной 250 мкм, обеспечивающей механическую прочность мембраны и являющейся подложкой селективного поверхностного слоя. Поиск способов приготовления мембран продолжается, так как по предварительным расчетам обратный осмос при повышении проницаемости мембран до 5 м /м в сутки сможет конкурировать с другими способами опреснения воды. [c.674]

Изыскания и разработки по применению обратного осмоса для опреснения воды пока не вышли из стадии лабораторных исследований и полупроиз-водственных испытаний. В разделительных ячейках мембраны располагаются, как и пластины в фильтр-прессах, внутри пористых труб из стеклопластика, в виде спирально навитых на трубу пакетов и др. [c.675]

Растворенные в воде соли удаляют путем дистилляции, электродиализа, ионного обмена и обратного осмоса. Дистилляция — это процесс превращения поступающей на обработку воды в водяной пар, который затем конденсируется. Дистилляция представляет собой один из способов, применяемых для опреснения морской воды. Электродиализ состоит в разделении положительных и отрицательных ионов с помощью селективных мембран, пропускающих при прохождении постоянного электрического тока ионы из обрабатываемого раствора, находящегося по одну сторону мембраны, к концентрированному раствору, находящемуся по другую сторону мембраны. Проблемы, возникающие при электродпализном способе опреснения воды, сопряжены с химическим осаждением слаборастворимых солей и засорением мембраны коллоидными массами. Для предотвращения засорения мембран опресняемая вода из поверхностных источников должна пройти предварительную обработку (химическое осаждение и очистка с использованием активного угля для извлечения из воды молекул органических веществ и коллоидов). Обессолнванпе, проводимое путем ионного обмена, описано в п. 7.9. Вследствие высокой стоимости этих процессов, по-видимому, ни один из них не найдет широкого применения в практике очистки воды. [c.212]

В ячейке обратного осмоса для опреснения соленой воды расположена тонкая полимерная мембрана, которая пропускает воду практически без соли. Водный раствор Na l проходит с одной стороны над поверхностью мембраны при абсолютном давлении 10,335 МПа, а вода выводится с другой стороны при атмосферном давлении. Осмотическое давление, которое должно быть превышено, — это давление в растворе, находящемся в контакте с наружной по отношению к движению потока воды поверхностью мембраны, а не давление в объеме раствора. [c.114]

Установлено, что полимерные пленки, выпускаемые промышленностью для ультрафильтрации, ионного обмена [158, 169, 170], а также мембраны из коллодия, желатины, целлюлозы и других материалов [171, 1721 не пригодны для обратного осмоса. Полупроницаемые мембраны, полученные Рейде и Спенсером 11731, имеют хорошую селективность, но малую проницаемость (0,4 л/м ч при давлении 40 ат). Мембраны, приготовляемые по специальной прописи из смеси ацетатцеллюлозы, ацетона, воды, перхлората магния и соляной кислоты (соответственно 22,2 66,7 10,0 1,1 и 0,1 весовых процента), позволяют опреснять воду с 5,25 до 0,05% Na l и имеют проницаемость 8,5—18,7 л м ч при рабочем давлении 100—140 ат [158, 1741, срок их службы не менее 6 месяцев [1751. Электронно-микроскопические исследования этих мембран [176—1781 показали, что их активная часть — плотный поверхностный слой толщиной 0,25 мк с очень мелкими порами, которые не представилось возможности обнаружить. Он соединен с губчатой крупнопористой структурой (поры 0,1 мк) толщиной 250 мк, обеспечивающей механическую прочность мембраны и являющейся подложкой селективного поверхностного слоя. Изыскания способов приготовления мембран продолжаются [159, 160, 179—191], так как, по предварительным расчетам 11921, обратный осмос может стать конкурентноспособным с другими способами опреснения воды при повышении проницаемости мембран до 5 м 1м в сутки. [c.415]

Высокомолекулярные органические вещества, образующие с водой истинные или коллоидные растворы, проникая через устройства предварительного фильтрования воды перед ее обратноосмотическим обессоливанием, адсорбируются на поверхности мембраны образуя слой загрязнений. Впервые гелеобразный слой такого типа загрязнений наблюдал Н.И. Белов, который исследовал процесс разделения некоторых пищевых растворов обратным осмосом. Загрязнения рассматриваемого вида могут возникнуть при обессоливании сточных или природных поверхностных вод, содержащих масла, нефтепродукты, поверхностно-актив-ные вещества (ПАВ) и т.д. Так, подобные отложения наблюдались нами при разделении имитатов и сточных вод, содержащих ПАВ, при опреснении нефтесодержащей воды Каспийского моря, при очистке маслосодержащих сточных вод. [c.78]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология