Мембраны для опреснения вод

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]

Еще одним видом ионообменных материалов являются ионитовые мембраны. Опреснение соленых и очистка промышленных сточных вод, удаление радиоактивных продуктов, концентрирование растворов кислот и солей, очистка сахарных сиропов, витаминов, создание мембранных электродов, топливных элементов— вот далеко не полный перечень областей применения ионитовых мембран. [c.127]

Очистка сточных вод электродиализом основана на разделении под действием электродвижущей силы анионов и катионов. В электродиализаторе имеются анионо- и катионообменные мембраны. Метод широко применяется для опреснения соленых йод. С его помощью очищают сточные воды от соединений фтора и хрома при степени обессоливания 75—80 %, от радиоактивных загрязнений— при снижении активности на 99%. Срок службы мембраны зависит от загрязненности сточных вод взвешенными частицами и составляет 2—5 лет. [c.495]

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 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]

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]

Ионитовые мембраны применяют главным образом для электродиализа. Их используют для разделения электролитов и неэлектролитов, концентрирования растворов, выделения ионов из раствора, разделения продуктов электролиза в электролитических ячейках. Основное применение ионитовых мембран — обессоливание (опреснение) сильно минерализованных вод, в том числе морской воды. Электродиализ и электролиз в камерах с ионитовыми мембранами применяют также в химической промышленности (например, для выделения минеральных солей из морской воды, электролитического производства едкого натра и хлора), в пищевой и фармацевтической промышленностях (например, для удаления избыточной кислотности в соке цитрусовых, для очистки сыворотки крови) и в других областях (для дезактивации жидких радиоактивных отходов, преобразования энергии в топливных элементах и др.). [c.103]

Кроме этого, необходимо, чтобы потенциал плотного слоя был не мал -ф1 > 1, что при достаточно высоких в условиях промышленного опреснения концентрациях ионов возможно лишь при высокой плотности зарядов мембраны. [c.349]

Между тем анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны позволяют достичь высокой селективности даже при концентрациях соли, приближающихся к однонормальной, когда диффузный слой очень тонок и условие (ХУШ.б), по-видимому, не выполняется. По этой и ряду других причин многие исследователи, признавая роль электрохимического механизма при концентрациях 0,01 М и менее, связывают опресняющее действие при больщих концентрациях соли с другими механизмами, чаще всего с эффектом нерастворяющего объема, открытым Думанским . Под влиянием гидрофильной поверхности структура воды в слое некоторой толщины изменяется, так что изменяются и ее свойства, в частности резко снижается растворяющая способность. Поэтому, если поры гидрофильной мембраны достаточно узки, концентрация соли в них может быть значительно меньше, чем в подлежащей опреснению соленой воде. Иными словами, при фильтрации лишь малая доля растворенного вещества, в частности ионов, способна войти в поры мембраны. [c.385]

Ионитовые мембраны применяют для обессоливания сильно- концентрированных растворов, опреснения морской воды и в других процессах. [c.253]

Мембрана МК-40 в паре с МА-40 или МА-41 широ- ко применяется в электрохимическом процессе опреснения природной минерализованной воды. Предельная плотность тока для обеих пар мембран 800 А/м интервал рабочих температур 50—10°С. [c.145]

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]

Электроды, устанавливаемые в торцевых плитах, которыми при помощи стяжных болтов сжимаются рамки и мембраны опреснительных ванн, изготовляют из материалов, стойких к окислительным средам,— платины, платинированного титана, графита, магнетита. Для питания электродиализных ванн используют выпрямленный ток напряжением до 380 В. Сами ванны можно размещать так, чтобы ось электрического поля в них была горизонтальной или вертикальной. Однако вывод диализата и рассола необходимо располагать в верхней части для лучшего отвода газов, выделяющихся при нагреве электролита и разложении гидрокарбонатов. Выделяющийся на аноде хлор может использоваться для обеззараживания опресненной воды. [c.673]

Этот способ опреснения заключается в фильтровании соленой воды через специальные полупроницаемые мембраны из ацетилцеллюлозы, которые пропускают воду, а задерживают ионы растворенных в ней солей. При этом необходимо создать избыточное давление для фильтрования воды через мембрану в направлении, противоположном осмотическому переносу, т. е. со стороны соленой воды. Иначе говоря, необходимое давление должно быть выше осмотического.. [c.280]

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]

Паро-осмотический способ основан на диффузии водяных паров через полупроницаемые мембраны. Между двумя пористыми плитами, опущенными одна в сосуд с соленой водой, другая — с пресной, размещаются две целлофановые мембраны. Зазор между мембранами заполняется порошком пемзы или гидрофибизированным силиконом, а затем через зазор продувается воздух. При давлении соленой воды больше осмотического и выше давления воздуха в диффузионном зазоре и давления в сосуде с пресной водой происходит опреснение соленой воды. [c.6]

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]

Широкое применение полимерных мембран для опреснения сточных вод сдерживается их низкой водопроницаемостью, нестойкостью в щелочных и кислых средах, недостаточной механической прочностью, постепенной и необратимой потерей ионной селективности в процессе эксплуатации. Поскольку мембранное опреснение определяется коллоидно-химическими свойствами, целесообразно разрабатывать методы получения мембран, образованных из дисперсных частиц (динамические мембраны). Для этого достаточно формировать осадки из сильнозаряженных малых коллоидных частиц так, чтобы размер пор при достаточно плотной упаковке не превыщал несколько единиц нм. Осадок (коллоидная мембрана) формируется при фильтрации жидкости, содержащей подобные частицы, через пористую подложку. Если размер пор достаточно мал, осадок формируется только на внещней поверхности подложки. Однако тонкопористая мембрана, как показывают многочисленные эксперименты, возникает (но значительно медленнее) и при диаметре пор порядка микрона, что почти стократно превыщает размер частиц, за счет многослойного прилипания частиц на стенки поры. [c.350]

Если прекратить подачу частиц в фильтруемую жидкость, подобная мембрана, являющаяся динамическим образованием, разрушится. Динамическая природа мембраны определяет ее полезные технологические свойства. Состав мембраны непрерывно обновляется, вследствие чего она сохраняет свои полезные свойства в экстремальных условиях. Эксплуатация установок обратного осмоса на основе полимерных мембран требует дорогостоящей предварительной очистки, так как на поверхности мембран формируется осадок, снижающий и селективность, и проницаемость. Динамические мембраны позволяют отказаться от предварительной очистки. Наконец, опыт эксплуатации динамических мембран (например, на стоках предприятий целлюлозно-бумажной промышленности) показал, что можно отказаться от ввода частиц мембранообразующего компонента. Динамическая мембрана формируется из содержащихся в стоках коллоидных или полимерных частиц и при этом обеспечивает необходимую степень опреснения. На основе динамических мембран одновременно решаются две задачи —достигается очистка от дисперсных (или полимерных) частиц и опреснение, одновременно протекают два процесса — ультрафильтрация и обратный осмос. [c.386]

Трубчатые аппараты (рис. 4) состоят из набора порцстых дренажных трубок диаметром 5-20 мм, на внутр. или наружной пов-сти к-рых расположены мембраны. В соответствии с этим исходный поток направляют в трубное либо межтрубное пространство. Трубчатые аппараты, в к-рых плотность упаковки мембран составляет 60-200 м /м , используются для очистки жидких сред от загрязнений, опреснения воды с высокой концентрацией солей, а также для разделения газовых смесей. [c.26]

Для разделения жидких смесей, например растворов низкомолекулярных веществ, применяют пористые полимерные пленки с порами размером 510 ...110 мкм. Пленки таких мембран изготовляют из ацетата целлюлозы, ароматических полиамидов и других полимеров, обладающих относительно высокой жесткостью цепи макромолекул и умеренной гидрофиль-ностью. Такие мембраны применяют, например, для опреснения морской и соленой воды. С их помощью удается удалять из солевого раствора до 98 % солей, причем ионы тяжелых металлов задерживаются на 100 %. Селективность разделительных мембран для жидкостей по Na l (поваренная соль) может достигать 90...95 %. Это самый экономичный и экологически чистый способ разделения жидких смесей. [c.81]

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,. вышающим 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.), М алая энергоемкость и сравнительная простота аппаратурного оформления обеспечивают высокую экономическую эффективность указанных процессов. [c.319]

При использовании пленки РС-6 как мембраны для обратного осмоса было достигнуто опреснение водного раствора Na l [221. Результаты представлены в табл. 6.7. Отделение соли составляет 95 - 99,4%, т.е. примерно такое [c.322]

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]

Впервые мембраны из ионообменных материалов с удовлевтори-тельными механическими и электрохимическими свойствами были получены в 1950 г. [1, 21. На протяжении всех последующих лет основные усилия исследователей были направлены в первую очередь на разработку метода деминерализации воды электродиализом. Обзор проделанных в этом направлении работ переведен недавно на русский язык [31. Накопленный опыт и многообразные физико-химические исследования, проведенные при освоении электродиализного опреснения, создали благоприятные условия для развития смежных областей применения электродиализа. [c.70]

Такие установки могут состоять из любого числа положительных и отрицательных мембран, расположенных попеременно между двумя электродами. Действительно, уже построено несколько установок с двумя сотнями отделений, в которых расположены листовые ионитовые мембраны размером 30X90 см выход по току в этих установках поднимается до 60—80%. Расстояние между мембранами — 0,5 мм срок службы их, по-видимому, почти не ограничен при условии, что они всегда находятся во влажном состоянии. Стоимость опреснения [c.166]

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]