Применение мембран в процессе обратного осмоса

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]

Мембраны подразделяются на пористые и диффузионные. Пористые мембраны нашли широкое применение в процессах обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации. Они имеют как анизотропную, так и изотропную структуру. [c.375]

Основное применение мембраны для обратного осмоса находят при разработке новых технологических процессов, решении вопросов охраны окружающей среды и рационального использования сырья, извлекаемого из сточных вод. [c.209]

Мембраны подразделяют на пористые и диффузионные. Пористые мембраны нашли широкое применение в процессах обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации. Они имеют как анизотропную, так и изотропную структуру. Мембраны с анизотропной структурой имеют поверхностный тонкопористый слой толщиной 0,25—0,5 мкм (называемый активным, или селективным), представляющий собой селективный барьер. Компоненты смеси разделяются именно этим слоем, располагаемым со стороны обрабатываемого раствора. Крупнопористый слой толщиной около 100—200 мкм, находящийся под активным слоем, является подложкой, повышающей механическую прочность мембраны. Мембраны с анизотропной структурой характеризуются высокой удельной производительностью, отсутствием закупорки пор в процессе их эксплуатации. Срок службы этих мембран определяется главным образом химической устойчивостью материала мембраны в перерабатываемых средах. Для мембран с изотропной структурой характерно быстрое снижение проницаемости вследствие закупорки пор коллоидными или взвешенными частицами, часто содержащимися в разделяемых растворах. [c.12]

В связи со все возрастающим значением защиты водоемов от сбросов различных примесей с промышленных предприятий, в том числе и с ВПУ ТЭС, в последние годы возросло внимание к безреагентным методам для обессоливания воды. В настоящее время наиболее разработаны для практического применения мембранные методы. Известно несколько видов мембранных процессов ультрафильтрация, обратный осмос (гиперфильтрация), электродиализ, диализ. В основе всех мембранных методов лежит перенос примесей или растворителей через мембраны. Природа сил, вызывающих этот перенос, может быть различной. Соответственно различаются и мембраны, применяемые в таких процессах. При использовании сил давления (ультрафильтрация и обратный осмос) мембраны должны пропускать растворитель (воду), в максимальной степени задерживая ионные и молекулярные примеси. При использовании электрических сил мембраны должны быть проницаемы для ионов и не должны пропускать воду [23, 35, 41]. [c.120]

Несмотря на кажущуюся простоту процесса обратного осмоса и ультрафильтрации до настоящего времени нет единого взгляда на механизм перехода воды через мембраны. Существует несколько гипотез, объясняющих процесс отделения воды от солей при фильтровании воды через мембрану гиперфильтрационная (ситовая), сорбционная, диффузионная, электростатическая и др. Среди них наибольшее применение имеют две первые гипотезы. [c.124]

Процесс обратного осмоса отличается от ультрафильтрации областью применения и аппаратами. Недостатки метода обратного осмоса — процессы концентрационной поляризации и повышенное требование к уплотняющим устройствам аппаратов. Для удаления концентрированного слоя используют различные устройства, турбулизирующие поток ближней зоны раствора у мембраны (турбулизаторы, мещалки, струйные потоки и др.). При обратном осмосе размер молекул отделяемого растворителя соизмерим с размером молекул вещества в растворе (при ультрафильтрации различие было значительным). [c.220]

Изучался процесс очистки воды от микроорганизмов ультрафильтрацией. Разделению подвергались растворы 6 различных типов микроорганизмов при концентрациях до 160 000 единиц на кубической миллилитр. В десяти опытах очищенная вода была полностью стерильна и лишь в одном в ней были обнаружены бактерии, что авторы объясняют возможным дефектом мембраны или случайным попаданием бактерий в систему [6]. Данные, приведенные в работе [5], показали, что на мембранах отечественного производства оказывается возможным проводить очистку сточных вод от самых различных по природе растворенных веществ. Ниже приведены примеры применения обратного осмоса и ультрафильтрации в схемах очистки сточных вод ряда производств. [c.306]

Альтернативный теоретический подход заключается в применении термодинамики необратимых процессов. Термодинамика необратимых процессов дает основы, в пределах которых возможно описание обратного осмоса, ультрафильтрации и любого из диссипативных процессов, описанных в этой книге, однако ее положения не зависят от типа модели и она не проясняет механизма возникновения потока через мембраны. [c.134]

Мембраны находят широкое применение для разделения растворов и коллоидных систем методом диализа. Для ускорения процесса на систему, находящуюся по разные стороны мембраны, может быть наложено электрическое ноле. В этом случае процесс называется электро диализом. Если для интенсификации разделения к системе прикладывается давление, процесс называют ультрафильтрацией. Значительный интерес представляет разделение растворов методом обратного осмоса 12, 3]. [c.110]

Производства основного органического синтеза и мономеров для синтетических каучуков всегда имеют дело со сложными, часто трудноразделяемыми смесями, из которых необходимо выделять индивидуальные вещества высокой степени чистоты. Поэтому технологи вынуждены использовать все средства разделения, которыми располагает химическая техник . Применяются практически во всех производствах процессы дробной конденсации, абсорбции, ректификации, очень часто экстракции, адсорбции. Во многих случаях эти типовые массообменные процессы не обеспечивают высоких требований к чистоте продуктов, иногда же они либо бессильны, либо технически и экономически нецелесообразны. Тогда прибегают к более сложным способам, таким, как азеотропная и экстрактивная ректификация, массообменные процессы (абсорбция, экстракция, ректификация) в сочетании с химической реакцией, наконец, новые методы, пока еще мало развитые диффузия через непористые мембраны, обратный осмос, применение соединений включения. [c.333]

Самым интересным для инженера-химика аспектом диффузии в полимерах является, по-видимому, возможность применять мембраны для разделения компонентов смесей газов и жидкостей. Мембраны действительно проявляют селективную проницаемость, благодаря чему и удалось продемонстрировать частичное фракционирование смесей. Однако анализ, который был проведен с точки зрения инженерных приложений, показал, что в общем такое разделение едва ли будет экономичным, поскольку проницаемости низки, и потребовались бы огромные площади мембран для осуществления промышленных процессов. Вероятно, использование полых полимерных волокон могло бы изменить эту ситуацию. Такие волокна были разработаны в последнее время для применения при удалении солей из рассолов посредством обратного осмоса полые волокна могут обеспечить площадь поверхности мембраны свыше 32 808 mVm объема оборудования. [c.62]

Осмотические давления растворов могут достигать десятков мегапаскалей. Рабочее давление в обратно осмотических установках должно быть значительно больше, поскольку их производительность определяется движущей силой процесса-разностью между рабочим давлением и осмотическим. Движущую силу АР обратного осмоса в случае применения идеально селективной мембраны (т. е. при ф = 100%) определяют разностью рабочего давления Р и осмотического давления 713 разделяемого раствора у поверхности мембраны, т.е. [c.325]

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]

Мембранная фильтрация представляет собой сферу деятельности, которая имеет огромные размеры и играет очень важную роль. Это был один из первых высокотехнологических процессов. С начала 50-х гг., когда впервые в промышленном масштабе была осуществлена очистка воды от загрязнений с применением мембранных фильтров, их производство быстро выросло в крупную отрасль промышленности. Только в США более 20 фирм продают мембранные фильтры, главным образом собственного производства, но существует также ряд европейских и японских фирм. В социалистических странах мембраны изготавливаются в ГДР, СССР и ЧССР. Хотя в настоящее время производство мембранных фильтров достигло почти полного своего развития и установилось в разумных пределах, оно сохраняет свою динамичность, о чем свидетельствует периодическое появление в течение последних 10 лет новых типов мембран. В настоящее время одной из наиболее интенсивно развивающихся областей является разработка мембран для ультрафильтрации и обратного осмоса. Еще одним достижением стало [c.19]

Обессоливание воды электродиализом и обратным осмосом не требует применения хим. реагентов и характеризуется существенно меньшими энергетич. затратами по сравнению с дистилляцией. При электродиализе используют селективные мембраны ионообменные, прн обратном осмосе-полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие растворенные минер, и орг. в-ва. Расход электроэнергии иа 1 м воды, обессоленной электродиализом, составляет 6-30 кВт-ч/м , обратным осмосом-1,5-15 кВт-ч/м . Электродиализом воду можно обессолить на 90%, обратным осмосом-на 98%. В установках обратного осмоса рабочее давление достигает 5-10 МПа, укладка мембран м. б. по типу фильтропресса, трубчатая, рулонная (спиральная и в виде полого волокна). См. также Мембранные процессы разделения. [c.398]

Иными словами проявление диффузии как силы нри градиенте химического потенциала обнаруживается конкретно только нри осмотических процессах в растворах. А стандартное объяснение осмоса как выравнивания термодинамических потенциалов может быть в одинаковой мере применен к жидкостям и газам. Но в газах осмоса нет, а в жидкостях есть. Объяснение для диффузии через мембрану в водном растворе поскольку молекул воды больше с одной стороны мембраны, то отсюда через мембрану в процессе хаотического движения переходит больше молекул, чем в обратном паправлепии из раствора с большей концентрацией, где молекул воды меньше. Поэтому вода переходит в сторону раствора с большей концентрацией. [c.270]

Скорость диффузии растворенного вещества с большой молекулярной массой (>500) в раствор низка и значительно меньше скорости диффузии электролита. Поэтому влияние концентрационной поляризации на процесс ультрафильтрации намного сильнее, чем на процесс обратного осмоса. Концентрация у поверхности мембраны при ультрафильтрации может достигнуть такого значения, что на мембране может образоваться слой геля, который резко снижает скорость процесса. Для того чтобы повысить скорость ультрафнльтрации, приходится интенсивно перемешивать раствор или прокачивать его с большой скоростью (до 3—5 м/с) над мембраной. Однако в ряде случаев такой путь оказывается непригодным, так как приводит к резкому повышению расхода энергии на циркуляцию раствора, недопустимому повышению температуры раствора, разрушению структуры некоторых биополимеров и т. п. В этих случаях более рациональным может оказаться применение турбулизирующих вставок. [c.174]

Наиболее перспективно применение данного метода для разделения азеотропных смесей. На рис. 24-9 представлены варианты (кривые 1-3) разделения азеотропной смеси изопропанол-вода при различных температурах в конденсаторе 6 (см. рис. 24-8). На рис. 24-9 приведена также равновесная кривая 4 для этой смеси (без мембраны). Такое эффективное разделение азеотропа объясняется тем, что механизм разделения методом испарения через мембрану принципиально отличается от широко применяемой для разделения жидких смесей ректификации, основанной на разности давления (упругости) паров компонентов смеси. Вместе с тем сочетание мембранных процессов с ректификацией позволяет получать двухтрехкратный экономический эффект. Например, для разделения смеси этанол-вода (рис. 24-10) с использованием баромембранных методов (микрофильтрации и обратного осмоса) и ректификации можно концентрировать разбавленные растворы до составов, близких к азеотропным. Разделение азеотропных смесей экономически выгоднее проводить испарением через мембрану. [c.334]

Аналогично построена вторая часть. Вводная гл. 7 написана проф. Рейдом, работы которого впервые познакомили нас с обратным осмосом. В гл. 8 описаны мембраны, используемые в процессах ультрафильтрации и обратного осмоса, и основные принципы осуществления этих процессов. В гл. 9 рассмотрены затраты на осуществление процессов ультрафильтрации и обратного осмоса. Следующие три главы (гл. 10-12) являются иллюстративными пр -мерами применения мембранных процессов под действием давления. Главы 10 и 11 посвящены использованию обратного осмоса в пищевой и целлюлозно-бумажной отраслях промьш1ленности, а гл. 12-применению ультрафильтрации и обратного осмоса для обрабогки промышленных отходов. В гл. 13 исчерпывающе изложены процессы мембранного газоразделения под действием давления. [c.9]

Прививка гидрофильного полимера на гидрофобную поверхность полукристаллической пленки дает возможность получать тонкие мембраны, которые находят применение в диализе, обратном осмосе и электродиализе [672]. Пленки из полиэтилена высокой плотности толщиной 15 мкм предварительно окисляли кислородом в процессе облучения до поглощенных доз 3, 5, 10, 16 и 20 Мрад. Образовавшиеся при этом перекисные группы сохраняются в течение года. Для прививки использова- [c.331]

Концентрация растворенных в-в в р-ре-важный фактор, определяющий не только характеристики мембран, но и возможность применения всех баромембранных процессов, в т. ч. обратного осмоса. Последний эффективно используют обычно при концентрациях электролитов в р-рах от 5 до 20% по массе. Для р-ров орг. соединений интервал концентраций шире и определяется размерами молекул в-ва, их строением н степенью взаимод. с материалом мембраны. От концентрации растворенных в-в зависит также способность мн. из них, напр. 2пС12 и перхлоратов, к сольватации (в случае водных р-ров-к гидратации), к-рая нарушает структуру мембран вследствие их обезвоживания и приводит к снижению осн. характеристик. [c.24]

Рассмотренные проблемы кроме теоретического имеют большое практическое значение в связи с применением обратного осмоса для обессоливания. Механизм этого процесса часто связывают с нерастворяющим объемом. При фильтровании из мембраны истекает обессоленная вода, что объясняют пониженной концентрацией соли в порах мембраны заполненных нерастворяющим объемом. Таким образом, исследования обратного осмоса также приводят к целесообразности рассмотрения возможности проявления нерастворяющего слоя в электрокинетических эффектах. Электрокинетические измерения на мембранах и их интерпретап,ия на основе формул, учитывающих возможность [c.100]

Для обессоливания смеси биохимически очищенной сточной воды и продувочной воды из градирен на ряде заводов используются установки, работа которых основана на принципе обратного осмоса. Они включают блоки известкования, умягчения во взвешенном слое, фильтрования и обратного осмоса. Согласно зарубежным данным [88], этот метод имеет преимущества по сравнению с ранее используемыми методами замораживания, многокорпусного выпаривания, адиабатического многоступенчатого испарения, парокомпрессорной дистилляцией. Кроме того, в этом процессе не требуется применения оборудования из специальных сталей, и он относительно прост в оформлении. В ближайшем будущем этот метод, несомненно, заменит более дорогостоящий способ термического обезвреживания сточных вод. Работы по его разработке уже ведутся рядом научно-исследова-тельских организаций. Проведены опытные испытания метода обессоливания сточных вод с применением обратного осмоса, ультрафильтрации (для удаления органических соединений), фильтрования через динамические мембраны (для удаления органических соединений и обессоливания). Получаемый в процессе концентрат после прохождения каскада аппаратов направляется на сушку. [c.168]

В этой главе показано практическое значение принципов обратного осмоса, описанных в гл. 7. Кроме того, приводятся типичные характеристики работы мембран для обратного осмоса, а также указываются некоторые их недостатки и отрицательные стороны процесса в целом. Рассмотрены ультрафильтрация и ультрафильтрацион-ные мембраны, однако менее детально. Эта глава является как бы введением в обсуждение инженерных и экономических аспектов и ряда областей практического применения обоих процессов (гп. 9-13). Рассмотрение ограничивается водными фазами и использованием гидростатического давления как движущей силы, хотя некоторые мембраны, пригодные для обратного осмоса, можно использовать также для разделения газов (гл. 13). [c.131]

При разработке более проницаемых мембран придется в некоторой степени полагаться на метод проб и ошибок, поскольку влияние состава мембраны и ее строения на механизм проникания изучено недостаточно хорошо. Создание специализированных мембран для определенных газорааделительных процессов поха недоступно. Однако прогресс в этом отноше1 ик уже наметился, о чем свидетельствует синтез высокоэффективных мембран иа фторированных полимеров для извлечешш гелия /71/. Исследованы также различные методы изготовления очень тонких разделительных мембран, с успехом примененных для обессоливания морской воды методом обратного осмоса. Наконец, достигнут значительный успех во всех инженерных аспектах газоразделения. [c.364]

Что касается гипердавления (обратный осмос), то этот метод используется пока главным образом в водоподготовке для обессоливания. Не вызывает сомнения перспективность применения его и для очистки сточных вод, особенно с высокой концентрацией по органическим веществам. Возможно, что крупные размеры молекул органических веществ позволяет применять мембраны с порами большего размера, т. е. осуществлять процесс при меньших давлениях, а следовательно, и при меньших денежных затратах. [c.54]

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]

Области применения мембранных процессов для очистки воды различны. Так, если обратный осмос во избежание применения очень высоких давлений наиболее экономичен в основном для растворов с концентрацией растворенных веществ до 1 г/кг, то электродиалпз используется, как правило, для более концентрированных растворов. По сравнению с другими методами мембранные методы имеют следующие преимущества 1) отсутствуют фазовые переходы при отделении примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на проведение процессов 2) разделение можно проводить при низких температурах воды, которые определяются свойствами мембраны 3) если исключить забивание мембраны, процессы имеют непрерывный характер 4) их можно осуществлять без добавок химических реа-98 [c.98]

Метод обратного осмоса возник в 1953 г., когда Рейдом и Бретоном (США) были открыты полупроницаемые свойства ацетилцеллюлозных мембран. В 1960 г. Лоеб и Соурираджан (США) получили первые асимметричные мембраны, пригодные для промышленного применения. Технология производства полупроницаемых мембран была усовершенствована Маникяном (США), разработавшим способ промышленного изготовления мембран из раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и форма-миде. В этот же период (до 1965 г.) были исследованы свойства мембран и показана их асимметрия, влияние различных факторов на качество мембран получены основные аналитические зависимости, отражаюшие влияние внешних параметров (давления, температуры, концентрации растворенных веществ и т.д.) на процесс обратноосмотического разделения растворов. В дальнейшем были изготовлены мембраны, которые можно хранить длительное время в сухом виде, а также мембраны в виде полых волокон и составные мембраны. [c.8]

Непористые мембраны используют для газоразделения и первапорации. Для этих процессов используют или композиционные или асимметричные мембраны, транспортные характеристики (проницаемость и селективность) которых определяются существенными свойствами материала. Выбор материаипа зависит в большой степени от типа применения, и спектр используемых полимеров может простираться от эластомеров до стеклообразных полимеров. Говоря о применениях, можно выделить две основные группы 1) жидкостные разделения (первапорация или обратный осмос) и 2) газоразделение. Эта классификация основана на различиях в транспортных свойствах. Степень взаимодействия между полимером и постоянным газом в общем случае очень мала и соответственно растворимость газов в полимере тоже очень низка. С другой стороны, взаимодействие жидкости с полимером в общем случае много сильнее. Высокая растворимость жидкости в полимере оказывает огромное влияние на транспортные параметры системы. Коэффициент диффузии жидкости очень сильно зависит от концентрации диффундирующего вещества в полимере, в то время как коэффициент диффузии в случае транспорта газа может рассматриваться практически как константа. В гл. VI приведены наиболее важные матери аилы, используемые в этих процессах. [c.77]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология