Влияние различных факторов на обратный осмос

1) Давление. Основным фактором, оказывающим влияние на процесс обрат­ного осмоса и ультрафильтрации, является рабочее давление. С увеличени­ем давления увеличивается эффективная движущая сила процесса и, соот­ветственно, возрастает величина проницаемости мембраны. В тех случаях, когда мембрана не изменяет своей структуры под действием давления, про­ницаемость воды линейно возрастает с увеличением эффективной движу­щей силы, поскольку проницаемость растворенного вещества мала по срав­нению с проницаемости воды. Общая проницаемость хорошо описывается уравнением:

(1)

Однако при повышенных давлениях реальные полимерные мембраны не сохраняют свою первоначальную структуру и уплотняются, что отражается на величине константы А в уравнении (1). В связи с этим, начиная с неко­торой величины рабочего давления, проницаемость снижается и при опреде­ленных давлениях достигает максимума. При дальнейшем увеличении дав­ления проницаемость снижается. Сходный характер носит зависимость селективности разделения от давления.

2) Температура. Влияние температуры раствора на процесс имеет сложный характер. Увеличение температуры уменьшает вязкость и плотность раство­ра и одновременно увеличивает его осмотическое давление. Если уменьше­ние вязкости и плотности приводит к увеличению проницаемости, то увели­чение осмотического давления снижает движущую силу и уменьшает проницаемость. Степень влияния тех или иных факторов зависит от приро­ды растворенного вещества и концентрации раствора. Влияние температуры на селективность становиться все боле заметным с повышением концентра­ции. Влияние температуры на проницаемость при разделении растворов невысокой концентрации практически полностью определяется изменением вязкости раствора и хорошо описывается уравнением

(2)

3) Концентрация. Увеличение концентрации раствора приводит к умень­шению движущей силы процесса АР = (Р - Р₀), увеличению вязкости и плот­ности раствора, что снижает величину проницаемости.

Для учета изменения проницаемости в связи с изменением концентрации предложено следующее эмпирическое соотношение:

(3)

4) Электрическое поле. Наложение элек­трического поля существенно влияет на перенос вещества через мембрану и соот­ветственно — на селективные свойства мембран. Наблюдаемые при этом эффек­ты зависят от типа разделяемой системы, структуры мембраны, вида подводимого к мембране электрического (постоянный или переменный ток) и других факторов.

5) Магнитное поле. Исследования, проведенные А. Ш. Шаяхметовым, Ю. И. Дытнерским и др., показали, что магнитная обработка воды перед проведением обратного осмоса способствует длительной работе мембраны без заметного ухудшения ее характеристик.

6) Акустические колебания. В жидкости при распространении акустической волны возникает переменное (звуковое) давление, под действием которого жидкость подвергается переменному сжатию и растяжению, что сопровожда­ется образованием пузырьков, заполненных паром и газом, растворенным в жидкости. Эти пузырьки называются кавитационными, а само явление — ультразвуковой кавитацией. Образование микропузырьков под действием акустических колебаний называется кавитационной прочностью и зависит от присутствия в жидкости газовых зародышей и примесей твердых или раство­ренных веществ и других факторов. Установлено, что акустические колеба­ния и возникающие при этом эффекты (кавитация и др.) влияют на выравни­вание концентрации растворенных веществ в пограничных слоях и во всем объеме аппарата. Линейное возрастание коэффициента массоотдачи происхо­дит не только вследствие интенсификации процесса переноса вещества от по­верхности мембраны в ядро потока, но и в результате одновременного сниже­ния концентрационной поляризации.

7) Природа и состав растворенных веществ. На селективность и в значи­тельной степени на проницаемость мембран определяющее влияние оказы­вает природа растворенных веществ. Ю. И. Дытнерским были сформулиро­ваны следующие принципы разделения растворов веществ различной природы: неорганические вещества (электролиты) задерживаются мембра­нами лучше, чем органические той же молекулярной массы; среди родствен­ных соединений лучше задерживаются вещества с большей молекулярной массой; вещества, которые могут образовывать связь с мембраной, задержи­ваются мембраной тем лучше, чем менее прочна эта связь.

8) Показатель концентрации ионов водорода (рН среды). Селективность мембран при обратноосмотическом разделении растворов электролитов минимальна при рН 5…6. Для растворов многовалентных солей, а также для растворов электролитов достаточно высокой концентрации заметного влияния рН на селективность φ мембран не обнаружено. Установлено, что проницаемость высокоселективных мембран по растворителю с изменени­ем рН в процессе ультрафильтрации практически не изменяется. В то же время проницаемость мембраны по белку очень сильно зависит от рН. Рез­кое увеличение селективности ср в области рН 9...10, по-видимому, обуслов­лено увеличением ассоциации молекул белка вблизи изоэлектрической точки. Подъем кривых в области значения рН < 7, вероятно, связан с уве­личением взаимного притяжения молекул белка с избыточным положи­тельным зарядом и поверхности мембраны, имеющей небольшой отрица­тельный заряд.

9) Осадкообразование на мембранах. На продолжительность и надежность работы мембран большое влияние оказывает процесс осадкообразования. Образующийся слой осадка, который, как правило, является соленепроницаемым, забивает поверхностные поры мембраны, создает дополнительное сопротивление потоку и массопередаче в граничном слое, в результате чего увеличивается концентрационная поляризация на мембранах и снижается их солезадерживающая способность и производительность.

Химический состав осадков, образующихся при опреснении и очистке вод различного типа, весьма разнообразен. На процессы обратного осмоса отрицательное влияние оказывает образование в аппаратах отложений ма­лорастворимых солей кальция, гидроокисей железа и марганца, а также взвешенных веществ и высокомолекулярных соединений.