Сравнение процессов механического и мембранного фильтрования с точки зрения массопереноса вещества через мембрану

Механическая фильтрация:

 

 

Рис.2 Схема механического

фильтрования

ΔР – движущая сила процесса

2 – очищаемая вода

3 – фильтрующий механизм (перегородка)

4 – фильтрат (очищенная вода)

 

Схематически процесс представлен на рис.2. В процессе механического фильтрования все примеси раствора задерживаются и фиксируются в объеме загрузки фильтра. С течением времени емкость фильтра исчерпывается, повышается гидравлическое сопротивление фильтра и снижается его производительность. Повышается вероятность проскока загрязнения в фильтрат. После этого он должен быть промыт и регенерирован.

 

 

 

2

3

Рисунок 3. Схема мембранного фильтрования

1 –  ΔР – движущая сила процесса

2 – очищаемая вода

3 – концентрат

4 – пористая полупроницаемая мембрана

5 – очищенная вода (пермеат)

2-3 – градиент химических потенциалов

 

Как отмечалось ранее, перенос вещества из одного состояния в другое происходит, если существует положительный градиент химических потенциалов. Δμ – это универсальная характеристика, но возникает она как результат различий давлений, концентраций, температур и электролитических потенциалов. В зависимости от преобладающего градиента (T, C, P, E, μ) различают следующие мембранные процессы:

 - ΔР – баромембранные (например, ОО)

 - ΔТ – термомембранные (термодиализ)

 - ΔЕ – электромембранные (электродиализ)

 - Δμ –хемодиализ (диффузионные, ΔС)

В идеальных условиях при проведении процесса обратного осмоса не должно происходить загрязнения мембраны, поскольку задерживаемое вещество не сорбируется на ее поверхности, а как бы «отражается» от нее и выводится из системы в виде концентрата. Если задерживаемое вещество не отводить от поверхности мембраны, то происходит увеличение концентрации растворенных веществ в примембранном слое. Вследствие этого повышается осмотическое давление раствора, противодействующее движущей силе этого процесса, величина ΔР будет приближаться к нулю, и процесс фильтрования прекратится.

В реальности сорбция растворенных веществ на поверхности мембраны происходит тем или иным образом, и таким образом, мембрана подвержена загрязнению, что может ухудшать ее характеристики. Однако принимаются специальные меры для минимизации загрязнения поверхности мембраны, и в оптимальных условиях мембранные элементы могут работать длительный период с периодической промывкой и кислотной регенерацией.