Hoe berikt RO-membraan 99,9% sâltôfwizing?

In omkearde osmosemembraan (RO-membraan) wurket op it kearnprinsipe fan it tsjingean fan it natuerlike osmotyske proses. Hjir is in yngeande analyze fan syn wurkmeganisme:

De fysike ferliking fan natuerlike osmose en omkearde osmose

It ferskynsel fan natuerlik osmose is as der in ferskil yn konsintraasje is oan beide kanten fan in semipermeabel membraan (lykas swiet wetter en sâlt wetter). Wettermolekulen sille spontaan streame fan 'e kant mei lege konsintraasje nei de kant mei hege konsintraasje oant de konsintraasjes oan beide kanten lykwichtich binne. Op dit punt is de druk dy't generearre wurdt troch it hichteferskil fan it floeibere oerflak de osmotyske druk.

De osmotyske druk π fan in ferdunde oplossing is: π = iCRT (wêrby't i it oantal ioanen is dat ûntstiet troch de elektrolyse fan 'e oploste molekulen; C is de molêre konsintraasje fan 'e oploste stof; R is de molêre gaskonstante; T is de absolute temperatuer.)
Bygelyks, de osmotyske druk fan seewetter is sa heech as 28 bar, wêrtroch't in gruttere druk nedich is om de wetterstream om te kearen.

"Hege-druk tsjinstream" fan omkearde osmose is it tapassen fan druk oan 'e sâltwetterkant (> osmotyske druk) wêrtroch wettermolekulen yn omkearde rjochting streame, wêrtroch't in omkearde konsintraasjegradiëntmigraasje fan "sâlt wetter → suver wetter" berikt wurdt.

Tidens omkearde osmose is de osmotyske taryf fan it oplosmiddel, d.w.s. de floeistofstreamenerzjy N,: N=Kh(Δp－Δπ) (wêrby't Kh de hydraulyske permeabiliteitskoëffisjint is, dy't wat tanimt mei temperatuer; Δp is it statyske drukferskil oer it membraan; Δπ is it osmotyske drukferskil oer it membraan).

Op dit punt: Oan 'e suvere wetterkant: De wettermolekulen dy't der trochhinne geane sammelje (permeatearje), Oan 'e konsintrearre wetterkant: Sâlt, swiere metalen en oare ûnreinheden fêsthâlde (konsintraat).

Ekstreme presyzje fan membraanstruktuer

Sandwichstruktuer:

Stipelaach: Net-woven stof (dikte ≈ 120 μm) - it "stielen frame" dat hege druk wjerstean kin.

Poreuze laach: Polysulfonmateriaal (poargrutte 0.01-0.1 μm) - de "earste ferdigeningsline" dy't modder, sân en roest ûnderskept.

Aktive laach: Polyamidefilm (dikte ≈ 200 nm) - de wiere "molekulêre skiedsrjochter", mei in poarjegrutte fan mar 0,1-1 nm (≈ twa kear de grutte fan wettermolekulen).

Ferlikingsgegevens:

Firusdiameter (0.02-0.3 μm) > Membraanpoargrutte 3000 kear.

Bakterijegrutte (0.5-5 μm) > Membraanpoargrutte 5000 kear.

Klassike modelteory

• Oplossing-diffúsjemodel

Kearnaanname: It membraan is in homogene struktuer sûnder poaren, en de oploste stof en it oplosmiddel wurde oerdroegen troch oplossing yn it membraanmateriaal en diffúzje.

Oerdrachtproses:

Oplossing: Wettermolekulen en oploste stoffen adsorbearje op it membraanoerflak en lossen op yn it membraanmateriaal;
Diffúzje: Under de driuwende krêft fan 'e gemyske potinsjaalgradiënt (drukferskil) diffundearje wettermolekulen by foarkar troch it membraan;

Desorpsje: Frijlitten as suver wetter oan 'e oare kant fan it membraan.

Wiskundige útdrukking: Wetterstream Jw = A(ΔP − Dp), wêrby't A de koëffisjint fan membraanpermeabiliteit is, DP is de tapaste druk, en Dp is it ferskil yn osmotyske druk.

• Foarkarsadsorpsje-kapillêr streammodel

Kearnaanname: It membraanoerflak hat nanoskaalkanalen, dy't by foarkar wettermolekulen adsorbearje om in monolaach fan "bûn wetter" te foarmjen, wylst oploste stoffen ôfstjitten wurde.

Oerdrachtmeganisme:

Selektive adsorpsje: It membraanoerflak adsorbearret selektyf wettermolekulen fia wetterstofbiningen (bygelyks, karbonylsoerstof yn celluloseasetaat);

Kanaaltransport: Under hege druk giet bûn wetter troch de kanalen fia "wetterstofbiningspringen", wylst oploste stoffen behâlden wurde fanwegen grutte-útsluting.

Optreden:

Sâltôfwizingsrate: 98%-99,9% (TDS

Ferwideringssifer fan swiere metalen: >99,9% (lead, arseen, ensfh.).

Wichtige ynfloedrike faktoaren

Bedriuwsdruk
Moat > osmotyske druk fan 'e oplossing wêze, typysk 60-80 bar foar yndustriële tapassingen (ûntsâlting), en 2-4 bar foar húshâldlik gebrûk.

Temperatuer: 5-45 ℃ (hege temperatuer feroarsaket membraanpoardeformaasje)

pH-berik: 4-11 (polyamidemembraan), 5-6 (cellulose-asetaatmembraan).

Soart fersmoargjende stoffen

Anorganyske skalearring (bygelyks CaCO₃): Fereasket skjinmeitsjen mei sitroensoer by pH=2

Biologyske fersmoarging (bygelyks, baktearjele films): Behannele mei DBNPA-desinfeksjemiddel.

Tapassingsscenario's en seleksje fan membraantype

Untsâlting fan seewetter Polyamide-kompositmembraan (TFC) Hege drukresistinsje (＞60 bar), 99% ûntsâltingsrate

Wettersuvering foar thús Spiraalfoarmich kompositmembraan Leechdrukbetsjinning (2-4 bar), enerzjybesparring 30%.

Yndustrieel suver wetter (elektroanyske chips) Ultra-lege druk kompositmembraan Produktwetterresistinsje 18 MΩ·cm.