Физико-химические основы удаления растворенных примесей из природных вод, гиперфильтрация (обращенный осмос) - Микробиология воды
Гиперфильтрация и ее вид - нанофильтрация происходят в искусственно созданных условиях обратного осмоса.
Осмос - естественный процесс переноса молекул растворителя (воды) через полупроницаемые перегородки (мембраны) из области с более низкими концентрациями растворенных примесей в область более высоких, что приводит к выравниванию концентраций и к уменьшению свободной энергии частиц примесей.
Осмотическое давление, МПа, возникающее при осмосе, зависит от абсолютной температуры воды и концентрации растворенного вещества (уравнение Вант-Гоффа)
Где I - количество грамм-ионов, на которое диссоциирует одна грамм-молекула растворенного вещества; = 8310 Дж/градЧкгЧмоль - универсальная газовая постоянная; T - абсолютная температура; C - концентрация данного вещества в растворе, кг/м3; M - его молекулярная масса.
Если осмотическое давление создается несколькими (N) ионами и ионными соединениями, формула Вант-Гоффа записывается следующим образом:
Для молекулярных (недиссоциируемых) частиц I = 1,0, для полностью диссоциируемых на одновалентные ионы солей I = 2,0.
Для многокомпонентной морской воды, например, осмотическое давление достигает 2,5МПа.
Если искусственно создать в области больших концентраций растворенных примесей давление, превышающее осмотическое, то перенос через полупроницаемую мембрану молекул воды будет происходить в противоположном (по сравнению с осмосом) направлении: из области более высоких в область более низких концентраций. Этот процесс называется Обратным осмосом и используется для разделения гомогенных и гетерогенных систем, для очистки воды от крупных молекул и гидратированных ионов, а также коллоидов (ультрафильтрация).
Осмотическое давление водных растворов некоторых солей при Т = 293°С
Ниже приведена схема, иллюстрирующая процесс осмоса. По одну сторону мембраны находятся только молекулы воды, по другую - молекулы воды, множество более крупных молекул и гидратированные ионы, диаметр гидратной оболочки которых достигает в некоторых случаях 2...3 нм (см. табл.). В момент, указанный на схеме, выход из поры закрыт гидратированным катионом, но в следующий момент времени этот катион под влиянием диффузии сместится, выход из поры окажется открытым и свободным, а находящиеся внутри порового канала молекулы воды переместятся в область справа от мембраны.
По условиям изготовления мембран невозможно обеспечить одноразмерность пор, часть из них имеет слишком большие диаметры (крупные поры). Через крупные поры в фильтрат проникают растворенные загрязнения, ухудшая этим его качество.
В процессе обратного осмоса у поверхности мембраны накапливаются крупные молекулы и гидратированные ионы, концентрация которых в пристенном слое превышает среднюю концентрацию в потоке воды. Такое повышение концентрации называется концентрационной поляризацией, характеризуемой градиентом концентрации в направлении, перпендикулярном поверхности мембраны. Градиент концентрации зависит от гидродинамических условий. Между подводом вещества к мембране и его уносом за счет диффузии и конвекции устанавливается динамическое равновесие. Как видно на рисунке, градиент концентрации наблюдается в пограничном слое потока, где всегда формируется ламинарный режим движения воды; в пределах ядра потока концентрация загрязнений остается постоянной. Концентрационная поляризация отрицательно влияет на работу гиперфильтрационной установки. Повышение концентрации у поверхности мембраны вызывает увеличение осмотического давления, не соответствующего средней концентрации растворенных веществ. Повышение рабочего давления увеличивает энергоемкость установки, а в случае уменьшения избытка рабочего давления по отношению к осмотическому - снижается селективность и ухудшается качество фильтрата. Поэтому в гиперфильтрационной установке следует создавать условия для турбулизации потока, омывающего мембраны, повышать его скорость и этим уменьшать толщину пограничного слоя.
Отрицательным последствием концентрационной поляризации следует считать опасность образования отложений, если будет превышено значение произведения растворимости находящихся в пристенной области катионов и анионов удаляемых солей. дигидроксид вода химический аэробный
Количественная характеристика концентрационной поляризации - коэффициент, равный соотношению концентраций солей у поверхности мембраны, и поступающих на очистку. По существующей практике значение может находиться в диапозоне 1,05-1,40.
Похожие статьи
-
МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ, ИОННОГО ОБМЕНА, МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ - Химические свойства и строение воды
Современные технологии позволяют изготавливать объемные или плоские фильтрующие материалы с однородными каналами практически любого размера. Мембранный...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ - Растворы
Коллигативными свойствами называют физико-химические свойства растворов, которые обусловлены Природой растворителя и числом частиц растворенного вещества...
-
Отбор пробы воды следует рассматривать как стадию, в значительной степени определяющую правильность последующего анализа, причем ошибки, допущенные в...
-
Классификация природных вод и их примесей - Природные воды. Классификация примесей
Природные воды классифицируют по ряду признаков, простейший из них - солесодержание воды: пресная вода - солесодержание до 1 г/кг; солоноватая -...
-
- Ядерная энергетика; - Археология; - Нефтехимия; - Геохимия (изотопная геохронология); - Агрохимия; - Химическая промышленность; - Анализ...
-
Теоретические основы масс-спектрометрии Масс-спектрометрия представляет собой метод исследования веществ, основанный на определении массы (точнее,...
-
Осмотическое давление раствора - Характеристика основных видов растворов
В 1748 году было обнаружено явление перехода растворителя через мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный, которое назвали...
-
Реакция окисления углерода - Основы теории окислительной плавки
Основная составляющая шихты при выплавке стали - чугун - содержит в среднем 4%. В готовой стали содержание углерода в большинстве случаев исчисляется...
-
Состав примесей природных вод - Природные воды. Классификация примесей
Природная вода представляет собой многокомпонентную динамичную систему, в состав которой входят газы, соли, минеральные и органические вещества,...
-
КОЛЛОИДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД И ИХ УДАЛЕНИЕ - Химические свойства и строение воды
Очистка сточных вод -- лишь одно из направлений защиты гидросферы, прежде всего, поверхностных вод от антропогенных загрязнений. Главный путь защиты...
-
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) стала сейчас важным способом ионизации, потому что она генерирует ионы непосредственно из раствора с...
-
Основы теории растворов сильных электролитов - Растворы
Зная величину изотонического коэффициента, полученного экспериментально методами эбуллиоскопии и криоскопии, можно вычислить значение степени диссоциации...
-
Что такое гравиметрический фактор F - Основы аналитической химии
Если мы знаем A - навеску анализируемой пробы, b - массу осадка и его состав, то мы можем вычислить содержание определяемого вещества X . X = a*F*100/b...
-
Для диагностики состояния мембраны на каждом этапе синтеза контролировали диффузионную проницаемость и электропроводность мембраны. Измерение удельной...
-
Задание 1, Задание 2 - Процентная концентрация растворенного вещества в растворе
Чему равна процентная концентрация растворенного вещества в растворе, если из 650 г. 10%-ного раствора выпарить 150 г. воды? Решение: 1. Определим массу...
-
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье - Основы химии
Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Влияние, которое оказывают эти факторы на...
-
Физико-химические свойства воды - Химия воды
Вода обладает необычными свойствами. Наибольшая ее плотность наблюдается при температуре 4°С. При охлаждении пресных водоемов зимой по мере понижения...
-
Важнейшей характеристикой раствора является его состав. Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено безразмерными единицами (долями...
-
Методика: расворяют 50 мг анализируемого вещества в гексане R, затем разбавляют до 50,0 мл тем же растворителем. Эталонный раствор (А): растворяют 50 мг...
-
Физико-химические методы исследования нефти - Свойства и состав нефти
Физико-химические методы основаны на проведении аналитических реакций, конец которых определяют с помощью приборов, которые в свою очередь измеряют...
-
Химическое строение, физико-химические и физические свойства лекарственных средств Свойства лекарственных средств в значительной степени обусловлены их...
-
Реагенты Продукты, Все химические реакции обратимы, Вопросы - Химическое равновесие
Все химические реакции обратимы Это означает, что в реакционной смеси протекает как взаимодействие реагентов, так и взаимодействие продуктов. В этом...
-
Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14....
-
Физико-химические основы процесса производства этилбензола алкилированием в присутствии хлорида алюминия Исходные продукты (бензол и олефины) для...
-
Транспортировка природного газа - Природный газ
В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере...
-
Добыча и транспортировка - Природный газ
Природный газ находится в земле на глубине от одной тысячи метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой...
-
Токсикокинетика - раздел токсикологии, в рамках которого изучаются закономерности резорбции, распределения, биотрансформации ксенобиотиков в организме и...
-
Свойства растворов неэлектролитов. Замерзание и кипение растворов. Законы Рауля - Основы химии
По наличию или отсутствию электрической проводимости растворы веществ делят на электролиты - проводящие электрический ток, и неэлектролиты - не...
-
Минеральными природными питьевыми водами называются воды, добытые из водоносных горизонтов иливодоносных комплексов, защищенных от антропогенного...
-
Растворы - термодинамические устойчивые системы переменного состава, состоят не менее чем из двух компонентов и продуктов их взаимодействия. Это...
-
Проводимость полианилина сравнительно невелика, но его отличает более высокая стабильность и устойчивость в процессе эксплуатации в различных...
-
Концентрирование микроэлементов - Природные воды. Классификация примесей
При выборе методов анализа вод различного состава необходимо принимать во внимание приведенные выше данные об элементном составе природных, питьевых и...
-
Индивидуальные признаки катионов 4-й и 5-й аналитических групп - Основы качественного анализа
Многие катионы групп 4 и 5 можно распознать по окраске пламени их летучими соединениями (лучше всего - хлоридами): Na - желтый, Li и Sr - ярко-красные,...
-
Кинетика и катализ, Теоретические основы термического пиролиза - Пиролиз углеводородного сырья
Теоретические основы термического пиролиза Термическое разложение углеводородов представляет собой сложный процесс, который можно представить как ряд...
-
Исследуемый раствор пропускают через колонку с катионитом. При последующем промывании колонки раствором едкой щелочи амфотерные металлы вымываются,...
-
Возможности подбора и синтеза неорганических сорбентов с заданными свойствами практически неисчерпаемы. Это обусловлено тем, что в качестве сорбентов...
-
Определение теплоты и энтропии адсорбции или растворения на основе хроматографических измерений Коэффициент адсорбции Г и коэффициент распределения К -...
-
Газовый хроматография энтропия адсорбция Области физико-химических применений газовой хроматографии Газовая хроматография, имеющая главным образом...
-
Все аминокислоты, из которых состоят белки, являются" L-а-амино - (или имино-) кислотами. Они находят применение как пищевые добавки, приправы, усилители...
Физико-химические основы удаления растворенных примесей из природных вод, гиперфильтрация (обращенный осмос) - Микробиология воды