Основные закономерности мембранного фильтрования

Для идеальной мембраны при уменьшении объема фильтруемой жидкости концентрация высокомолекулярных соединений возрастает пропорционально уменьшению этого объема.

Концентрация низкомолекулярных соединений в этой жидкости будет оставаться неизменной. За мембраной (в фильтрате) высокомолекулярные соединения отсутствуют, а концентрация низкомолекулярных соединений будет равна их концентрации в исходной жидкости и в концентрате.

С_ВМС^исх < С_ВМС^конц.

С_НМС^исх = С_НМС^конц. = С_НМС^фильт.

Материальный баланс:

М_{ВМС+НМС}^исх. = М_{ВМС+НМС}^конц. + М_НМС^фильт.

Пример 1:

Дано:

Объем сточной воды – 10 л (V1)

Концентрация низкомолекулярных соединений в исходной жидкости – 2 %. Концентрация высокомолекулярных соединений в исходной жидкости – 2 %. Объем концентрата – 2 л (V2).

Определить концентрацияю: С_ВМС^конц, С_ВМС^фильт., С_НМС^конц., С_НМС^фильт.

Решение:

V_ф = 10-2=8 л

Так как при уменьшении объема фильтруемой жидкости концентрация высокомолекулярных соединений возрастает пропорционально уменьшению этого объема, то

С_ВМС^конц = 10 % (в 5 раз снизился объем фильтруемой жидкости было 10 л, а осталось 2 л, а содержание С_ВМС^исх = 2% - по условию задачи, то 5 × 2 = 10 %).

С_ВМС^фильт.=0

С_НМС^конц= С_НМС^фильт. = С_НМС^исх. = 2 %

Пример 2:

Дано:

Производительность мембраны по фильтрату = 1 л/(м²× мин)

Площадь мембран = 1 м²

Исходный объем жидкости = 10 л

Прошло 4 мин.

Определить каков объем концентрата и фильтрата через 4 мин.

Решение:

Объем фильтрата через 4 мин будет равен

Vф = Q × t = 1× 4 = 4 л.

V_исх = V_конц + V_фильт

V_конц = V_исх - V_фильт = 10 – 4 = 6 л.

Для реальных мембран (в промышленности), которые не обладают 100%-ным задерживанием высокомолекулярных соединений (с размерами молекул больше, чем диаметр пор мембраны) вводится понятие селективность (избирательная способность).

j = 0 – 100 %.

Селективность может быть привязана к определенному веществу (белку и т.д.)

Чем больше j данной мембраны по данному веществу, тем лучше мембрана задерживает данное вещество.

Селективность для каждого соединения и каждой мембраны устанавливается экспериментальным путем.

Если при мембранном фильтровании желают максимально выделить или удалить из раствора высокомолекулярное соединение, то мембрану выбирают с высокой селективностью этих веществ. По низкомолекулярным соединениям (которые необходимы или нет в зависимости от задачи) селективность будет нулевой.

Большое значение j играет при обратном осмосе, когда обрабатывают воду, придавая ей питьевые кондиции.

Производительность мембран зависит от следующих факторов:

- от температуры

- от давления

- от вязкости

- от степени турбулизации потока жидкости над мембраной.

Мембранные процессы и мембранные технологии в целом имеют один существенный отрицательный эффект – это явление концентрационной поляризации мембран.