I. Εισαγωγή στην μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης
Το Ro σημαίνειΜεμβράνη αντίστροφης όσμωσης. Κανονικά, το νερό ρέει από χαμηλή συγκέντρωση σε υψηλή συγκέντρωση. Ωστόσο, υπό πίεση, η ροή αντιστρέφει-από υψηλή συγκέντρωση έως χαμηλή συγκέντρωση. Αυτό είναι γνωστό ως η αρχή της αντίστροφης όσμωσης.
Το μέγεθος των πόρων των μεμβρανών RO είναι περίπου 0. Άλλες ακαθαρσίες και βαριά μέταλλα εκφορτώνονται μέσω της πρίζας των λυμάτων. Οι μεμβράνες RO χρησιμοποιούνται ευρέως στην αφαλάτωση θαλασσινού νερού και την ανακύκλωση διαστημικών λυμάτων και επομένως αναφέρονται συχνά ως τεχνητά νεφρά υψηλής τεχνολογίας.
Οι μεμβράνες RO είναι συνθετικές ημι-διακεκριμένες μεμβράνες που έχουν σχεδιαστεί για να μιμούνται βιολογικές μεμβράνες. Είναι συνήθως κατασκευασμένα από πολυμερές υλικά όπως οξικό κυτταρίνης, αρωματικό πολυυδραζίδιο ή αρωματικό πολυαμίδιο. Οι πόροι στην επιφάνεια της μεμβράνης συνήθως κυμαίνονται από 0 5 έως 10 nm και η διαπερατότητα τους εξαρτάται από τη χημική δομή της μεμβράνης. Ορισμένα υλικά απορρίπτουν καλά τα άλατα, αλλά έχουν βραδύτερη διαπερατότητα νερού, ενώ άλλα με περισσότερες υδρόφιλες ομάδες επιτρέπουν ταχύτερη ροή νερού.
1. Αρχή της αντίστροφης όσμωσης
Για να κατανοήσουμε το RO, πρέπει πρώτα να γνωρίζουμε τι είναι η "Όσμωση": Όταν δύο διαλύματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις αλατιού διαχωρίζονται από μια ημιεπερισμένη μεμβράνη, το νερό ρέει φυσικά από την πλευρά με χαμηλότερη συγκέντρωση άλατος στην πλευρά με υψηλότερη συγκέντρωση άλατος. Τα ίδια τα άλατα δεν περνούν. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου επιτευχθεί ισορροπία και οδηγείται από οσμωτική πίεση.
Εάν η πίεση μεγαλύτερη από την ωσμωτική πίεση εφαρμόζεται στην πλευρά υψηλής άμμου, η ροή του νερού μπορεί να αντιστραφεί-αυτό είναι αντίστροφη όσμωση. Με αυτόν τον τρόπο, τα μόρια του νερού αναγκάζονται μέσω της μεμβράνης στην άλλη πλευρά, αφήνοντας πίσω τα άλατα και τις ακαθαρσίες, καθαρίζοντας αποτελεσματικά το νερό.
2. Προέλευση της τεχνολογίας RO
Στη δεκαετία του 1950, ο Αμερικανός επιστήμονας Dr. S. Sourirajan ανακάλυψε μια λεπτή μεμβράνη στο σώμα ενός γλάρου, η οποία θα μπορούσε να διαχωρίσει το γλυκό νερό από το θαλασσινό νερό μέσα στο σώμα του πουλιού χρησιμοποιώντας πίεση. Αυτή η έννοια έθεσε τα θεμέλια για τη θεωρία RO.
Το 1953, το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα εφάρμοσε αυτή την τεχνολογία σε εξοπλισμό αφαλάτωσης. Το 1960, η αμερικανική κυβέρνηση χρηματοδότησε την έρευνα στο UCLA Medical School, με επικεφαλής τον Dr. Sidney Lode και τον Dr. Sourirajan, για την ανάπτυξη μεμβρανών RO για διαστημικά προγράμματα. Ο στόχος ήταν να μειωθεί η ανάγκη μεταφοράς μεγάλων ποσοτήτων νερού στο διάστημα. Με την πάροδο του χρόνου, συμμετείχαν περισσότεροι ερευνητές, προωθώντας σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα και την ποσότητα της τεχνολογίας μεμβράνης RO και την επίλυση των βασικών προκλήσεων καθαρισμού του νερού για την ανθρωπότητα.
Ii. Εισαγωγή στη μεμβράνη υπερδιήθησης
Οι μεμβράνες υπερδιήθησης (UF) έχουν ομοιόμορφα μεγέθη πόρων που κυμαίνονται από {0}} 001 έως 0,02 μικρά. Κάτω από την πίεση, αυτές οι μεμβράνες φιλτράρουν τα μόρια μεγαλύτερα από το μέγεθος των πόρων, διαχωρίζοντας αποτελεσματικά τα σωματίδια με μοριακά βάρη πάνω από 500 daltons ή μεγέθη μεγαλύτερα από 10 nm. Οι μεμβράνες UF ήταν μία από τις πρώτες μεμβράνες διαχωρισμού πολυμερών που αναπτύχθηκαν και έχουν χρησιμοποιηθεί βιομηχανικά από τη δεκαετία του 1960.
Η διήθηση UF βασίζεται σε διαφορές πίεσης σε διαχωρισμένες διαλυμένες ουσίες και συμπυκνωμένες ουσίες. Αυτές οι μεμβράνες είναι συνήθως κατασκευασμένες από οξική κυτταρίνη ή παρόμοια πολυμερή υλικά. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τον διαχωρισμό κολλοειδών εναιωρημάτων που είναι δύσκολο να χειριστούν με άλλες μεθόδους. Οι εφαρμογές μεμβράνης UF συνεχίζουν να επεκτείνονται.
Η διήθηση μεμβράνης με βάση την πίεση περιλαμβάνει τρεις κύριους τύπους:
Μικρολογία (MF): 0.02–10 μm
Ultrafiltration (UF): 0.001–0.02 μm
Αντίστροφη όσμωση (RO): 0.0001–0.001 μm
Iii. Χαρακτηριστικά RO μεμβρανών
Υψηλό ποσοστό αφαλάτωσης ακόμη και σε υψηλά ποσοστά ροής
Ισχυρή μηχανική αντοχή και μεγάλη διάρκεια ζωής
Αποτελεσματική απόδοση υπό χαμηλή πίεση λειτουργίας
Ανθεκτικό στις χημικές και βιοχημικές αντιδράσεις
Ελάχιστη επίδραση από το pH, τη θερμοκρασία και άλλους παράγοντες
Εύκολη στην πηγή πρώτων υλών, απλή κατασκευή και χαμηλό κόστος
Iv. Χαρακτηριστικά μεμβρανών UF
Καμία αλλαγή φάσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας UF. σταθερή λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου
Σχεδιασμός συμπαγούς εξοπλισμού, μικρό αποτύπωμα και εύκολο στη λειτουργία
Απλή διαδικασία διαχωρισμού με υψηλό επίπεδο αυτοματοποίησης
Ικανό να διαχωρίζει ουσίες που βασίζονται σε μοριακό βάρος
Ευρεία προσαρμοστικότητα σε διαφορετικές ιδιότητες νερού και ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών
V. Εφαρμογές των μεμβρανών RO
Οι μεμβράνες RO χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες, όπως:
Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Πετροχημικός
Χάλυβα
Ηλεκτρονική
Φαρμακευτικά προϊόντα
Φαγητό και ποτό
Δημοτική επεξεργασία νερού και προστασία του περιβάλλοντος
Παίζουν βασικούς ρόλους σε:
Αφαλάτωση θαλασσινού νερού και υφάλμυρου νερού
Παραγωγή νερού τροφοδοσίας λέβητα
Δημιουργία βιομηχανικού καθαρού νερού και εξαιρετικά υψηλού νερού για ηλεκτρονικά
Κάνοντας πόσιμο νερό
Επεξεργασία λυμάτων
Εξειδικευμένες διαδικασίες διαχωρισμού και καθαρισμού
