2. Влияние внешних факторов на процессы мембранного разделения

Основными факторами, влияющими на скорость и селективность процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, являются рабочее давление, гидродинамические условия в аппарате, природа и концен- трация разделяемого раствора, температура.

С повышением давления удельная производительность мембран увеличивается, так как растет движущая сила процесса. Однако при высоких давлениях происходит уплотнение материала мембран, что может вызвать снижение проницаемости. Высокое давление вызывает в полимерном материале мембраны значительные остаточные дефор- мации, влияя на ее структуру особенно сильно в первые часы работы. В течение всего срока службы мембраны наблюдается замедленное, но непрерывное снижение проницаемости именно из-за указанного явле- ния.

Концентрация растворенных веществ определяет не только ха- рактеристики процесса обратного осмоса и ультрафильтрации, но и саму возможность использования этих методов разделения. Увеличе- ние концентрации растворенных веществ приводит к повышению ос- мотического давления раствора, что снижает эффективную движущую силу процесса, возрастанию вязкости раствора, росту концентрацион- ной поляризации. Все это вызывает снижение проницаемости. С уве- личением концентрации на поверхности и в порах мембраны уменьша- ется толщина слоя связанной воды, ослабевают силы взамодействия между ионами и молекулами воды в растворах неорганических ве- ществ, что приводит к снижению селективности.

Кроме того возможно смещение рН раствора в кислую или ще- лочную среду, что ускоряет гидролиз полимерных мембран, а также вызывает обезвоживание, растворение мембраны, выпадение на ней в осадок малорастворимых солей.

Обратный осмос рекомендуется использовать при концентрациях электролитов, не превышающих для одновалентных солей 5-10 %, для двухвалентных - 10-15 %, для многовалентных - 15-20 %. Для органи- ческих веществ указанные пределы несколько выше.

Влияние концентрационной поляризации связано с повышением концентрации растворенного вещества в приграничном слое мембра- ны. При этом снижается эффективное давление вследствие увеличения осмотического давления раствора, определяемого концентрацией именно в приграничном слое, что приводит как к снижению селектив- ности, так и скорости процесса. Со стороны мембраны, обращенной к раствору, возникают условия, способствующие осаждению на мембра- не слаборастворимых солей (СаСО₃, СаSО₄) или высокомолекулярных соединений, что приводит к закупориванию пор мембраны и уменьше-

нию ее эффективной площади. Сокращается срок службы полимерной мембраны, который в значительной мере зависит от концентрации рас- творенного вещества.

Для уменьшения влияния концентрационной поляризации пред- ложено турбулизовать раствор у поверхности мембраны (механическое перемешивание или перекачивание раствора, использование “турбули- зирующих вставок” и т.п.), что нередко приводит к резкому повыше- нию расхода энергии на циркуляцию раствора.

Природа растворенного вещества оказывает определенное влия- ние на селективность и в меньшей степени на проницаемость мембран. Это влияние заключается в том, что неорганические вещества задер- живаются мембранами лучше, чем органические с той же молекуляр- ной массой; среди родственных соединений, например, гомологов, лучше задерживаются вещества с большей молекулярной массой; ве- щества, образующие связи с мембраной, например, водородную, за- держиваются мембраной тем лучше, чем менее прочна эта связь; се- лективность задержания высокомолекулярных соединений ультра- фильтрацией тем больше, чем больше молекулярная масса растворен- ного вещества.

С ростом температуры уменьшается вязкость и плотность раство- ра, что способствует росту проницаемости, однако при этом повыша- ется осмотическое давление, которое уменьшает проницаемость. При повышении температуры начинается усадка и стягивание пор мембра- ны, что также приводит к уменьшению проницаемости. Однако, если работать при температурах, близких к комнатным, то практически температура на процесс мембранного разделения влияния не оказыва- ет.