Теоретические основы защиты гидросферы методами макрофильтрации (диализ, электродиализ) и ультрафильтрации

     Диализ  широко используется для очистки  растворов белков и других ВМС  от растворенных солей, для отделения щелочи от гемицеллюлоз после процесса обработки целлюлозы щелочью (мерсеризации) и т. п., электродиализ – для обессоливания воды, молочной сыворотки, обескисливания цитрусовых соков.

Диализ является простейшим методом очистки коллоидных систем. Очистка коллоидных методом диализа заключается в том, что с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны) коллоидные мицеллы могут быть отделены от примесей растворенных в дисперсионной среде низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные диализировать (проникать через мембрану), остаются за ней в виде очищенного коллоидного раствора. Явление диализа для коллоидных систем возможно благодаря тому, что размер мицелл гораздо больше размера молекул низкомолекулярных веществ. 
Простейшим прибором для диализа - диализатором - является мешочек из полупроницаемого материала (коллодия), в который помещается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с растворителем (водой). Периодически или постоянно меняя растворитель в диализаторе можно практически полностью удалить из коллоидного раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт, что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуляцию коллоидного раствора. 
В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем процесс. 
Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что объясняет методы интенсификации процесса диализа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача 

Сточные воды очищают  от коллоидно-диспергированного катализатора ультрафильтрацией. Рассчитайте рабочее  давление процесса, обеспечивающее отделение  от сточных вод взвеси, содержащей 60% катализатора, если плотность катализатора  , средний диаметр взвешенных частиц 60нм, а рабочее давление процесса превышает осмотическое давление отделяемого концентрата примерно в 100 раз. Плотность концентрата принять равной 2600 , температура 20 . 

Решение:

Температура:

Т=(20+273,15)=293,15К

Плотность концентрата  = 2600

Плотность катализатора = 4200

Массовая доля катализатора 60%

Рассчитаем массовую концентрацию дисперсной фазы:

Диаметр взвешенной частицы:

Масса одной  частицы для сферических частиц:

Или, удельную поверхность  частиц:

Постоянная Больцмана:

Осмотическое  давление в дисперсных системах рассчитывается по уравнению Вант-Гоффа:

Рабочее давление процесса: 

Ответ: рабочее  давление процесса равно 6,09367кПа.

Заключение 

     Баромембранные  процессы используются во многих отраслях народного хозяйства и в лабораторной практике, для опреснения соленых и очистки сточных вод. Например: разделения азеотропных и термолабильных смесей, концентрирования растворов и т.п.; для очистки сточных вод от высокомолекулярных соединений, концентрирования тонких суспензий, выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, вирусов, очистки крови, концентрирования молока, фруктовых и овощных соков и др. используют ультрафильтрацию. Успехи внедрения ультрафильтрационной технологии в очистке поверхностных и обезжелезивании подземных вод, в доочистке   водопроводной воды еще не говорят о возможности дальнейшего             расширения области применения этого метода. Использование             ультрафильтрационных мембран ограничено видами возможных             загрязнений, содержащихся в воде.

     С помощью диализа можно практически полностью удалить из коллоидного раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт, что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуляцию коллоидного раствора.

     В настоящее время существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем процесс. 
Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что объясняет методы интенсификации процесса диализа.

Список  литературы

1.Ветошкин  А. Г. Процессы инженерной защиты  окружающей среды (теоретические  основы). Учеб. пособие, ПГТА, 2004г.; 325с.

2.Дытнерский Ю. И., «Обратный осмос и ультрафильтрация», М., 1978;

3. Дытнерский Ю. И., «Мембранные процессы разделения жидких смесей», М., 1975

4. Технологические процессы с применением мембран, под ред. Р. Лейси и С. Леба, пер. с англ., М., 1976

5. Хванг С.-Т., Каммермейер К., «Мембранные процессы разделения», пер. с англ., М., 1981

6. http://ru.wikipedia.org/wiki.