Явление концентрационной поляризации

Ввиду предполагаемого переноса воды через проницаемую мембрану, у ее поверхности повышается концентрация растворенных веществ по сравнению с их содержанием в объеме раствора, при этом устанавливается динамическое равновесие между подходом растворенных веществ к поверхности мембраны и их удалением от нее вследствие конвективной и молекулярной диффузии, таким образом, у поверхности мембраны устанавливается градиент концентрации, перпендикулярный поверхности мембраны.

Кроме того, в мембранном аппарате устанавливается градиент концентрации, параллельный поверхности мембраны.

Явление возникновения градиента концентрации веществ перпендикулярно поверхности мембраны получило название концентрационной поляризации (КП). Концентрационная поляризация – это формирование у поверхности мембраны пограничного слоя, в котором концентрация растворенного вещества больше, чем в исходном растворе (см. рис.ХХ).

Figure XX. Concentration polarization at a membrane surface [Coulson and Richardson]

Концентрационная поляризация во всех случаях является отрицательным фактором процесса мембранного разделения, так как:

- создается возможность образования труднорастворимых осадков в примембранном слое и имеет место повышенной концентрации растворенных веществ;

- при развитой КП увеличивается вероятность прохождения растворенных веществ в фильтрат.

В результате этих явлений ухудшается качество очистки воды, снижается производительность вследствие закупорки пор. Снижение производительности мембраны происходит также вследствие снижения осмотического давления в примембранном слое. Для снижения уровня КП в фильтрующих элементах устанавливаются специальные турбулизирующие вставки, увеличивается скорость движения воды для увеличения турбулентности потока за счет рециркуляции концентрата. В лабораторных условиях на исследовательских установках для снижения эффекта КП применяются магнитные мешалки.