Спосіб довільного очищення рідини

Винахід стосується галузі очищення рідини з використанням мембран, а саме способів самодовільної очистки рідин. Відомий спосіб очищення морської води від розчинених у ній солей за допомогою напівпроникної мембрани за рахунок тиску стовпа води на глибині не менше, як 1066,8м (Патент Великобританії №1141138, HKI B1X, F1, надрук. 19.07.67). Недоліком даного винаходу є примусове очищення морської води (хоч і за рахунок енергії гравітації, яка нічого не коштує), а також складне апаратурне оформлення і обмеженість застосування - тільки у морі при певній його глибині. Відомий також найбільш близький аналог прототип спосіб одержання перетоку води з об'єму з розчином солі через проникний глинистий перетинок у об'єм з чистою водою (Рельтов Б.Ф. и др. Дальнейшие экспериментальные исследования осмотических явлений в связанных грунта х // Изв. ВНИИГМ. - Т.52. - 1955. - С.147 164). Автори не задавались метою створити технічне рішення - очищення води, а досліджували явище, яке одержало назву "аномальний осмос" або "капілярний осмос". Досягненням авторів є, поперше, одержання перетоку води з розчину солі у чистий розчинювач і, по-друге, здійснення перетоку не за рахунок зовнішнього тиску, а за рахунок внутрішньої енергії системи. Недоліком способу за прототипом є короткий час дії способу - до проникнення іонів солі скрізь глинистий перетинок. Задачею даного винаходу є забезпечення безперервності дії способу. Поставлену задачу вирішують тим, що ліофільній мембрані (перетинку) надають властивість напівпроникності за рахунок зменшення з одного боку мембрани її пор до величини, яка співставима з розміром частинок розчиненої речовини, а саму мембрану розташовують таким чином, щоб її сторона з меншим діаметром пор була звернута до об'єму з чистим розчинювачем. Винахід грунтується на використанні явища ентропоосмосу, виявленого автором даного винаходу (Васильченко А.О. Ентропія, осмос і ентропоосмос, або Чому руйнуються стінки свердловин // Нафт. і газова пром-сть. - 1995. №4. - С.26 - 28). Ентропоосмос являє собою властивість рідини самодовільно руха тись проти градієнту її стр уктурної організованості (СО) або від меншого потенціалу СО до більшого. Структурна організованість рідини - це параметр порядку, який вимірюють в ентропійних одиницях або у бітах інформації. Непрямо про зміну величини СО рідини у різних частинах системи можна судити за зміною структурно-чутливи х параметрів. Наприклад, більшому рівню СО води відповідають більші значення густини, в'язкості і менші величини ізотермічної стисливості діелектричної проникності. Ентропоосмос являє собою узагальнений фізико-хімічний процес, який має місце у всі х випадках, пов'язаних з самодовільним рухом рідини - концентраційний, електро-, термо- і капілярний осмос, капілярне підняття, ультразвуковий капілярний ефект і т.і. Розглянемо прояв ентропоосмосу в експерименті, який моделює перетік води з розчину солі скрізь пористі перетинки у чисту воду, одержані Рельтовим, Нальчицьким, Свирідовим, Гамзатовим та іншими (фіг.1). Якщо посудину 2, заповнену суспензією бентонітової глини у воді, привести у контакт з розчином солі 1 через проникний перетинок 4, то через 1 - 2 години над поверхнею суспензії з'явиться шар води 3. Якщо перетинок 4 замінити напівпроникною мембраною, то відбувається зневоднення глинистої суспензії. Обидва процеси можна пояснити з позиції теорії ентропоосмосу. При проникненні іонів солі скрізь пористий перетинок 4 в суспензію відбувається руйнування гідратних оболонок навколо глинистих чисток, зниження СО води. Градієнту концентрації солі, який виникає в суспензії, відповідає градієнт СО води. Згідно з цим градієнтом виникає потік води з розчином у прісну воду, який діє проти сили тяжіння. Якщо проникний перетинок замінений напівпроникною мембраною, то, відповідно з теорією ентропоосмосу, можливі два потоки: з глинистої суспензії у пори мембрани і з розчину солі у пори мембрани. Реалізується потік з суспензії у розчин солі, тому що він організований більшою різницею потенціалів CO води. Приклади здійснення способу. Приклад 1. В лабораторних умовах спосіб самодовільного очищення води здійснювали на асиметричній ліофільній напівпроникній мембрані, яку виготовляли з глинопорошків. Для цього в обойму діаметром 3см просіювали шар за шаром глинопорошки у такій послідовності: каолініт, суміш каолініту з вермикулітом у співвідношенні 2 : 1 далі 1 : 1 і 1 : 2, чистий вермикуліт, суміш вермикуліта з палигорскітом у співвідношенні 2 : 1 далі 1 : 1 і 1 : 2, чистий палигорскіт, суміш палигорскіту з бентонітом у співвідношенні 2 : 1 далі 1 : 1 і 1 : 2, чистий бентоніт. Далі здійснили повну гідратацію дистильованою водою і надлишок води відпресували шляхом поступового збільшення тиску до 2,5МПа на протязі 4 годин. Далі глинисту мембрану помістили у керноутримувач приладу для дослідження проникності кернів і привели у контакт з чистою водою з боку її бентонітового шару і з 5% розчин хлористого кальцію з боку каольнітового шару. За час експерименту об'єм чистої води збільшився на 5см 3. У пробі води, відібраної над мембраною, іонів кальцію не визначено. Таким чином, тиск пресування глинистої мембрани 2,5МПа забезпечив напівпроникні властивості бентонітового шару, а підбір глинистих мінералів з різними розмірами часток обумовив зменшення середнього діаметру пор у напрямі від каолінітового шару до бентонітового, тобто конусність. Приклад 2. Для здійснення способу самодовільної очистки рідин, наприклад, знесолення морської води, доцільно використовува ти у якості основного елементу ядерні фільтри Фльорова з конусними порами, виготовлені з гідрофільного матеріалу. Звичайно використовують напівпроникні ядерні фільтри Фльорова для здійснення процесу зворотного осмосу, розташовуючи їх так, щоб вузький край пори був звернутий до розчину солі (див. Брок Т. Мембранная фильтрация. - М.: Мир, 1987. - С.87). Згідно даному способу, об'єм з чистою водою обмежують напівпроникною гідрофільною мембраною 1 з конічними порами, вузький край яких звернутий до об'єму з чистою водою (див. фіг.2). Зовнішню сторону мембрани приводять у контакт з морською водою. Чисту воду, яка надходить скрізь мембрану, відводять через трубку 2 у ємність. Форму пристрою задають крупнопористою підкладинкою - каркасом 3. Приклад 3. Для здійснення способу самодовільної очистки неполярних рідин, наприклад, вуглеводнів від розчинених у них смолистих речовин, у якості основного елементу пристрою використовують ядерні фільтри Фльорова, виготовлені з гідрофобного матеріалу, наприклад графіту, ебоніту, тефлону, фторвуглецеви х плівок і т.і. Схема здійснення та ж сама, що і у прикладі 2 (фіг.2): напівпроникною мембраною 1 обмежують об'єм чистої вуглеводневої рідини. Зовнішню сторону мембрани приводять контакт з забрудненою рідиною. Рідину, яка проникає проти градієнту СО, відводять за допомогою трубки 2. Даний винахід являє собою рішення нової за постановкою задачі - здійснення процесу самодовільної очистки рідини - на грунті нових теоретичних уявлень про фізико-хімічні явища у рідких середовищах. Це дає підставу зробити висновок про те, що нове технічне рішення відповідає критерію "суттєві відміни". Переважна галузь застосування винаходу очищення промислових стоків, регенерація розчинювачів у хімічній промисловості і головним чином, опріснювання морської води. Широке застосування винаходу дозволить суттєво полегшити вирішення екологічних, соціальних і економічних проблем. Таким чином, застосування даного винаходу дозволить спростити апаратурне оформлення і обслуговування, з також розширити область застосування самодовільної очистки рідини.