Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами
Розроблено екологiчно безпечнi високоефективнi процеси очищення води вiд деяких катiонних барвникiв i гiдроксосполук перехiдних металiв перехресною мiкрофiльтрацiєю за допомогою модифiкованих трубчастих неорганiчних мембран вiтчизняного виробництва. Визначено основнi фiзико-хiмiчнi закономiрностi ци...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7929 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами / В.В. Гончарук, Д.Д. Кучерук, Т.Ю. Дульнева // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 190-195. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859668834486583296 |
|---|---|
| author | Гончарук, В.В. Кучерук, Д.Д. Дульнева, Т.Ю. |
| author_facet | Гончарук, В.В. Кучерук, Д.Д. Дульнева, Т.Ю. |
| citation_txt | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами / В.В. Гончарук, Д.Д. Кучерук, Т.Ю. Дульнева // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 190-195. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Розроблено екологiчно безпечнi високоефективнi процеси очищення води вiд деяких катiонних барвникiв i гiдроксосполук перехiдних металiв перехресною мiкрофiльтрацiєю за допомогою модифiкованих трубчастих неорганiчних мембран вiтчизняного виробництва. Визначено основнi фiзико-хiмiчнi закономiрностi цих процесiв i на їх основi розроблено схему маловiдходної технологiї очищення стiчної води вiд гiдроксосполук Zn^2+ й дiамантового зеленого.
The new ecologically safe high-selective processes of water purification from some heavy metal ions and cationic dyes by modified tubular inorganic membranes of domestic production are developed. The basic physical and chemical laws of such processes are determinated, and the schemes of lowwasted technologies of waste water purification from hydrocompounds of Zn^2+ and diamond green are given.
|
| first_indexed | 2025-11-30T12:37:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2009
ЕКОЛОГIЯ
УДК 628.3:66.081.6:66.067.124
© 2009
Академiк НАН України В.В. Гончарук, Д. Д. Кучерук,
Т.Ю. Дульнева
Очищення стiчних вод модифiкованими неорганiчними
мембранами
Розроблено екологiчно безпечнi високоефективнi процеси очищення води вiд деяких ка-
тiонних барвникiв i гiдроксосполук перехiдних металiв перехресною мiкрофiльтрацiєю
за допомогою модифiкованих трубчастих неорганiчних мембран вiтчизняного виробни-
цтва. Визначено основнi фiзико-хiмiчнi закономiрностi цих процесiв i на їх основi роз-
роблено схему маловiдходної технологiї очищення стiчної води вiд гiдроксосполук Zn2+
й дiамантового зеленого.
На сьогоднi в технологiї водоочищення методом перехресної мiкрофiльтрацiї широко ви-
користовують трубчастi неорганiчнi мембрани (з оксидної керамiки, титану тощо) [1–4],
якi при розв’язаннi екологiчних проблем є перспективними завдяки низцi переваг порiв-
няно з полiмерними мембранами: термiчної, хiмiчної та бiологiчної стiйкостi, механiчної
мiцностi, можливостi їх регенерування зворотним потоком фiльтрату або повiтря. Основ-
ний недолiк неорганiчних мембран — це недостатньо висока затримувальна здатнiсть вiд-
носно деяких забруднень. Одним з можливих варiантiв її пiдвищення є модифiкування
неорганiчних мембран рiзними речовинами, в тому числi й динамiчними мембранами, що
утворюються iз самих забруднень. У зв’язку з цим нами було розроблено екологiчно безпеч-
нi високоселективнi процеси очищення води модифiкованими неорганiчними трубчастими
мембранами вiтчизняного виробництва.
Очищення модельних i реальних стiчних вод проведенi на дослiднiй та дослiдно-про-
мисловiй мiкрофiльтрацiйних установках, якi працювали у протоково-рециркуляцiйному
режимi. В дослiднiй установцi було використано одну пористу керамiчну трубку, яку ви-
готовлено на основi оксиду алюмiнiю (α-Al2O3) з зовнiшнiм i внутрiшнiм дiаметрами 12
i 6 мм вiдповiдно (робоча зовнiшня поверхня трубки 0,396 дм2); у дослiдно-промисловiй —
сiм таких трубок (робоча поверхня кожної 0,867 дм2) з середнiм дiаметром пор у верхньому
активному шарi й основi 0,7–0,8 й 5,5–5,6 мкм вiдповiдно. У дослiднiй установцi було вико-
ристано також пористу титанову трубку (робоча поверхня трубки 0,656 дм2) з зовнiшнiм
i внутрiшнiм дiаметрами 12 i 8 мм вiдповiдно та середнiм дiаметром пор 4–5 мкм.
190 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №2
Рис. 1. Вплив величини pH розчинiв солей FeCl3 ·6H2O (а) i CuCl2 ·2H2O (б ) з концентрацiями Fe
3+ й Cu
2+
100 мг/дм3 на значення R iонiв Fe
3+ й Cu
2+ (1, 2 ), а також Jv (1′, 2
′) керамiчних трубок
У ходi дослiджень визначали коефiцiєнт затримки R (%) забруднень i питому продук-
тивнiсть Jv (м3/(м2
· год)) мембран. Концентрацiї барвникiв та iонiв важких металiв ана-
лiзували вiдповiдно фотоколориметричним i атомно-абсорбцiйним методами, а загального
органiчного вуглецю — рiдкофазовим окисненням домiшок i реакцiйною газовою хромато-
графiєю [5–7].
Встановлено, що коефiцiєнт затримки iонiв перехiдних металiв можна пiдвищувати пе-
реведенням їх у гiдроксосполуки в результатi додавання лугу з подальшою мiкрофiльтра-
цiєю крiзь пористi керамiчнi трубки з оксиду алюмiнiю, що забезпечує їх модифiкування
динамiчними мембранами з цих сполук. Так, при тиску 1 МПа i температурi 295 К зi
збiльшенням величини pH вихiдних розчинiв солей FeCl3 · 6H2O i CuCl2 · 2H2O пiдвищува-
лося значення R iонiв Fe3+ й Cu2+ до 99,9% при рiзкому зменшеннi параметра Jv трубки
вiдповiдно до 0,1 й 0,3 м3/(м2
· год), потiм були досягнутi практично стацiонарнi умови
(рис. 1, а, б ). Це можна пояснити збiльшенням концентрацiї гiдроксосполук Fe3+ й Cu2+,
в результатi чого на поверхнi керамiчної трубки формувалася динамiчна мембрана з цих
часток, вiдповiдно при пiдвищеннi та зниженнi значень R i Jv . Максимальнi значення R
iонiв Fe3+ й Cu2+ з досягненням норм на скидання в каналiзацiю (щодо цих iонiв при мiнi-
мальних значеннях Jv мембрани) спостерiгалися в iнтервалах величин pH, якi вiдповiдали
утворенню найбiльшої кiлькостi їх гiдроксосполук. Для iонiв Fe3+ й Cu2+ такi величини pH
становили вiдповiдно 4,5–4,8 та 7,5–7,8 (див. рис. 1, а, б ).
Висока ефективнiсть очищення води вiд гiдроксосполук перехiдних металiв пiдтвердже-
на результатами мiкрофiльтрацiї промивних вод лiнiї цинкування в цинкатних електролiтах
гальванiчного виробництва НВО “Меридiан” (м. Київ). Вихiдна промивна вода мала зна-
чення pH 11,5–12,0, при яких iони Zn2+ з концентрацiєю 16,5 мг/дм3 знаходилися у виглядi
гiдроксосполук. Фiльтруючи таку воду на дослiднiй i дослiдно-промисловiй установках при
тиску 1,0 МПа i температурi 295 К, був отриманий фiльтрат, який вiдповiдав нормам на
скидання в каналiзацiю вiдносно iонiв Zn2+. При попередньому пiдкисленнi вихiдної води
до величини pH 8,0–8,5 значення R гiдроксосполук Zn2+ за аналогiчних умов фiльтрування
зменшувалося до 90%, що пов’язано зi зниженням їх концентрацiї в результатi розчинення
та переходу в iони Zn2+.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №2 191
Рис. 2. Схема маловiдходної технологiї очищення промивної води цинкування в цинкатних електролiтах
гальванiчного виробництва НВО “Меридiан” (м. Київ):
1 — вертикальний вiдстiйник; 2 — мiкрофiльтр з пористими керамiчними трубками, модифiкованими дина-
мiчними мембранами, що самоутворюються; 3 — ємнiсть; 4 — зворотноосмотичний апарат низького тиску;
Н1, Н2 — насоси; В1–В4 — вентилi, М1, М2 — манометри; ВМ1, ВМ2 — водомiри; СМ1, СМ2 — солемiри
За результатами проведених дослiджень розроблено схему маловiдходної технологiї очи-
щення промивних вод лiнiї цинкування в цинкатних електролiтах НВО “Меридiан” (рис. 2).
Вона базується на поєднаннi перехресної мiкрофiльтрацiї для вилучення гiдроксосполук
Zn2+ за допомогою пористих керамiчних трубок, модифiкованих динамiчними мембрана-
ми, що утворюються з цих сполук, i зворотного осмосу низького тиску для доочищення
води вiд анiонiв, якi нагромаджуються у водi при її багаторазовому використаннi. Така
схема дозволяє видiлити, наприклад, за одну годину з 1 м3 такої води ∼0,9 м3 очищеної
води, що придатна для повторного застосування при промиваннi деталей, i ∼0,1 м3 кон-
центрату анiонiв, який в межах ГДК можна скидати в каналiзацiю. Пiсля зневоднювання
у фiльтр-пресi осад гiдроксосполук Zn2+ можна використовувати у металургiї як сировину
для переплавлення.
З метою уникнення витрат лугу, що дорого коштує, розроблений новий високоефектив-
ний безреагентний метод очищення стiчних вод вiд гiдроксосполук перехiдних металiв мем-
бранним електрофiльтруванням, який базується на фiльтруваннi стiчної води крiзь пористу
титанову трубку-катод, при розташуваннi нерозчинного анода ззовнi трубки [8].
Встановлено, що при такому поширеннi електричного поля i щiльностi струму понад
50 А/м2 (тиск — 0,01 МПа) вiдбувалося практично повне затримування iонiв Cr3+ (99,7%)
при зменшеннi значення Jv до 0,04 м3/(м2
· год) (рис. 3, кривi 1, 1
′). За цих умов значення
pH фiльтрату становило 12,0, а концентрату — 3,55.
При мембранному електрофiльтруваннi (тривалiсть — 1 год, тиск 0,5 МПа i температура
295 К) крiзь пористу титанову трубку-катод у режимi рециркуляцiї промивної води галь-
ванiчного виробництва НВО “Арсенал” (м. Київ), яка мiстила 95,5 мг/дм3 iонiв Zn2+ при
pH 6,7, зi змiною щiльностi струму в iнтервалi 37,3–149,3 А/м2 досягали ГДК на скидання
води в каналiзацiю вiдносно iонiв Zn2+.
Отже, за умов мембранного електрофiльтрування при розмiщеннi анода над мембра-
ною-катодом вiдбувалося видiлення в прикатоднiй областi лугу, що викликало утворення
грубодисперсних часток гiдроксосполук перехiдних металiв, стосовно яких пориста труб-
ка виявляла пiдвищене затримування. Збiльшенню значення R гiдроксосполук до 99,9%
за таких умов сприяло також утворення динамiчної мембрани з цих сполук з видiлен-
192 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №2
Рис. 3. Змiна значень R iонiв Cr
3+ (1, 2 ) i Jv (1′, 2′) вiд щiльностi струму i при фiльтруваннi розчину
CrCl3 · 6H2O, що мiстить 75 мг/дм3 iонiв Cr
3+, крiзь титанову трубку при розташуваннi анода над (1, 1
′)
i пiд (2, 2
′) мембраною-катодом
ням фiльтрату у виглядi розчину лугу зi значенням pH 11–12. Використання мембранного
електрофiльтра дозволяє не тiльки практично повнiстю очищати стiчнi води вiд гiдроксо-
сполук важких металiв, але також отримувати кислоту та луг для промислового вико-
ристання.
Однiєю з актуальних екологiчних проблем є очищення стiчних вод паперових i фар-
мацевтичних пiдприємств вiд катiонних барвникiв, зокрема метиленового блакитного й дi-
амантового зеленого. Для розв’язання цiєї проблеми дослiджено процес очищення таких
вод тангенцiальною мiкрофiльтрацiєю при тиску 1,0 МПа i температурi 295 К за допомо-
гою керамiчних мембран, якi модифiкованi глинистими мiнералами монтморилонiтом або
палигорськiтом.
Як показано на рис. 4 (кривi 2 i 3 ), коефiцiєнт затримки барвника при спiльному фiльт-
руваннi розчину з концентрацiєю 100 мг/дм3 метиленового блакитного та 2,0 г/дм3 пали-
горськiту крiзь керамiчну трубку дорiвнював 99%, а з концентрацiєю 180 мг/дм3 — ли-
ше 80%, що пов’язано з його здатнiстю до адсорбцiї та асоцiацiї. З метою збiльшення значе-
ння R метиленового блакитного керамiчну трубку попередньо модифiкували палигорськi-
том, фiльтруючи крiзь них його суспензiю (2 г/дм3). При фiльтруваннi протягом 30 год
розчину, який мiстив 180 мг/дм3 метиленового блакитного, така мембрана практично пов-
нiстю затримувала зазначений барвник (див. рис. 4, крива 1 ). Вiзуально встановлено, що
на шарi з глинистого мiнералу утворювалася динамiчна мембрана з асоцiатiв барвникiв,
яка виявляла додатковий ефект затримки.
Ефективнiсть фiльтрування модельних розчинiв катiонних барвникiв керамiчними мем-
бранами, попередньо модифiкованими глинистими мiнералами, пiдтверджена результатами
очищення стiчної води вiд дiамантового зеленого ВАТ “Київмедпрепарат”.
Випробування було проведено на дослiднiй установцi iз сiмома пористими керамiчни-
ми трубками, якi для досягнення максимального значення R (до 99,9%) попередньо моди-
фiкували суспензiєю палигорськiту в кiлькостi 2 г/дм3. При очищеннi на цiй установ-
цi стiчної води вiд дiамантового зеленого з вихiдною концентрацiєю 7,5–12,0 мг/дм3, зi
значенням pH 4,6–5,9 i робочим тиском 0,25 МПа отримали практично повнiстю знебарв-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №2 193
Рис. 4. Значення R (1, 2, 3 ) барвника i Jv (1′, 2
′, 3
′) трубки вiд тривалостi фiльтрування τ при 1,0 МПа
розчинiв метиленового блакитого з концентрацiями 180 (1, 1
′, 3, 3
′) та 100 мг/дм3 (2, 2
′) крiзь попередньо
модифiковану палигорськiтом (1, 1′) i немодифiковану керамiчну трубку при додаваннi до розчину 2,0 г/дм3
палигорськiту (2, 2
′, 3, 3
′)
лений фiльтрат. Фiльтрат мав значення загального органiчного вуглецю 0,55 мг/дм3, що
дозволяло скидати його у водойми [9].
Таким чином, нами дослiджено основнi фiзико-хiмiчнi закономiрностi процесiв очищен-
ня води вiд деяких катiонних барвникiв i гiдроксосполук перехiдних металiв тангенцiальною
мiкрофiльтрацiєю за допомогою модифiкованих неорганiчних трубчастих мембран вiтчиз-
няного виробництва. Встановлено, що максимальний коефiцiєнт затримки (99,9%) iонiв пе-
рехiдних металiв при мiнiмальнiй питомiй продуктивностi мембран спостерiгався в iнтервалi
значень pH, що вiдповiдав утворенню найбiльшої кiлькостi їх гiдроксосполук. Розроблено
також новий безреагентний метод практичного повного очищення стiчних вод вiд iонiв пе-
рехiдних металiв мембранним електрофiльтруванням крiзь пористу титанову трубку-катод
при значеннi pH у прикатодному просторi 11–12 та розташуваннi анода ззовнi трубки. По-
казано можливiсть практично повного очищення води вiд катiонних барвникiв — метилено-
вого блакитного й дiамантового зеленого попереднiм модифiкуванням пористої керамiчної
трубки палигорськiтом. Вiдзначимо, що в ходi експериментiв розроблено схему маловiдход-
ної екологiчно безпечної технологiї очищення стiчної води вiд гiдроксосполук Zn2+ (НВО
“Меридiан”, м. Київ).
1. Каграманов Г. Г., Кочаров А. Г., Дубровин А.А. Исследование очистки водных растворов от катионов
с помощью керамических микрофильтров // Хим. технология. – 2000. – № 1. – С. 42–46.
2. Гончарук В.В., Балакина М.Н., Кучерук Д.Д., Скубченко В.Ф. Модифiкованi керамiчнi мембрани
в очищеннi води вiд iонiв важких металiв // Доп. НАН України. – 2002. – № 12. – С. 164–168.
3. Каграманов Г. Г., Назаров В. В. Керамические мембраны с селективными слоями на основе SiO2,
TiO2 и ZrO2 // Стекло и керамика. – 2001. – № 5. – С. 12–14.
4. Ellouze E., Ben Amar R., Ben Salah A.M. Cross-flow microfiltration using ceramic membranes applied
to the cuttlefish effluents treatment: effect of operating parameters and the addition of pre – or post-
treatment // Desalination. – 2005. – 177, No 1–3. – P. 229–240.
5. Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. – Киев: Наук. думка, 1989. – 228 с.
6. Брицке М.Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. – Москва: Химия, 1982. – 224 с.
194 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №2
7. Топкин Ю.В. Определение органического углерода в воде жидкофазным окислением примесей и
реакционной газовой хроматографией // Химия и технология воды. – 2001. – 23, № 4. – С. 387–394.
8. Пат. 82300 Україна, МПК C02F 1/46 В01D 39/20. Спосiб очищення води вiд важких металiв /
В.В. Гончарук, Т. Ю. Дульнева, Д.Д. Кучерук. – А 2007. – 01011; Заявл. 31.01.07; Опубл. 25.03.08. –
Бюл. № 6.
9. Гончарук В. В., Жукинский В.Н., Чернявская А.П., Скубченко В.Ф. Разработка эколого-гигиениче-
ской классификации качества поверхностных вод Украины – источников централизованного питье-
вого водоснабжения // Химия и технология воды. – 2003. – 25, № 2. – С. 106–158.
Надiйшло до редакцiї 15.05.2008Iнститут колоїдної хiмiї та хiмiї води
iм. А.В. Думанського НАН України, Київ
Academician of the NAS of Ukraine V.V. Goncharuk, D.D. Kucheruk,
T.Yu. Dulneva
Purification of waste waters by modified inorganic membranes
The new ecologically safe high-selective processes of water purification from some heavy metal ions
and cationic dyes by modified tubular inorganic membranes of domestic production are developed.
The basic physical and chemical laws of such processes are determinated, and the schemes of low-
wasted technologies of waste water purification from hydrocompounds of Zn2+ and diamond green
are given.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №2 195
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7929 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T12:37:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гончарук, В.В. Кучерук, Д.Д. Дульнева, Т.Ю. 2010-04-22T13:50:56Z 2010-04-22T13:50:56Z 2009 Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами / В.В. Гончарук, Д.Д. Кучерук, Т.Ю. Дульнева // Доп. НАН України. — 2009. — № 2. — С. 190-195. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7929 628.3:66.081.6:66.067.124 Розроблено екологiчно безпечнi високоефективнi процеси очищення води вiд деяких катiонних барвникiв i гiдроксосполук перехiдних металiв перехресною мiкрофiльтрацiєю за допомогою модифiкованих трубчастих неорганiчних мембран вiтчизняного виробництва. Визначено основнi фiзико-хiмiчнi закономiрностi цих процесiв i на їх основi розроблено схему маловiдходної технологiї очищення стiчної води вiд гiдроксосполук Zn^2+ й дiамантового зеленого. The new ecologically safe high-selective processes of water purification from some heavy metal ions and cationic dyes by modified tubular inorganic membranes of domestic production are developed. The basic physical and chemical laws of such processes are determinated, and the schemes of lowwasted technologies of waste water purification from hydrocompounds of Zn^2+ and diamond green are given. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Екологія Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами Purification of waste waters by modified inorganic membranes Article published earlier |
| spellingShingle | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами Гончарук, В.В. Кучерук, Д.Д. Дульнева, Т.Ю. Екологія |
| title | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| title_alt | Purification of waste waters by modified inorganic membranes |
| title_full | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| title_fullStr | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| title_full_unstemmed | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| title_short | Очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| title_sort | очищення стічних вод модифікованими неорганічними мембранами |
| topic | Екологія |
| topic_facet | Екологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7929 |
| work_keys_str_mv | AT gončarukvv očiŝennâstíčnihvodmodifíkovanimineorganíčnimimembranami AT kučerukdd očiŝennâstíčnihvodmodifíkovanimineorganíčnimimembranami AT dulʹnevatû očiŝennâstíčnihvodmodifíkovanimineorganíčnimimembranami AT gončarukvv purificationofwastewatersbymodifiedinorganicmembranes AT kučerukdd purificationofwastewatersbymodifiedinorganicmembranes AT dulʹnevatû purificationofwastewatersbymodifiedinorganicmembranes |