Исследование кинетических характеристик мембран обратноосмотического разделения растворов химводоочистки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 66.081.63

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-1-306-309

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАН ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РАСТВОРОВ ХИМВОДООЧИСТКИ

© О.А. Абоносимов

Исследованы удельная производительность и коэффициент задержания обратноосмотических мембран для растворов химводоочистки в зависимости от концентрации, скорости раствора. Проанализированы и объяснены зависимости коэффициента задержания и гидродинамической проницаемости мембран МГА-95 от концентрации и скорости раствора. Представлены схемы обессоливания-концентрирования сточных вод химводоочистки. Ключевые слова: удельная производительность; коэффициент задержания; обратноосмотическая мембрана; сточные воды.

ВВЕДЕНИЕ

Современные мембранные установки для промышленной очистки сточных вод химических производств, в особенности установки обратного осмоса, все больше привлекают внимание специалистов за счет своей универсальности, а также возможности создания на предприятиях системы оборотного водоснабжения [1].

При инженерных методиках расчета процесса об-ратноосмотического разделения необходимо иметь экспериментальные данные по кинетическим параметрам массопереноса. Одними из составляющих массо-переноса при обратноосмотическом разделении явля-

ется удельная производительность мембран и коэффициент задержания [1-3].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

С целью исследования основных кинетических характеристик обратноосмотического разделения был проведен эксперимент по обессоливанию-концент-рированию сточных вод химводоочистки «ВНИПИсера г. Львов, содержащих хлориды и сульфаты натрия. Для исследования использовали лабораторную обратноос-мотическую установку рулонного типа, схема которой представлена на рис. 1.

-

/ - У - У

1- У у ■ 1- У - У

1- У у - 1- У - У

1- у у - 1- У

Рис. 1. Схема лабораторной обратноосмотической установки рулонного типа: 1 - емкость исходного раствора; 2 - насос высокого давления; 3 - разделительный модуль; 4 - дроссель; 5, 6 - ротаметр; 7, 8 - образцовый и электроконтактный манометр; 9 - емкость сбора пермеата; 10, 11, 12 - вентиль; 13 - термометр

2016. Т. 21, вып. 1. Техника

Основным разделительным элементом установки является обратноосмотический модуль 3, в который устанавливались два обратноосмотических рулонных модуля типа ЭРО-Э-6,5/900А с мембранами МГА-95. Из емкости 1 исходный раствор нагнетался в обратно-осмотический модуль 3 плунжерным насосом 2 типа НД-2,5, который обеспечивал подачу раствора в пределах от 0 до 2,5 м3/ч и создавал давление до 6 МПа. С помощью дросселя 4 в обратноосмотическом модуле устанавливалось необходимое рабочее давление раствора, которое контролировалось электроконтактным манометром 8. Расход раствора контролировался ротаметром 5, а температура измерялась термометром 13. Расход пермеата после обратноосмотических модулей контролировался ротаметром 6 и собирался в емкости 9.

Экспериментальные исследования проводили при варьировании концентрации и скорости раствора. Для определения средних значений проводили серию из трех экспериментов.

Значение удельной производительности мембраны О рассчитывали по зависимости [1; 3]

G = V

F„

(1)

где О - удельная производительность мембраны, м3/м2с; V - объем собранного пермеата, м3; ¥м - площадь мембраны, м2; т - время проведения эксперимента, с.

Коэффициент задержания определяли по формуле

C

k = 1 - - пер

С

(2)

где к - коэффициент задержания; Спер - концентрация растворенного вещества в пермеате, кг/м3; Сисх - концентрация растворенного вещества в исходном растворе, кг/м3.

На рис. 2-3 представлены зависимости удельной производительности и коэффициента задержания мембраны МГА-95 от концентрации при различной скорости раствора над мембраной.

Рис. 2. Зависимость удельной производительности мембраны МГА-95 от концентрации

10 20 30 40

-V=0 I м.'с —»-V=0.06 И/с Рис. 3. Зависимость коэффициента задержания мембраны МГА-95 от концентрации

г

Рис. 4. Пятиступенчатая схема обессоливания-концентрирования сточных вод химводоочистки «ВНИПИсера» г. Львов

По представленным зависимостям видно, что с увеличением концентрации раствора удельная производительность значительно падает и в меньшей степени коэффициент задержания. Падение удельной производительности и коэффициента задержания объясняется тем, что при повышении концентрации в заданных пределах существенное влияние оказывает повышение осмотического давления раствора, а следовательно, падение движущей силы процесса разделения [4-5]. Кроме того, увеличивается вязкость раствора, больше сказывается влияние концентрационной поляризации, что может вызвать выпадение в осадок на поверхности мембраны растворенных солей. При большей скорости раствора над мембраной, как видно из приведенных зависимостей, снижается влияние концентрационной поляризации и значения удельной производительности и коэффициента задержания несколько выше, чем при меньшей скорости.

По результатам исследований была рассчитана пятиступенчатая схема обессоливания-концентрирования сточных вод химводоочистки «ВНИПИсера» г. Львов, удовлетворяющая требованиям объему расхода стоков и общему солесодержанию в пермеате, представленная на рис. 4.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены закономерности изменения удельной производительности и коэффициента задержания в

зависимости от концентрации и скорости раствора для сточных вод химводоочистки, содержащих растворы хлорида и сульфата натрия.

2. Объяснены зависимости основных кинетических характеристик от параметров проведения процесса разделения.

3. Представлена схема обессоливания-концент-рирования сточных вод химводоочистки, удовлетворяющая техническому заданию.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия, 1975. 252 с.

2. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения: пер. с англ. / под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1981. 464 с.

3. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: пер. с англ.

A.Ю. Леонтьева, Г.П. Ямпольской / под ред. Ю.П. Ямпольского,

B.П. Дубяги. М., 2001. 350 с.

4. Абоносимов Д.О., Лазарев С.И. Применение мембранных технологий в очистке сточных вод гальванопроизводств // Вестник ТГТУ. Тамбов, 2014. Т. 20. № 2. С. 306-313.

5. Ковалев С.В., Лазарев С.И., Лазарев К.С., Попов Р.В. Удельный поток и коэффициент задержания мембраны МГА-95 при электро-баромембранном разделении водного раствора сульфата цинка // Вестник ТГТУ. Тамбов, 2015. Т. 21. № 1. С. 112-120.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках государственного задания.

Поступила в редакцию 28 января 2016 г.

Абоносимов Олег Аркадьевич, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной геометрии и компьютерной графики, е-mail: geometry@mail.nnn.tstu.ru

2016. T. 21, Bhm. 1. TexHHKa

UDC 66.081.63

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-1-306-309

STUDY OF THE KINETIC CHARACTERISTICS OF THE REVERSE OSMOSIS MEMBRANE SEPARATION OF WATER TREATMENT SOLUTIONS

© O.A. Abonosimov

Specific capacity and the coefficient of detention of reverse osmosis membranes for solutions of water treatment, depending on concentration, speed of solution are researched. The dependence of the coefficient of detention and hydrodynamic permeability of the membrane MGA-95 on the concentration and speed of solution are analyzed and explained. The schemes of desalting-concentration wastewater treatment plants are presented.

Key words: specific performance; detention ratio; reverse osmosis membrane; waste water.

REFERENCES

1. Dytnerskiy Y.I. Membrannyeprotsessy razdeleniya zhidkikh smesey. Moscow, Chimiya Publ., 1975. 252 p.

2. Khvang S.-T., Kammermeyer K. Membrannye protsessy razdeleniya. Moscow, Chimiya Publ., 1981. 464 p.

3. Mulder M. Vvedenie v membrannuyu tekhnologiyu. Moscow, 2001. 350 p.

4. Abonosimov D.O., Lazarev S.I. Primenenie membrannykh tekhnologiy v ochistke stochnykh vod galvanoproizvodstv. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2014, vol. 20, no. 2, pp. 306-313.

5. Kovalev S.V., Lazarev S.I., Lazarev K.S., Popov R.V. Udelnyy potok i koeffitsient zaderzhaniya membrany MGA-95 pri elektrobaromembrannom razdelenii vodnogo rastvora sulfata tsinka. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2015, vol. 21, no. 1, pp. 112-120.

GRATITUDE: The work is fulfilled under financial support of Ministry of Education and Science of Russian Federation within the framework of state assign.

Received 28 January 2016

Abonosimov Oleg Arkadyevich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Applied Geometry and Computer Graphics Department, e-mail: geometry@mail.nnn.tstu.ru