CC BY
102
3. Dayam R., Deng J., Neamati N. // Medicinal Research Reviews, 2006. № 26 (3). C. 271.
4. Nair V., Chi G. // Rev. Med. Virol., 2007. № 17. C. 277.
5. Dayam R., Gundla R., Al-Mawsawi L.Q. [et al.]; // Medicinal Research Reviews, 2008. №28(1). C. 118.
6. Evering Т.Н., Markowitz M. // The PRN Notebook, 2008. № 13. С. 1.
7. Hare S., Gupta S.S., Valkov E. [et al.]; // Nature, 2010. № 464. C. 232.
8. П.А. Никитина, В.П. Перевалов, И.И. Ткач. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. Т. XXIV. № 5. С. 42-46.
9. Abuskhuna S., McCann М., Briody J. [et al.]; // Polyhedron, 2007. № 26. C. 4573.
УДК 628.168.4
О.В. Силос, Е.Н. Фарносова, Г.Г. Каграманов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Water purification and treatment are among the basic ecological problems. The presence of various toxic compounds, such as heavy metals and silica in these waters makes purification process more complex and costly. The effective solution of this problem is combination of two stage in one process, namely, chemical (coagulation, for example) and membrane (ultrafiltration) methods.
Проблемы водоочистки и водоподготовки остаются ключевыми проблемами современности. Присутствие разнообразных вредных соединений, таких как соединения тяжелых металлов и кремния в воде, делает процессы водоочистки более сложными и дорогостоящими. Эффективным решением данной проблемы может служить сочетание двух стадий в одном процессе, а именно, химические (например, коагуляция) и мембранные (ультрафильтрация) методы.
Вода играет ключевую роль в хозяйственной деятельности и жизнедеятельности человека. Проблемы, связанные с процессами водоочистки и водоподготовки, являются важнейшими проблемами современности. Очищенная вода необходима для всех аспектов нашей жизни: как для индивидуального потребления, так и для всех технологических процессов. Ни одно производство, будь то химическое или какое-либо другое, не может обойтись без процессов водоочистки и водоподготовки.
В настоящее время существует большое количество методов, применяемых для целей водоподготовки и водоочистки, совершенствуются существующие методы и предлагаются новые. Однако, несмотря на все это мно-
гообразие, в процессах получения чистой воды остается множество проблем, решение которым пока не найдено.
Одной из таких проблем является нахождение в воде соединений тяжелых металлов, которые оказывают вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Присутствие в таких водах оксида кремния (БЮг) еще более усложняет процессы водоочистки и водоподготовки.
Кремний, находящийся в воде в концентрациях меньше предельно допустимой концентрации (ПДК), оказывает благоприятное действие на жизнедеятельность человека, являясь незаменимым микроэлементом. Однако при концентрациях выше ПДК (10 мг/л [1]) он оказывает негативное воздействие на человека, увеличивая вероятность онкологических заболеваний [2]. Кроме негативного влияния на организм человека, присутствие кремния в воде делает ее не пригодной для использования в энергетике и на многих предприятиях химической промышленности. Это происходит из-за образования трудно растворимой накипи в процессе эксплуатации воды.
Все это указывает на необходимость очистки воды от содержащегося в нем кремния, который преимущественно находится в воде в форме своего оксида. Наиболее богаты оксидом кремния артезианские воды, в них он присутствует за счет кислотного гидролиза алюмосиликатов, поверхностные воды северного региона, в них он присутствует за счет разложения биомассы растительных организмов и, также, кремний в существенно больших концентрациях присутствует в гидротермальных водах.
Наиболее развивающими методами в водоочистке и водоподготовке являются мембранные методы: ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос. Мембранные методы высокоэффективны и имеют относительно низкие капитальные и, особенно, эксплуатационные затраты.
Однако, несмотря на высокую эффективность мембранных методов, присутствие оксида кремния является нежелательным при проведении очистки воды такими методами. Это связанно с тем, что при определенных концентрациях оксид кремния образует гель на поверхностях мембран, что существенно снижает их производительность [3]. При дальнейшем проведении мембранной очистки воды, концентрация оксида кремния на поверхности мембраны увеличивается, что приводит к образованию трудно растворимых осадков на мембране. Полученные таким образом осадки невозможно удалять промывкой обратным током, а только химическими реагентными методами. Это приводит к получению дополнительных стоков, которые необходимо утилизировать, удорожанию процессов мембранной очистки воды и снижению производительности мембран.
Одним из путей решения данной проблемы может служить комбинированный процесс коагуляция - ультрафильтрация. После такой очистки полученную воду можно направлять на установки обратного осмоса или нанофильтрации для удаления оставшихся загрязнений без забивания мембран и потери их производительности. Комбинированная технология состоит из этапа коагуляции, для которого необходимо знание кинетики процесса коагуляции, чтобы научно обосновать выбор определенного вида коагулянта и
условий процесса для каждого конкретного типа разделяемого раствора; и этапа ультрафильтрации, который будет обуславливаться использованием ультрафильтрационных мембран с наилучшими показателями по селективности и производительности.
Кроме того, исходная вода наряду с содержанием оксида кремния очень часто содержит соединения тяжелых металлов, которые также возможно удалить в комбинированном процессе коагуляция - ультрафильтрация. В связи с этим, первоначально был изучен процесс ультрафильтрационной очистки воды от соединений тяжелых металлов.
Лабораторная установка для изучения процесса ультрафильтрации для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов оснащена 6 половолоконными промышленно производимыми модулями (молекулярные отсечки 10;20;30;50;100;150кДа) и способна осуществлять работу, как в тупиковом, так и тангенциальном режиме.
Установка оснащена КИПиА. С помощью игольчатых дросселей можно довольно точно регулировать расходы потоков. Расход и давление показывают ротаметры и манометры соответственно. Все соединения выполнены из пластиковых трубок и фитингов фирмы John Guest, они выдерживают высокое давление, агрессивные среды, и просты в обращении.
Особая схема мембранного модуля дает возможность при обратной промывке и химической мойке мембраны отводить моющий раствор через верхний (концентратный) порт, либо через нижний порт (вход исходной воды). Это позволяет отмыть волокна по всей длине, избегая застойных зон.
Гидравлическая схема установки приведена на рис. 1.
Исследования влияния основных технологических параметров на основные характеристики процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов
проводили на примере кобальта.
На мембранные модули с молекулярными отсечками 10, 30, 100 и 150 кДа подавали раствор с концентрацией по ионам кобальта 50 мг/л. Давление на входе в мембранный модуль составляло 1,5 бар.
Рис. 2. Зависимость селективности от концентрации кобальта. Т = 22 °С, Рвх = 1>5 бар
Рис. 3. Зависимость селективности от концентрации кобальта. Т = 22 °С, Рвх = 1?5 бар
Так как ультрафильтрация эффективно удаляет из раствора только дисперсную фазу, то необходимо перевести растворимый нитрат кобальта в форму гидроксидов. Поэтому, важным фактором, определяющим степень очистки раствора, является значение величины pH.
Как видно из рис. 2, селективность увеличивается при повышении концентрации ионов кобальта в исходном растворе. Начиная с концентрации -100 мг/л селективность для мембран с молекулярными отсечками 30, 100 и
150 кДа выходит на плато, причем селективности всех мембран совпадают, поэтому для очистки стоков рекомендуется применять мембрану с наибольшей молекулярной отсечкой, так как она имеет максимальную из всех образцов удельную производительность.
При значении величины pH =11,5 (рис. 3) степень очистки от соединений кобальта приближается к единице, поэтому в очищенном потоке (пермеате) практически достигаются значения ПДК по кобальту.
Увеличить эффективность процесса ультрафильтрации возможно добавлением коагулянтов, укрупняющих размер дисперсной фазы загрязнителя. Поэтому был исследован вариант реагентноусиленной ультрафильтрации. Зависимость степени очистки от концентрации АКФК представлена на рис. 4. Исходная концентрация раствора составляла 50мг/л по иону кобаль-
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
0,93
♦ рН= 10,5; 100 кДа ■ рН= 10,5; 150 кДа
-1—I—I—I—I—|—I—I—I—I—|—I—I—I—I—|—I—I—I—I—|
5 10 15 20 _ 25
Чдамо мг/л
Рис. 4. Зависимость селективности от концентрации АКФК. Т = 22 °С, Рвх = 1*5 бар, ССо=50 мг/л
Как видно из графика, при концентрации АКФК -15 мг/л селективность ультрафильтрации с применением мембраны с молекулярной отсечкой 150 кДа приближается к единице, в то время как без добавления реагентов, она составляет порядка 99%. Поэтому, при необходимости очистки раствора, содержащего соединения кобальта с концентрацией порядка 50 мг/л по иону кобальта, до норм ПДК, рекомендуется проводить реагентноусиленный вариант ультрафильтрации.
Таким образом, в ходе исследования было определено влияние технологических параметров на основные характеристики (селективность, производительность) процесса очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов методом тангенциальной ультрафильтрации. Также проведено сравнение перевода загрязнений в дисперсную фазу изменением pH исходного раствора с совмещением данного метода с коагуляцией. Установлены оптимальные значения pH и коагулянта (Сакфкопт = 15 мг/л, рН0Пт.= 10,5).
Библиографические ссылки
1. СанПиН 2.1.4.1116-02. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества.
2. Сусликов B.JI Геохимическая экология болезней, т.2. Атомовиты. М.: Гелиос, 2000. 667 с.
3. Hsu-Hui Cheng, Shiao-Shing Chen, Shu-Ru Yang. In-line coagulation/ultrafiltration for silica removal from brackish water as RO membrane pretreatment. // Separation and Purification Technology. Volume 70. Issue 1, 2009. P. 112-117.
УДК 661.183.2+616.151
В.Г. Старинский, *М.М. Гольдин, А.А. Степанов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Научно-исследовательский институт скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМОЙ ГЕМОСОРБЦИИ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ
At the present time in medicine to detoxify the body in acute poisonings and endotoxemia method hcmosorption. The essence of this consists of passing the patient's blood through a column with the sorbent, and the toxic substance being removed must be adsorbed on hemosorbents, but the most important components of blood such as blood cells, proteins, mineral salts, and should not change with its composition. In other words, when in contact with blood toxicants hemo-sorbent be extracted from the blood by adsorption, but the interaction of blood with hemosorbents should be avoided.
В настоящее время в медицине для детоксикации организма при острых отравлениях и эндотоксикозах используется метод гемосорбции. Суть этого заключается в пропускании крови пациента через колонку с сорбентом, при этом удаляемое токсическое вещество должно адсорбироваться на гемосорбенте, однако важнейшие составные части крови, такие, как клетки крови, белки, минеральные соли, не должны при этом изменять свой состав. Иначе говоря, при контакте гемосорбента с кровью токсиканты должны извлекаться из крови за счет адсорбции, но взаимодействие крови с гемосорбентом должно быть исключено.
В настоящее время в качестве гемосорбентов используются углеродные материалы с развитой поверхностью. Как правило, это активированные угли, изготовленные из углей природного происхождения путем их активирования, либо из высокомолекулярных органических соединений (например, полиакриламидных или целлюлозных гранул) путем их карбонизации.
Однако более доступный и дешевый активированный уголь для таких целей приходится специально модифицировать, поскольку он разрушает форменные элементы крови. Наиболее известным приемом является микро-капсулирование активированных углей, т.е. гранулы угля защищают от
