Очистка сточных вод от тяжелых металлов методом нанофильтрации Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 66.081.6

Д.Р. Садреева, Лин Маунг Маунг*, Е.Н. Фарносова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125047, Москва А-47, Миусская пл., 9 (1-я Миусская ул. 3) *e-mail: [email protected], [email protected]

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ НАНОФИЛЬТРАЦИИ

ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ

Аннотация:

Определены зависимости основных рабочих характеристик мембран - селективности и производительности от концентрации и величины рН исходного раствора в процессе нанофильтрации.

удельной

Ключевые слова: нанофильтрация, мембраны, селективность, удельная производительность, тяжелые металлы 1.Введение

Известно, что нанофильтрация (НФ) высокоселективна по отношению к двухвалентным

ионам (до 99%) и низкоселективна по отношению к одновалентым (40-60%)[1].

Установки НФ очистки водопроводной воды применяется в США, Франции, Нидерландах, Великобритании.[2]. НФ эффективна для опреснения солоноватых вод, умягчения грунтовых и артезианских вод с целью получения воды питьевого качества(в том числе при очистке вод с высоким значением жесткости - 15 мг-экв/л и выше). Перспективным представляется применение НФ в предподготовке воды перед обратным осмосом. НФ находит применение в водооборотных циклах гальванической, горнорудной, горнодобывающей промышленности, стоки которых содержат большое количество тяжелых металлов.[3]На кафедре мембранной технологии РХТУ им. Д. И. Менделеева проводятся исследования влияния основных технических параметров (давления, концентрации

исходного раствора, величины рН) на селективность и удельную производительность

нанофильтрационных мембран. Целью данной работы являлось исследование зависимости селективности нанофильтрационных мембран по нитрату меди от величины рН и концентрации соли в растворе.

2.Материалы и методы исследования

НФ - баромембранный процесс разделения, в котором эффективность разделения определяется как размером пор, так и зарядом мембраны. Основной отличительной особенностью нанофильтрации является существенный вклад электростатической составляющей в общую задерживающую способность мембран.[4,6]

В исследованиях применялся НФ модуль на основе мембраны из пиперазинамида [5]- модель ЭРН-Б-45-350, производитель ЗАО НТЦ «Владипор» г. Владимир, Россия.

Эксперименты проводились на лабораторной установке, схема которой представлена на рис.1

Рис.1. Принципиальная схема установки нанофильтрации Е1 - емкость для исходного раствора, сбора пермеата и концентрата; Н1 - насос подачи исходного раствора; Ф1, Ф2 - механические фильтры; МА1, МА2 - мембранные модули НФ и ОО соответственно; 3. Результаты и обсуждение На первом этапе исследования определена

зависимость селективности мембраны по катиону

меди Си2+ от концентрации соли в растворе. График представлен на рис.2.

При этом удельная производительность остается практически постоянной и равной 40±2 л/м2ч.

Ф (Си2+),

С, мг/л

Рис.2. Влияние концентрации на селективность мембраны Тисх =230С; pH=7,0; Р=3,6 бар.

Очевидно, что при увеличении концентрации исходного раствора селективность возрастает (рис.2). Данный факт связан с особенностью механизма НФ мембраны. Для образования двойного электрического слоя (ДЭС) необходимо определенное количество ионов. При низких концентрациях ДЭС образуется не по всей поверхности мембраны, вследствие этого, наблюдается более низкая селективность. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при небольших концентрациях преобладает капиллярно-

фильтрационный механизм. Однако, при увеличении концентрации проявляется электростатический механизм. Это объясняется тем, что плотность ДЭС увеличивается вследствие возрастания количества ионов. Отсюда следует, что задерживающая способность мембраны повышается.

Для определения возможной селективности НФ мембран по ионам Н+ проведен эксперимент по изучению влияния рН исходного раствора на величину рН пермеата. График представлен на рис.3

рН

пермеат

7,5а

7

6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

3

3 5 рН исходного7раствора

Рис.3. Влияние рН исходного раствора на рН пермеата

P=3,6 бар; T=230С; С (Cu(NO3)2=10 мг/л

Как видно из графика, величина рН пермеата НФ ниже рН исходного раствора. Это объясняется тем, что нитрат-ион однозарядный, и имеет небольшую плотность заряда. Для того чтобы компенсировать отрицательный заряд, нитрат-ион затягивает за собой ион водорода Н+, вследствие чего проницаемость катиона Н+ увеличивается и таким образом рН пермеата уменьшается.

4. Выводы исследований.

1. При увеличении концентрации селективность НФ также увеличивается, а производительность остается постоянной.

2. Определено, что рН пермеата ниже рН исходного раствора при очистке воды от нитрата меди. Это доказывает вклад электростатического механизма в общую задерживающую способность.

Садреева Динара Рамилевна студентка Vкурса. кафедры мембранной технологии ФГБОУВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва

Лин Маунг Маунг аспирант 2-го года обучения кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва

Фарносова Елена Николаевна к. т. н., доцент кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва

Литература

1. Первов А.Г., Ефремов Р.В., Андрианов А.П., Макаров Р.И. (2004). Оптимизация использования процесса

нанофильтрации при подготовке воды питьевого качества. Критические технологии. Мембраны, 3 (23), 3-13

2. Ventresque C. et al. (2000). An outstanding feat of modern technology: the Meru-Sur-Oise Nanofiltration Treatment Plant (340 000 m3 /d). Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, 3-6 October 2000. Vol.1, 1-16

3. Н. В. Голованева, Е. Н. Фарносова, Г. Г. Каграманов Особенности механизма и влияние основных технологических параметров на характеристики нанофильтрации. Часть 1. Механизм мембранного разделения в прцессе нанофильтрации. // Химическая промышленность сегодня -2014г, № 1, с. 47-52

4. Голованева Н.В. Особенности механизма и влияние основных технологических параметров на характеристики нанофильтрационных мембран. Дис.: канд. техн. наук/ Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, 2015

5. Nurasyikin Misdan, Woei Jye Lau, Chi Siang Ong, Ahmad Fauzi Ismail, Takeshi Matsuura, Study on the thin film composite poly(piperazine-amide) nanofiltration membranes made of different polymeric substrates: Effect of operating conditions, Korean J. Chem. Eng, 2014

6. H. K. Shon1 , S. Phuntsho1 , D. S. Chaudhary1 , S. Vigneswaran1 , and J. Cho, Nanofiltration for water and wastewater treatment - a mini review, Drink. Water Eng. Sci. Discuss, - 2013, №6, pp 47-53, 2013.

Sadreeva Dnara Ramilevna, Lin Maung Maung, Farnosova Elena Nikolaevna

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected] [email protected]

NANOFILTRATION IN SAVAGE TREATMENT FROM HEAVY METALS

Abstract

The influences of concentration and pH on basic membrane characteristics (rejection and specific flow rate) in the process of nanofiltration have been studied.

Key words: nanofiltration, membranes, selectivity, specific productivity, heavy metals.