Зворотний осмос у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод

визначення умов формування та зв’язку транспортних і інших фізико-хімічних властивостей позитивно заряджених ДМ із гідроксосполук поліза-рядних іонів металів;

визначення основних фізико-хімічних закономірностей процесів очи-щення води від різних речовин негативно зарядженими ДМ із колоїдних часток кремнезему;

розробка нових процесів очищення води від органічних і мінеральних речовин зворотним осмосом за допомогою зазначених ДМ;

виявлення особливостей розділення іонів нанофільтраційними полімерними мембранами та ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані;

визначення ролі зв’язаної води у механізмі дії ацетилцелюлозних мембран на основі узагальнення результатів дослідження в’язкої течії, дифузії та осмосу у цих мембранах;

виявлення особливостей очищення води від органічних речовин зворотним осмосом за допомогою ацетилцелюлозних мембран;

розробка науково обгрунтованих ефективних технологий знесолення води Азовського моря зворотним осмосом і комплексної переробки слабомінералізованих вод цим методом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення з метою одержання чистої води та цінних речовин, придатних для використання у народному господарстві;

розробка науково обгрунтованих маловідходних технологій очищення промислових стічних вод від іонів важких металів зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення.

Об’єкт дослідження – знесолення розчинів зворотним осмосом.

Предмет дослідження – закономірності знесолення модельних розчинів солей і реальних слабомінералізованих вод зворотним осмосом за допомогою полімерних і динамічних мембран, процеси знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення.

Методи дослідження – ЯМР-спектроскопія, ДСК-спектроскопія, електронна мікроскопія, порометрія, вимірювання електрокінетичних, електрохімічних і транспортних властивостей мембран, хімічні та спектро-фотометричні методи аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. Одержані та систематизовані результати знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення. Показано, що при цьому доцільно використовувати, як динамічні, так і полімерні мембрани, транспортні властивості яких визначаються сукупним впливом компонентів системи.

Узагальнені результати дослідження впливу різних чинників (тиску, температури, складу, концентрації та рН розчинів) на кінетику формування ДМ із різних органічних і неорганічних речовин у колоїдному стані, що дозволило розробити нові ефективні ДМ із прогнозованими транспортними властивостя-ми. З метою покращання якості ДМ розроблені нові способи їх модифікування різними речовинами.

Вперше встановлено зв’язок між транспортними та іншими фізико-хімічними властивостями (електрокінетичними, гідрофільними тощо) ДМ, сформованих із гідроксополімерів полізарядних іонів. Показано, що в кислому середовищі при певних значеннях рН розчинів ДМ із гідроксополімерів іонів Fe3+, Al3+ і Cr3+ не тільки практично повністю затримують ці іони, але і проявляють максимальну вторинну затримку супровідних іонів (Cl-). Одержані закономірності оцінені з позицій можливих механізмів зворотного осмосу: електрохімічного, структурного та стеричного.

Вперше визначені основні фізико-хімічні закономірності процесів очи-щення води від таких шкідливих органічних речовин як фенол і лігно-сульфонати за допомогою ДМ із гідроксополімерів іонів Fe3+ у присутності каталізатора FeCl2 та окислювача Н2О2. Виявлено, що висока ефективність очищення води від цих речовин обумовлена їх каталітичним окисленням, як в об’ємі, так і на мембрані. На основі проведених узагальнень розроблений новий спосіб очищення води реагентним зворотним осмосом, за допомогою якого можна затримувати солі і каталітично розкладати органічні речовини.

Розроблені нові ДМ із колоїдних часток кремнезему. Досліджені основні фізико-хімічні закономірності затримки солей цими мембранами. Встановлено, що розроблені мембрани проявляють найбільшу затримку у лужному середо-вищі, коли вони сформовані з найменших часток кремнезему. Визначені умови максимальної затримки іонів важких металів цими мембранами. Розглянуті варіанти механізмів знесолення, що реалізуються на ДМ із золей кремнезему.

На основі результатів електрокінетичних, електрохімічних і зворотно-осмотичних досліджень визначені основні критерії розділення іонів нано-фільтраційними полімерними мембранами і ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані. Показано, що електрохімічна взаємодія компонентів системи мало впливає на розділення катіонів Mg2+ і К+ нанофільтраційною полімерною мембраною ОПМН-П. Максимальне розділення аніонів SO42- і Cl- ДМ із поліакриламіду (ПАА) і сополімеру акриламіду з діетиламіноетилметакрилатом (АА-ДЕАЕМ) відбувається відповідно у кислому та лужному середовищах при значеннях рН розчинів, коли найкращим чином поєднується роль заряду поверхні пор і структури мембран.

Систематизовані результати дослідження впливу різних чинників (тиску, температури, концентрації розчинів тощо) на транспортні властивості ацетилцелюлозних мембран. Вивченням в’язкої течії розчинів, осмосу розчинника і дифузії електролітів у цих мембранах виявлено суттєвий внесок зв’язаної води у механізм їх дії. Досліджені особливості очищення води від деяких органічних речовин ацетилцелюлозними мембранами. Показано, що очищення води від органічних речовин цими мембранами може відбуватися, як за структурним, так і електрохімічним механізмами зворотного осмосу.

Практичне значення роботи. Розроблені науково обгрунтовані ефек-тивні технології знесолення вод Азовського моря та р. Берди методом зво-ротного осмосу для поліпшення водопостачання населення м. Бердянська Запорізької області. Технологічний регламент передано Мінжитлокомунгоспу УРСР для проектування та виготовлення дослідно-промислової зворотноосмотичної установки продуктивністю 15-20 м3/год.

Розроблено науково обгрунтовану технологію комплексної переробки слабомінералізованих шахтних вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами, призначеної для отримання чистої води та цінних мінеральних речовин, придатних для їх використання у народному госпо-дарстві. Запропонована технологія перевірена у промислових умовах на дос-лідній установці продуктивністю 1 м3/год, прийнята Міжвідомчою комісією ДКНТ Ради Міністрів СРСР і рекомендована для впровадження на шахті ім. А. Ф. Засядька ВО “Донецьквугілля”.