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

Костюк В. И., Карнаух Г. С., Кучерук Д. Д. Исследование процесса обратного осмоса при ламинарном режиме течения жидкости // Рукопись депонирована в журн. “Водоснабжение и сан. техн. ”. 1978. ЦИНИС Госстроя СССР. Рег. N. 961.

Опреснение воды Азовского моря обратным осмосом / Д. Д. Кучерук, Р. В. Войцеховский, В. П. Бадеха, Е. А. Цапюк // Труды Всес. конф. “Современные высокоэффективные методы очистки воды (мембранная технология) ”. – М. : Об-во “Знание” РСФСР, 1984. – С. 42-46.

Кучерук Д. Д., Корбутяк М. А. Применение реагентной ультрафильтрации для очистки сточных вод гальванических производств // Труды Междунар. конф. по экологии Сибири. – Иркутск, 1993. – С. 57-58.

Кучерук Д. Д. Намывные мембраны из глинистых минералов // Материалы комплекса научных и научно-технических мероприятий стран СНГ. – Одесса: НПО “Вотум”, 1993. – С. 78.

Wastes-free technology of effluents from heavy metal ions / D. D. Kucheruk, M. A. Korbutyak, L. G. Marochko, Z. R. Ulberg // The Proc. 2-nd international symposium exhibition on environmental contaminations in Central and Eastern Europe. – Budapest, (Hungary). – 1994. – P. 56.

Wastes-free technology of purification of effluents from electroplating manufactures / D. D. Kucheruk, M. A. Korbutyak, L. G. Marochko, Z. R. Ulberg // Proc 1-st hyngaro-ukrainian conference on carpathian Euro-region ecology. – Uzhorod (Ukraіne). – 1994. – P. 19.

Korbutyak M. A., Kucheruk D. D. Cleaning of solutions by tangential microfiltration using alumina ceramic membranes // Proc. 1-st hyngaro-ukrainian conference on carpathian Euro-region ecology. – Uzhorod (Ukraine). – 1994. – P. 78.

Korbutyak M. A., Kucheruk D. D. Purification of solutions from heavy metal ions using dynamic membranes // Proc. 2-nd international symposium exhibition on environmental contaminations in Central and Eastern Europe. – Budapest (Hungary). – 1994. – P. 56.

 

 

Кучерук Д. Д. Зворотний осмос у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 21. 06. 01 – екологічна безпека. Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А. В. Думанського НАН України, Київ, 2002.

Дисертація присвячена експериментальному та теоретичному обгрун-туванню поєднання зворотного осмосу з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод.

Встановлений зв’язок транспортних та інших фізико-хімічних влас-тивостей динамічних мембран з різних мінеральних та органічних речовин у колоїдному стані. Це дозволило створити нові динамічні мембрани з прогнозованими транспортними властивостями і на їх основі розробити ефективні процеси для очищення води від таких шкідливих речовин як солі важких металів, фенол та ін.

Визначені основні закономірності знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення. На основі цього розроблені науково обгрунтовані ефективні технології комплексної переробки слабомінералізованих вод з метою одержання чистої води і цінних речовин.

Основні результати праці знайшли промислове впровадження при очищенні стічних вод від солей важких металів та інших шкідливих забруднень.

Ключові слова: зворотний осмос, мембрани, фізико-хімічні властивості, технологія знесолення, комплексна переробка.

 

 

Кучерук Д. Д. Обратный осмос в сочетании с другими физико-химическими методами при обессоливании слабоминерализованных вод. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 21. 06. 01 – экологическая безопасность. Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины, Киев, 2002.

Экспериментально и теоретически обоснованы результаты обессоли-вания слабоминерализованных вод обратным осмосом в сочетании с другими физико-химическими методами водоочистки. Показано, что для обессоливания слабоминерализованных вод обратным осмосом в зависимости от их химического состава целесообразно использовать как динамические, так и полимерные мембраны, транспортные свойства которых определяются совокупным действием компонентов системы.

Впервые установлена связь транспортных и других физико-химических свойств (заряда поверхности пор, количества связанной воды и др.) динамических мембран из гидроксополимеров полизарядных ионов металлов. Показано, что в кислой среде при определенных значениях рН растворов динамические мембраны из гидроксополимеров ионов Fe3+, Al 3+ и Cr3+ не только практически полностью задерживают эти ионы, но и проявляют максимальную вторичную задержку сопутствующих ионов, в частности, Cl-. Полученные закономерности оценены с позиций нескольких возможных механизмов обратного осмоса: электрохимического, структурного и стерического.

Определены основные физико-химические закономерности процессов очистки воды от таких вредных органических веществ как фенол и лигносульфонаты при помощи динамических мембран из гидроксополимеров ионов Fe3+ в присутствии катализатора FeCl2 и окислителя H2O2. Установлено, что высокая эффективность очистки воды от этих веществ обусловлена их каталитическим окислением как в объеме, так и на мембране. На основании проведенных обобщений разработан новый способ очистки воды реагентным обратным осмосом, при помощи которого можно задерживать соли и каталитически разлагать органические вещества.

Разработаны новые динамические мембраны из коллоидных частиц кремнезема. Исследованы основные физико-химические закономерности задержки солей этими мембранами. Установлено, что разработанные мембраны проявляют наибольшую задержку солей в щелочной среде, когда они сформированы из наиболее мелких частиц кремнезема. Определены условия максимальной задержки ионов тяжелых металлов этими мембранами. Рассмотрены варианты механизмов обессоливания, реализуемых на динамических мембранах из золей кремнезема.

Электрокинетическими, электрохимическими и обратноосмотическими исследованиями определены основные критерии разделения ионов нанофильтрационными полимерными мембранами и динамическими мембранами из различных органических веществ в коллоидном состоянии. Установлено, что на разделение катионов Mg2+ и K+ нанофильтрационной полимерной мембраной ОПМП-П мало влияет электрохимическое взаимодействие мембраны и раствора. Максимальное разделение анионов SO42- и Cl- динамическими мембранами из полиакриламида и диэтиламино-этилметакрилата происходит соответственно в кислой и щелочной средах при значениях рН растворов, когда наилучшим образом сочетается роль заряда поверхности пор и структуры мембраны.

На основании результатов исследования влияния концентрации, состава и температуры растворов электролитов на их относительную вязкость в обратноосмотических ацетилцеллюлозных мембранах с различным размером пор показано, что в механизме их полупроницаемости существенную роль играет изменение структуры воды по сравнению с ее состоянием в объеме. Разработана методика расчета энергии активации вязкого течения жидкости в мембранах и обоснована необходимость ее учета при изучении физико-химических закономерностей процесса обратного осмоса.

Исходя из эколого-экономических требований, разработаны научно обоснованные технологии комплексной переработки слабоминерализованных вод хлоридного и сульфатного классов обратным осмосом в сочетании с другими физико-химическими методами водоочистки с целью получения питьевой воды и ценных минеральных веществ, пригодных для использования в народном хозяйстве. В частности, при комплексной переработке слабоминерализованных вод сульфатного класса с помощью установки, включающей в качестве основных узлов обратноосмотический аппарат и электродиализатор оригинальной конструкции, предусмотрено получение питьевой воды и ценного минерального удобрения в виде концентрированного раствора сульфата калия с небольшой примесью хлорида калия. Разработана также научно обоснованная технология комплексной переработки слабоминерализованных шахтных вод с целью получения воды, предназначенной для сельскохозяйственного орошения, и ценных минеральных веществ, пользующихся промышленным спросом.

Определены закономерности очистки промывных вод гальванических производств обратным осмосом с использованием ацетилцеллюлозных мембран. Установлено, что только мембрана МГА-100, которая проявляет наибольшую задержку солей, очищает промывную воду от ионов хроматов до норм на сброс в открытые водоемы. На основании полученных результатов разработана локальная малоотходная технология очистки хроматсодержащих промывных вод гальванических производств обратным осмосом. Разработаны также другие малоотходные технологии очистки промывных вод гальванических производств благодаря сочетанию обратного осмоса с электродиализом, электролизом и гальванокоагуляцией. Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов предложены самообразующиеся динамические мембраны, сформированные на пористых керамических трубках отечественного производства из электрокорунда, отличающиеся высокой химической, механической и термической стойкостью.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение при очистке сточных вод от солей тяжелых металлов и других вредных веществ.

Ключевые слова: обратный осмос, мембраны, физико-химические свойства, технология обессоливания, комплексная переработка.

 

Kucheruk D. D. Reverse osmosis in combination with other physico-chemical methods at desalination of the slightly mineralized waters. – Manuscript.

Doctor’s Thesis of Chemistry on the 21. 06. 01 specialty – ecological safety. A. V. Dumansky Institute of Colloid Chemistry and Water Chemistry of NAS of Ukraine, Kyiv, 2002.

Dissertation aims at the experimental and theoretical foundation of combination of reverse osmosis and other physico-chemical methods at desalination of the slightly mineralized waters.

It has been established a correlation among the transport properties and other physico-chemical ones of the dynamic membranes formed by different organic matter in the colloidal state. This provided a mean to call into being the new dynamic membranes showing the predicted transport properties and, next, to develop the effective processes to purify water of such adverse solutes as salts of the heavy metals, phenol etc.

The principal general rules in desalination of the slightly mineralized waters by reverse osmosis in its combination with other physico-chemical methods of water purification have been determined. Based on this, the effective technologies well grounded from the scientific viewpoint of the complex treatment of the slightly mineralized waters in order to reach pure water and valuable compounds have been developed.

The main results of this work had found industrial implementation at purification of wastewaters from salts of the heavy metals and other adverse impurities.

Key words: reverse osmosis, membranes, physico-chemical properties, desalination technology, complex treatment.