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

Важливе значення має одержання інформації про різні фізико-хімічні властивості напівпроникних мембран і їх роль у процесі зворотного осмосу, проте в існуючих публікаціях така інформація досить обмежена. Необхідно також узагальнити результати зі встановлення нових закономірностей розділення розчинів зворотним осмосом, спільних для напівпроникних мемб-ран різної хімічної природи. Це дозволить обгрунтованіше використовувати фізико-хімічні узагальнення для розробки нових технологій. Зокрема, внаслідок загострення дефіциту чистої води, що намітився у південних і промислово розвинених областях України, виникла нагальна потреба у розробці технологій знесолення слабомінералізованих поверхневих і підземних вод зворотним ос-мосом. Застосування зворотного осмосу у цих випадках обумовлене, насам-перед, економічними та екологічними міркуваннями.

При знесоленні слабомінералізованих вод зворотним осмосом утворю-ються ретентати зі збільшеним солевмістом, які при їх скиданні у відкриті водойми за континентальних умов можуть створювати серйозну загрозу навколишньому середовищу. Тому при знесоленні слабомінералізованих поверхневих і підземних вод виникає необхідність в їх комплексній переробці зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водо-очищення з метою одержання чистої води та цінних речовин, придатних для використання у народному господарстві. Дослідження, проведені за останні де-сятиріччя в ІКХХВ ім. А. В. Думанського НАН України, свідчать про те, що комплексна переробка слабомінералізованих вод є найраціональнішим вирішенням проблеми в еколого-економічному відношенні.

Важливе значення для захисту навколишнього середовища має розробка технології маловідходного очищення промислових стічних вод від іонів важких металів зворотним осмосом. Доцільність використання зворотного осмосу у цьому відношенні обумовлена, як його економічністю, так і можливістю очи-щення стічних вод від іонів важких металів до рівня, що дозволяє повторне використання очищених вод у замкнутих технологічних системах. Проте, якщо досягнення такого ступеня очищення стічних вод найефективнішими зворотно-осмотичними ацетатцелюлозними мембранами не викликає великих труднощів, то використання для цієї мети перспективних ДМ хоча і вважається досить імовірним, але не безперечним.

У зв’язку з цим необхідно визначити оптимальні умови формування та функціонування самоутворюваних ДМ (рН, тиск, температура тощо), а також провести їх дослідно-промислову апробацію. На основі узагальнення фізико-хімічних закономірностей цих процесів доцільно розробити технології мало-відходного очищення промислових стічних вод, які найкраще відповідають еколого-економічним вимогам.

 

Автор роботи поставив собі за мету вибір тих об’єктів досліджень і залучення тих уявлень, які найповніше відображали б роль фізико-хімічних властивостей напівпроникних мембран при знесоленні слабомінералізованих вод зворотним осмосом. У звязку з цим детально досліджено фізико-хімічні властивості ацетилцелюлозних та інших полімерних мембран, що серійно виготовляються і широко використовуються для знесолення слабомінера-лізованих вод цим методом, а також ДМ, які виготовлені з різних хімічних речовин у колоїдному стані та є зручними модельними системами для визна-чення механізму зворотного осмосу. Для дослідження фізико-хімічних влас-тивостей мембран використані такі сучасні методи як ЯМР-, ДСК-спектро-скопія тощо.

При виконанні роботи визначені транспортні властивості мембран: коефіцєнт затримки R і потік пермеату Iv. Досліджені також електрокінетичні, дифузійні та осмотичні властивості мембран. Для цього виготовлені спеціальні дослідні комірки та установки й обгрунтовані відповідні методики вимірювання.

При виборі об’єктів досліджень виходили з реальних практичних задач, які вирішуються зворотним осмосом (знесолення слабомінералізованих вод Азовського моря, р. Берди тощо). При цьому значна увага приділена розробці ефективних технологій знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом з утилізацією ретентатів, що доцільно з еколого-економічних мір-кувань.

На основі дослідження основних закономірностей процесу зворотного осмосу розроблені науково обгрунтовані технології комплексної переробки слабомінералізованих річкових і шахтних вод цим методом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення для одержання чистої води та цінних речовин, придатних для використання у народному господарстві. Створено також маловідходні технології очищення промислових стічних вод від іонів важких металів за допомогою зворотного осмосу, що дозволяє най-кращим чином вирішувати цю проблему в еколого-економічному відношенні.

ЗВ’ЯЗОК МІЖ ТРАНСПОРТНИМИ ТА ІНШИМИ ФІЗИКО-ХІМІЧ-НИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ АЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗНИХ МЕМБРАН

Однією із центральних проблем визначення механізму зворотного осмо-су є встановлення ролі зв’язаної води у напівпроникності мембран. Відомо, що біля твердої поверхні рідина проявляє аномальні властивості, зокрема, в’язкість граничних шарів відрізняється від в’язкості в об’ємі рідини. Досліджуючи в’яз-кість води у зворотноосмотичних мембранах, можна визначити роль граничних шарів води у механізмі дії цих мембран.

Відносну в’язкість розчинів електролітів у мембраніr розраховано за нахилами лінійних відрізків залежностей потоку пермеату Iv від перепаду тиску P згідно з рівнянням:

 

та енергію активації осмотичного перенесення води у мембрані QG із залежностей G (T, K). При зменшенні концентрації електроліту спостерігається зближення значень QG і Q, а в області концентрації С>0, 1 кмоль/м3 залежності QG і Q в обємі розчину від концентрації хлориду калію практично співпадають. Зроблено висновок, що при низьких концентраціях електроліту визначальний вплив на його перенесення через мембрану проявляє фізико-хімічний стан води у порах, а при великих концентраціях – її стан в обємі розчину.

Порівняно з розчинами електролітів на зворотноосмотичне розділення розчинів органічних речовин впливає ряд їх характерних особливостей, серед яких, насамперед, слід виділити великі розміри молекул органічного компонента, їх схильність до