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

Методами ЯМР і ДСК виявлено, що вода у ДМ знаходиться у двох станах: мала частка води є сильно звязаною, а більша її частина близька до обємної. Низькотемпературними дослідженнями ЯМР показано, що частина води у ДМ із гідроксосполук іонів алюмінію не замерзає навіть при температурі 203 К. Цей результат, як і короткий час релаксації води у ДМ свідчать про обмежену рухливість води у порах.

Проведені дослідження дозволили зробити висновок, що наявність звязаної води у порах досліджуваних ДМ, є, очевидно, необхідною умовою створення потоку води через мембрану. Проте, як показано вимірюваннями -потенціалу, затримка іонів солей обумовлена зарядом поверхні пор ДМ. При цьому необхідно, щоб витримувалися оптимальні розміри пор.

На основі результатів дослідження впливу різних чинників на транспортні властивості ДМ із гідроксосполук полізарядних іонів металів розроблені нові високоефективні процеси очищення води від деяких шкідливих органічних речовин реагентним зворотним осмосом. Встановлено (рис. 4), що висока затримка (R = 0, 99) фенолу зворотним осмосом за допомогою ДМ із гідроксосполук іонів заліза при наявності у розчині пероксиду водню та солі FeCl2 обумовлена каталітичним розкладанням органічної речовини окисником у присутності каталізатора, як у розчині, так і на мембрані, причому у цьому випадку витрачається окисника менше, ніж у відсутності мембрани.

При зменшенні концентрації пероксиду водню у розчині збільшується внесок в очищення води від фенолу процесу каталітичного розкладання на мембрані. Цьому сприяє концентрування пероксиду водню біля поверхні мембрани у результаті зворотного осмосу. Висока ефективність реагентного зворотного осмосу доведена на прикладах очищення води від деяких похідних фенолу та лігносульфонатів. Показано, що при цьому можна одночасно ефек-тивно знесолювати воду.

 

 

Частки золю кремнезему при рН7 заряджені негативно, тому дослідження фізико-хімічних закономірностей процесу очищення води за допомогою ДМ, сформованих із цих часток, сприятимуть поглибленню уявлень про механізм напівпроникності негативно заряджених мембран, а також розробці нових технологій очищення лужних стічних вод зворотним осмосом.

Нами визначені оптимальні умови формування ДМ із часток золю кремнезему. Показано, зокрема, що при формуванні ДМ на ультрафільтраційній мембрані УПМ-50, стійкій до дії лужного і кислого середовищ, спочатку відбувається інтенсивне закупорювання пор полісилікатними сполуками, а потім їх полімеризація. Найбільшу затримку іонів Cl- проявляє ДМ, яка сформована із часток золю кремнезему при рН 10, 4-10, 6 (рис. 5). Зменшен-ня рН розчину викликає зниження затримки іонів Cl- мембраною внаслідок збільшення розміру часток золю кремнезему при їх полімеризації.

Затримка солей за допомогою ДМ із часток золю кремнезему здійснюється за електрохімічним механізмом, що підтверджено результатами дослідження основних фізико-хімічних закономірностей цього процесу. Так, збільшення концентрації іонів Cl- у вихідному розчині зменшує їх затримку. Досліджувана ДМ проявляє більшу затримку іонів SO42-, ніж іонів Cl-. Зниження затримки іонів Cl- при зростанні концентрації іонів SO42- у вихідному розчині, очевидно, пов’язане із вторинним ефектом Доннана, згідно з яким додавання до розчину менш проникної через мембрану солі (K2SO4) підвищує перенесення більш проникної солі (KCl).

Встановлено, що ДМ із високим значенням R іонів Cl- можна сфор-мувати із колоїдних часток силікату алюмінію, які утворюються при додаванні метасилікату натрію до розчину хлориду алюмінію. Процес формування такої ДМ є аналогічним процесу формування ДМ із колоїдних часток гідроксосполук іонів алюмінію, які утворюються при додаванні лугу до розчину хлориду алюмінію. Внаслідок практично повної затримки колоїдних часток ультра-фільтраційною мембраною як основою на її поверхні утворюється зворотно-осмотична ДМ, яка проявляє вторинну затримку іонів, зокрема, Cl-.

Для обох ДМ характерні екстремальні значення R іонів Cl- в одній і тій же області рН. Затримка іонів Cl- цими ДМ зменшується при збільшенні концентрації знесолюваного розчину. Очевидно, ідентичність транспортних властивостей обох мембран викликана тим, що до їх складу входять одні і ті ж форми гідроксополімерів алюмінію, які утворюються при підлужуванні розчину хлориду алюмінію гідроксидом або метасилікатом натрію. Наведені результати свідчать про те, що провідну роль у механізмі дії цих ДМ відіграють елек-трохімічні процеси.

У той же час ДМ із колоїдних часток силікату алюмінію характеризується більшим значенням R іонів Cl-, ніж попередня ДМ. Ця відмінність обумовлена, очевидно, тим, що формування ДМ у розчині хлориду алюмінію з добавкою метасилікату натрію відбувається при спільному осадженні негативно та позитивно заряджених колоїдних часток відповідно кремнезему та гідроксосполук іонів алюмінію.

Аналогічні залежності транспортних властивостей від різних чинників одержані для ДМ, сформованих з колоїдних часток, які утворюються при додаванні метасилікату натрію до розчинів хлоридів важких металів. Показано, що формування ДМ відбувається при певних значеннях рН розчинів у результаті утворення колоїдних часток силікатів важких металів, які практично повністю затримуються ультрафільтраційною мембраною як основою.

Слід зазначити, що ДМ із колоїдних часток силікатів тризарядних іонів важких металів (Fe3+, Cr3+) проявляють при оптимальних значеннях рН розчину високу вторинну затримку однозарядних іонів (K+, Cl-) внаслідок електрохімічного механізму зворотного осмосу. Згідно з цим механізмом ДМ із колоїдних часток силікатів менших за зарядом іонів важких металів (Zn2+, Mn2+) гірше затримують однозарядні іони. Очевидно, така відмінність досліджуваних мембран пов’язана також із різною їх структурою. На основі проведених досліджень рекомендовано використовувати