Очищення води від гідроксосполук купруму мікрофільтраційними трубчастими мембранами з природних матеріалів

Abstract

Визначено параметри процесів очищення води від гідроксосполук купруму новітніми мікрофільтраційними трубчастими мембранами з природних матеріалів: керамічною (з глинистих мінералів) і лігноцелюлозною (з деревини), які розроблені в Інституті колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України. Мембрани з природних матеріалів можуть бути ефективною альтернативою мембранам з традиційних матеріалів — полімерів та оксидної кераміки. Такі мембрани виготовлені з екологічно чистої сировини, яка поновлюється і легко утилізується. Мембрани з природних матеріалів просто регенеруються зворотним потоком очищеної води і мають тривалий термін експлуатації. Вивчено вплив тривалості фільтрування, рН вихідного розчину, наявності в ньому супутніх іонів (Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻, Са²⁺ і Na⁺), а також коефіцієнта відбору (η) пермеату на розділові властивості мембран з природних матеріалів. Встановлено, що найдоцільніше очищати воду від гідроксосполук купруму керамічною і лігноцелюлозною мембранами з початковою концентрацією іонів Сu²⁺ відповідно до 52,2 і 46,0 мг/дм³ при рН₀ - 8,5, Р 1,0 МПа і η 80,0 %. За цих умов концентрація іонів Сu у пермеаті не перевищуватиме їх ГДК у стічній воді на скид у каналізацію м. Києва. Висока затримувальна здатність мембран обумовлена стеричним механізмом їх дії, що ґрунтується на різниці розмірів їх пор і частинок гідроксосполук купруму, які утворилися при рН 8,5. Цьому сприяє також формування на поверхні керамічної і лігноцелюлозної мембран додаткового затримувального шару у вигляді динамічної мембрани з гідроксосполук купруму. Супутні іони, що знаходяться у воді, негативно впливають на затримувальну здатність мембран до гідроксосполук купруму внаслідок сольового ефекту, але формування із них модифікувальної динамічної мембрани нівелює цей недолік. На підставі отриманих результатів, запропоновано використовувати мікрофільтраційні трубчасті мембрани з глинистих мінералів і лігноцелюлози для очищення стічних вод від гідроксосполук купруму.

The work is devoted to determining the parameters of water purification from hydroxocompounds of copper by the latest microfiltration tubular membranes from natural materials: ceramic (from clay minerals) and lignocellulosic (from wood) ones. Membranes developed at A.V. Dumansky ICCWC of the NAS of Ukraine and made from natural materials can be an effective alternative to membranes made from traditional materials — polymers and oxide ceramics. Such membranes are made from environmentally friendly raw materials that are renewable and easy to be disposed. Membranes made from natural materials are simply regenerated by the reverse flow of purified water and have a long service life. The effects of filtration duration, pH of the initial solution, presence of accompanying ions (Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻, Са²⁺ і Na⁺), and the permeate selection (η) coefficient on the separation properties of membranes made of natural materials are studied. It has been established that it is most expedient to purify water from Cu hydroxocompounds with ceramic and lignocellulose membranes with an initial concentration of Cu ions up to 52.2 and 46.0 mg/dm³, respectively, at рН₀ — 8.5; Р — 1.0 MPa and η — 80.0 %. Under these conditions, the concentration of Cu ions in the permeate does not exceed their MPC in wastewater for discharge into the sewer of Kyiv. The high retention capacity of the membranes is due to the steric mechanism of their action, based on the difference in the size of their pores and par ticles of Cu hydroxocompounds formed at pH 8.5. This was also facilitated by the formation of an additional retaining layer in the form of a dynamic membrane of Cu hydroxocompounds on the surface of the ceramic and lignocellulose membranes. Concomitant ions in the water negatively affected the retention ability of the membranes to Cu hydroxocompounds due to the salt effect, but the formation of a modifying dynamic membrane from them offsets this drawback. Considering the results obtained, it is proposed to use microfiltration tubular membranes from clay minerals and lignocellulose for the wastewater purification from Cu hydroxocompounds.

Определены параметры процессов очистки воды от гидроксосоединений меди новейшими микрофильтрационными трубчатыми мембранами из природных материалов: керамической (из глинистых минералов) и лигноцеллюлозной (из древесины), разработанными в Институте коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины. Мембраны из природных материалов могут быть эффективной альтернативой мембранам из традиционных материалов — полимеров и оксидной керамики. Такие мембраны изготовлены из экологически чистого сырья, которое возобновляется и легко утилизируется. Мембраны из природных материалов просто регенерируются обратным потоком очищенной воды и имеют длительный срок эксплуатации. Изучено влияние продолжительности фильтрования, рН исходного раствора, наличия в нем сопутствующих ионов (Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻, Са²⁺ і Na⁺), а также коэффициента отбора (η) пермеата на разделительные свойства мембран из природных материалов. Установлено, что наиболее целесообразно очищать воду от гидроксосоединений меди керамической и лигноцеллюлозной мембранами с начальной концентрацией ионов Сu соответственно до 52,2 и 46,0 мг/дм³ при рН₀ - 8,5, Р 1,0 МПа и η 80,0 %. В этих условиях концентрация ионов Сu в пермеате не превышает их ПДК в сточной воде на сброс в канализацию г. Киева. Высокая задерживающая способность мембран обусловлена стерическим механизмом их действия, основанном на разнице размеров их пор и частиц гидроксосоединений меди, образовавшихся при рН 8,5. Этому способствует также формирование на поверхности керамической и лигноцеллюлозной мембран дополнительного задерживающего слоя в виде динамической мембраны из гидроксосоединений меди. Сопутствующие ионы, находящиеся в воде, отрицательно влияют на задерживающую способность мембран к гидроксосоединениям меди в связи с солевым эффектом, но формирование из них модифицирующей динамической мембраны нивелирует этот недостаток. На основании полученных результатов, предложено использовать микрофильтрационные трубчатые мембраны из глинистых минералов и лигноцеллюлозы для очистки сточных вод от гидроксосоединений меди.