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

На основі результатів дослідження впливу різних чинників на транспортні властивості ДМ із глинистих мінералів показано, що у механізмі затримки досліджуваних барвників важливу роль відіграє явище адсорбції. На відміну від ацетатцелюлозних мембран, в яких адсорбція негативно впливає на затримку катіонних барвників - метиленового блакитного і брильянтового зеленого, у ДМ із глинистих мінералів створюються, очевидно, завдяки адсорбції необхідні умови для формування додаткового шару самоутворюваних ДМ із асоціатів цих барвників. Зроблено висновок, що ДМ із глинистих мінералів доцільно використовувати для очищення промислових стічних вод від зазначених катіонних барвників.

2.6 Особливості розділення іонів зворотним осмосом

Для визначення природи явищ, які лежать в основі розділення іонів зворотним осмосом, досліджено закономірності їх затримки нанофільтраційними полімерними мембранами та ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані. Такий вибір обумовлений тим, що нанофільтраційні полімерні мембрани проявляють більшу затримку двозарядних іонів, ніж однозарядних, чим пояснюється широке застосування цих мембран для зниження твердості води, а ДМ характеризуються високою реакцією на вплив різних чинників, що створює необхідні умови для регулювання транспортних властивостей цих мембран.

Встановлено, що нанофільтраційна полімерна мембрана ОПМН-П проявляє значно більшу затримку іонів Mg²⁺, ніж К⁺. Зміна рН розчинів суттєво впливає на потенціал течії позитивно зарядженої мембрани ОПМН-П. Такий характер одержаних залежностей повинен відповідати електрохімічному механізму дії цієї мембрани. Проте, за аналогічних умов не спостерігається різкої зміни затримки іонів мембраною. Зокрема, вона проявляє досить високу затримку іонів в ізоелектричній точці. На основі одержаних результатів зроблено висновок, що основну роль у затримці іонів досліджуваною мембраною відіграє не електрохімічний, а інший, очевидно, структурний механізм.

Також визначені основні закономірності затримки катіонів зворотним осмосом за допомогою ДМ із полімерів вінілпіролідону (ПВП) і аміностиролу (ПАС), а також з їх сополімеру (СВПАС). Показано, що при знесоленні розчинів хлоридів натрію та кальцію ДМ із ПВП проявляє найбільшу затримку іонів Ca²⁺ і Na⁺ при значеннях рН ~ 1,5, а ДМ із ПАС - в області рН 3 - 4. ДМ із СВПАС порівняно добре затримує ці іони у ширшому інтервалі рН. Таким чином, область рН розчинів, в якій ДМ із СВПАС проявляє високу затримку катіонів, можна регулювати, змінюючи співвідношення компонентів у сополімері.

При зіставленні результатів вимірювання затримки катіонів і потенціалу течії ДМ із СВПАС виявлено, що найбільше розділення іонів Ca²⁺ і Na⁺ цією мембраною спостерігається при нейтральних значеннях рН розчину, коли заряд поверхні пор найменший. Це свідчить про те, що електрохімічний механізм відіграє у цьому процесі незначну роль.

Особливо цікавим є той факт, що затримка іонів Ca²⁺ вища, ніж іонів Na⁺ при меншій густині гелю, з якого сформована ДМ. Очевидно, цей ефект обумовлений існуванням у гелі зв'язаної води, яка утворює опір перенесенню через ДМ іонів у залежності від їх розмірів. Таким чином, наведені результати вказують на те, що суттєвий внесок у розділення катіонів Ca²⁺ і Na⁺ зворотним осмосом за допомогою ДМ із СВПАС, як і у випадку нанофільтраційної мембрани ОПМН-П , робить структурний механізм.

Основні закономірності розділення аніонів розчинів електролітів досліджені на ДМ, які сформовані із таких поліелектролітів як поліакриламід (ПАА) і сополімер акриламіду з діетиламіноетилметакрилатом (АА-ДЕАЕМ). При розробці ДМ із поліелектролітів значна увага приділена дослідженню ролі рН та іонного складу розчинів. Варіювання ними дозволяє змінювати ступінь дисоціації іоногенних груп поліелектролітів, і як наслідок, заряд молекул, розмір макромолекулярних клубків і структуру сформованих ДМ. Через те що властивості ДМ із поліелектролітів визначаються структурою мембрани та її зарядом, регулюючи рН розчину, можна одержати ДМ із різною затримкою іонів. Зміна конформації макромолекул позначається на в'язкості їх розчинів, регулювання якої дозволяє вибрати оптимальні умови для формування та функціонування ДМ.

Встановлено, що результати потенціометричних і віскозиметричних ви-мірювань відповідно повного й ефективного зарядів ПАА узгоджуються з даними зворотноосмотичних досліджень сформованої з нього ДМ. Якщо затримка неіонізованої речовини, наприклад, цукрози визначається, зокрема, структурними властивостями ДМ, то у випадку електролітів (NaCl, Na₂SO₄) значну роль відіграє ще й електрохімічна взаємодія між негативно зарядженими молекулами ПАА та іонами солей. Затримка електроліту проходить через максимум, який спостерігається не в області рН 2,3 - 2,5, де формується найтонкопористіша мембрана і затримка цукрози максимальна, а в області рН 4 - 5, де найоптимальніше поєднується роль заряду і розміру пор ДМ. При більших значеннях рН затримка іонів знижується внаслідок підвищення іонної сили розчину і зменшення у зв'язку із цим ефективного заряду поверхні пор ДМ. При збільшенні концентрації електроліту затримка іонів знижується, а затримка іонів SO₄^2- вища, ніж іонів Cl^-. Ці результати свідчать на користь електрохімічного механізму розділення іонів, згідно з яким затримка іонів зростає зі зниженням концентрації електроліту і збільшенням заряду котіона.

Досліджено транспортні властивості ДМ із АА-ДЕАЕМ по відношенню до цукрози. Показано, що максимальна затримка 2%-ого розчину цукрози і відповідно мінімальний потік пермеату спостерігаються при формуванні ДМ у розчинах із рН 8,7 - 9,3. Це співпадає з областю мінімальної в'язкості розчину поліелектроліту, тобто затримка цукрози визначається, в основному, як у випадку ДМ із ПАА, структурними властивостями ДМ із сополімеру АА - ДЕАЕМ.

При дослідженні транспортних властивостей ДМ із АА-ДЕАЕМ від-носно електролітів висока затримка іонів SO₄^2- одержана на мембранах, сфор-мованих у розчинах із мінімальною в'язкістю. Результати досліджень транс-портних властивостей цієї ДМ у залежності від рН розчину свідчать про те, що затримка іонів SO₄^2- максимальна при рН 8 - 9, а затримка іонів Cl^- у цій області мала. Залежність значення коефіцієнту розділення зазначених іонів досліджуваною мембраною спостерігається також в інтервалі рН 8 - 9, що відповідає електрохімічному механізмові дії ДМ. Таким чином, розроблена ДМ дозволяє одержати пермеат, в якому майже відсутні іони SO₄^2-, а концентрація іонів Cl^- практично незмінна у порівнянні з вихідним розчином. Зроблено висновок, що таку ДМ доцільно використовувати для розділення зазначених іонів при комплексній переробці слабомінералізованих вод.

2.7 Знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом для одержання питної води

Для забезпечення населення багатьох південних областей України питною водою, де намітився її гострий дефіцит, виникла нагальна потреба у знесоленні слабомінералізованих вод, у тому числі і морських, одним із найекономічніших методів - зворотним осмосом. Враховуючи ці обставини, нами розроблені ефективні технології одержання питної води зворотним осмосом на прикладі знесолення слабомінералізованих вод Азовського моря і р. Берди (Запорізька область). Значна увага приділена попередній підготовці води, утилізації ретентатів, а також розробці технології знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом із використанням енергії вітру.

За допомогою дослідної зворотноосмотичної установки УМР-1/400Р з одним рулонним елементом визначені основні закономірності процесів знесолення цих вод зворотним осмосом. Показано, зокрема, що основний критерій ефективної роботи зворотноосмотичних установок - співвідношення потоків ретентату і пермеату Q_р/Q_п = 3 є прийнятним при знесоленні слабо-мінералізованих вод.

Результатами тривалих випробувань (240 год) за схемою - фільтрування морської води через піщаний фільтр і знесолення її на дослідній установці УМР-1/400Р при 6 0,2 МПа, 276 _ 279 К і співвідношенні Q_р/Q_п = 3 встановлено, що ацетилцелюлозна мембрана МГА-95, з якої виготовлено рулонний елемент ЕРЗ-400, проявляє практично стабільні транспортні властивості. Так, продуктивність установки по пермеату складає 12- 14 дм³/год, а значення R іонів (%): Cl^- - 94-95; SO₄^2- - 96-97; Ca²⁺ і Mg²⁺ - понад 98; перманганатна окислюваність знижується на 79 %. Спрощена схема попереднього очищення морської води виявляється у цьому випадку ефективною, оскільки випробування проведено у зимовий період, що практично усуває необхідність знезаражування води.

Результати випробування дослідної установки використані при знесоленні води Азовського моря в м. Бердянську на дослідно-промисловій зворотноосмотичній установці УМР-20/2000Р, яка складалася з 80 рулонних елементів ЕРЗ-400 і мала продуктивність 2 м³/год. Попереднє очищення морської води перед подачею на установку УМР-20/2000Р включало вилучення завислих часток на напірному піщаному фільтрі, електрокоагуляцію за допомогою алюмінієвих електродів, знезаражування гіпохлоритом натрію і підкислення сірчаною кислотою до рН 6.

Показано, що ця установка за умов знесолення води Азовського моря при 6 0,2 МПа, 294 _ 298 К і співвідношенні Q_р/Q_п = 1,9 протягом 72 год. безперервної роботи має приблизно такі ж високі показники затримки основних іонів, як і дослідна установка УМР-1/400Р. Винятком є недостатня затримка іонів Cl^-, сполук бору і брому. Тому для одержання води питної якості запропоновано морську воду, що підлягає знесоленню, розбавляти на 15 - 17 % отриманим пермеатом, а сполуки бору і брому вилучати спеціальними адсорбентами.

На основі проведених досліджень розроблено науково обгрунтовану технологічну схему знесолення води Азовського моря із використанням зворотноосмотичної установки продуктивністю 15 - 20 м³/год. Технологічний регламент такої установки передано Мінжитлокомунгоспу УРСР для її проектування та виготовлення.

Згідно із цією схемою, призначеною для постачання питною водою населення м. Бердянська, морська вода, що пройшла попереднє очищення коагулюванням, знезаражуванням, фільтруванням та содово-вапняним пом'якшенням, після знесолення зворотним осмосом і контрольного знезаражування ультрафіолетом надходить до споживача у вигляді питної води, а одержаний при цьому ретентат зливається у море. Використання у розробленій схемі содово-вапняного пом'якшення води забезпечує завдяки утворенню гідроксиду магнію додаткове її освітлення коагулюванням.

Інша річ, коли знесоленню зворотним осмосом підлягають слабомінералізовані води (поверхневі чи підземні) за континентальних умов, причому у великих об'ємах. За цих умов зливання у відкриті водойми ретентатів, які при цьому утворюються, неможливе з екологічних міркувань і до того ж не є раціональним, оскільки не вирішує економічні аспекти цієї проблеми. На нашу думку, нема сенсу вишукувати місця для заховання уже готових концентратів солей, вигідніше їх використовувати як сировину для одержання цінних речовин. Зрозуміло, що лише комплексна переробка слабомінералізованих вод із метою одержання чистої води та цінних речовин, які придатні для використання у народному господарстві, дозволяє створювати найекономічніші й екологічно безпечні технологічні схеми знесолення цих вод.

У зв'язку із цим нами розроблені науково обгрунтовані технології комплексної переробки слабомінералізованих вод хлоридного і сульфатного класів за континентальних умов, в яких зворотний осмос поєднується з іншими фізико-хімічними методами очищення води. В основу цих розробок покладені результати визначення основних закономірностей знесолення слабомінералізованої води р. Берди зворотним осмосом.

Випробуваннями дослідної установки УМР-1/400Р показано, що пермеат має значно кращі показники за умов знесолення води р. Берди, ніж при знесоленні води Азовського моря. Очевидно, такий ефект обумовлений нижчою загальною концентрацією іонів у річковій воді і внаслідок цього меншим негативним впливом концентраційної поляризації на транспортні властивості мембран. Цей висновок підтверджений результатами тривалого експлуатування дослідно-промислової зворотноосмотичної установки з порожнистими волокнами (продуктивність 0,2 м³/год) за умов знесолення води р. Берди у пансіонаті “Агарський Мис” АН УРСР (м. Бердянськ).

Згідно з першою розробленою технологічною схемою слабомінералізована вода хлоридного класу підлягає ретельному попередньому очищенню. Після цього вона надходить у камери знесолення спеціального електродіалізатора (у камери концентрування солей апарата вода не подається, що запобігає їх розбавленню) для її часткового знесолення (на 50 - 60 %) і значного концентрування солей (до 140 - 160 кг/м³). Потім ця вода подається у зворотноосмотичний апарат для дознесолення до норм на питну воду і часткового концентрування солей (на 50 - 60 %). Зі зворотноосмотичного апарата дознесолена вода після контрольного знезаражування ультрафіолетом надходить до споживача, а ретентат - в електродіалізатор для відповідної переробки. У такій технологічній схемі можна використовувати зворотноосмотичні мембрани з підвищеним значенням I_v і зниженим значенням R, які функціонують при зменшеному тискові. При цьому забезпечуються найсприятливіші з точки зору енергетичних витрат умови експлуатування мембранних апаратів.

З розсолу, одержаного в електродіалізаторі, передбачено вилучення реагентними методами осадів CaCO₃ та Mg(OH)₂ і використання їх, наприклад, відповідно у будівництві і для освітлення води коагулюванням, а також розділення солей NaCl і Na₂SO₄ кристалізацією. Одержаний сульфат натрію відповідає технічному продуктові І і ІІ сорту. Розчин хлориду натрію може бути використаний для одержання сухої солі чи електрохімічного отримання хлору та каустичної соди або гіпохлориту натрію.

Відповідно до іншої розробленої технологічної схеми комплексній переробці комбінованими методами підлягає слабомінералізована вода сульфатного класу, до якого належить вода р. Берди, з метою одержання як основних продуктів - питної води і мінерального добрива у вигляді концентрованого розчину солі K₂SO₄ із домішкою солі KCl.

Звертає на себе увагу відсутність у розробленій технологічній схемі одного із найважливіших вузлів попереднього очищення води перед мембранними знесолювачами - декальціювання. Це стало можливим завдяки вико-ристанню оригінальної конструкції електродіалізатора типу ЕКР.

Характерною особливістю цього електродіалізатора є те, що в один ряд його камер знесолення подається слабомінералізована вода сульфатного класу, а в інший - розчин солі KCl з аналогічною концентрацією. Як і в попередньому електродіалізаторі, в апараті ЕКР відсутня подача вихідної води у камери концентрування, що виключає розбавлення нею розсолів. Отже, в апараті ЕКР, по-перше, унеможливлюється утворення гіпсу у камерах концентрування, у зв'язку із чим відпадає необхідність попереднього декальціювання води; по-друге, утворюється розсіл із високою концентрацією солей (140 - 160 кг/м³), що містить переважно сіль K₂SO₄, яка є ціннішим добривом, ніж KCl.

2.8 Комплексна переробка промислових стічних вод із використанням зворотного осмосу

Стічні води різних виробництв відрізняються великою різноманітністю хімічного складу речовин, серед яких є досить цінні. Враховуючи це, а також шкоду, яку завдають стічні води довкіллю, комплексна їх переробка вкрай необхідна.

Для зниження витрат на комплексну переробку стічних вод слід використовувати найекономічніші методи очищення води, до яких належить і зворотний осмос. У зв'язку з цим нами розроблені науково обгрунтовані ефективні технології комплексної переробки екологічно небезпечних стічних вод, зокрема, слабомінералізованих шахтних вод і гальванічних стічних вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами очищення води.

Через те що, мінералізація шахтних вод змінюється у широких межах, як за вмістом солей, так і за кількісним складом, проведені всебічні теоретичні й експериментальні дослідження методу зворотного осмосу відповідно до умов комплексної переробки шахтних вод для одержання чистої води і речовин, придатних для використання у народному господарстві.

Випробування дослідно-промислової установки рулонного типу з продуктивністю 1 м³/год за реальних умов у системі комплексної переробки стічної води шахтоуправління “Петрівське” ВО “Донецьквугілля” показали доцільність використання зворотного осмосу для знесолення слабомінералізованих шахтних вод.

На основі одержаних результатів розроблені різні варіанти технологічних схем комплексної переробки слабомінералізованих шахтних вод у залеж-ності від їх хімічного складу з метою одержання чистої води, придатної для зрошення сільськогосподарських земель, і цінних речовин, які можна викорис-товувати у промисловості.

Так, для комплексної переробки слабомінералізованих шахтних вод сульфатного класу доцільно застосовувати технологічну схему, яка аналогічна (за винятком деяких вузлів) схемі, розробленій для комплексної переробки води р. Берди. Ця схема дозволяє одержувати за основні продукти чисту воду і цінне мінеральне добриво у вигляді концентрованого розчину солі K₂SO₄ із домішкою солі KCl. Особливо перспективна розроблена технологічна схема для комплексної переробки кислих шахтних вод, які утворюються внаслідок окис-лення сульфідів заліза під дією кисню повітря та води.

Поліпшення зазначених технологічних схем потребує використання ефективного способу концентрування іонів SO₄^2- у шахтних водах, що дозволило б підвищити якість мінерального добрива. Для вирішення цієї задачі в-користано ДМ із поліакриламіду (ПАА) і сополімеру акриламіду з діетиламіноетилметакрилатом (АА-ДЕАЕМ), які проявляють за умов зворотного осмосу значно більшу затримку іонів SO₄^2-, ніж Cl^-.

Слід зазначити, що оптимальні значення рН розчинів, при яких ДМ із ПАА і АА-ДЕАЕМ проявляють найбільшу вибірну дію, знаходяться відповідно у кислій і лужній областях. Така особливість обумовлює різний підхід у розробці технологічних схем із використанням цих ДМ для розділення зворотним осмосом іонів SO₄^2- і Cl^- у слабомінералізованих водах, які характеризуються високою твердістю, при їх комплексній переробці. Щоб уникнути сульфатного бар'єра при використанні ДМ із ПАА вихідну воду доцільно попередньо декальціювати за допомогою Na - катіонітових фільтрів. У випадку використання ДМ із АА-ДЕАЕМ знижувати твердість води краще содово-вапняним методом, який забезпечує значення рН води, що необхідне для функціонування цієї ДМ.

Враховуючи ці дослідження, розроблена технологічна схема комплексної переробки слабомінералізованих шахтних вод із попереднім розділенням іонів SO₄^2- і Cl^- зворотним осмосом за допомогою ДМ із АА-ДЕАЕМ. Основною відмінністю цієї схеми є те, що декальціювання шахтної води та концентрування іонів SO₄^2- відбувається при високих значеннях рН. Одержаний при цьому пермеат і ретентат підлягають окремій переробці відповідними методами.

На основі проведених досліджень розраховані орієнтовні техніко-економічні показники установки комплексної переробки стічних вод шахти ім. А.Ф. Засядька продуктивністю 500 м³/год. Ці розрохунки показують, що вже зараз може бути здійснена економічно ефективна комплексна переробка слабомінералізованих шахтних вод. Впровадження такої переробки дозволить виключити забруднення довкілля шахтними водами, а також розширити ресурси чистої води та мінеральної сировини. Технологічний регламент комплексної установки передано Мінвуглепрому УРСР для її проектування та виготовлення.

При очищенні стічних вод гальванічних виробництв зворотним осмосом значна увага приділена вибору найефективніших напівпроникних мембран. Показано, що серед досліджуваних лише мембрана МГА-100 очищає промивну воду від іонів CrO₄^2- до норм на її скид у відкриті водойми.

Випробуваннями дослідної зворотноосмотичної установки з одним рулонним елементом за реальних умов на Кам'янець-Подільському машинобудівному заводі підтверджена висока ефективність очищення промивних вод від іонів CrO₄^2- зворотним осмосом. Разом із тим показано, що при цьому необхідно дотримуватися ретельного попереднього очищення промивної води.

На основі результатів визначення основних закономірностей процесу очищення промивних вод від іонів CrO₄^2- зворотним осмосом розроблена технологічна схема, що забезпечує повторне використання очищеної промивної води у технологічному циклі, а одержаний при цьому ретентат після відповідної обробки використовується для приготування робочих розчинів гальванічних ванн. Розроблену технологічну схему впроваджено на НВО “Радіоприлад ім. С.П. Корольова” (м. Київ).

При розробці технології очищення промивних вод від іонів важких металів зворотним осмосом за допомогою самоутворюваних ДМ з їх гідроксополімерів має важливе значення вибір найефективніших основ для формування цих ДМ. Результати проведених досліджень показують, що промислово виготовлені з оксиду алюмінію пористі керамічні трубки, які характеризуються високою хімічною, механічною та термічною стійкістю, можна використовувати для очищення стічних вод від іонів важких металів. При цьому ДМ, які утворю-ються з гідроксосполук іонів Fe³⁺ і Cr³⁺ на поверхні цих трубок, проявляють вторинну затримку інших речовин. Зокрема, затримка іонів Cl^- підлягає закономірностям зворотного осмосу, а затримка мінеральних масел - адсорбції на колоїдних частках гідроксосполук іонів Fe³⁺. На основі одержаних результатів розроблена і впроваджена на Хмільницькому ремонтно-механічному заводі (Вінницька область) установка продуктивністю 4 м³/год із керамічними мембранами, призначена для очищення стічних вод від зазначених забруднень до норм на скид у відкриті водойми.

Висновки

1. Експериментально та теоретично обгрунтоване поєднання зворотного осмосу з іншими фізико-хімічними методами водоочищення при знесоленні слабомінералізованих вод. Показано, що для знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом залежно від їх типу та хімічного складу доцільно використовувати, як динамічні, так і полімерні мембрани, при цьому їх транспортні властивості визначаються сукупним впливом компонентів системи. На основі результатів дослідження основних фізико-хімічних закономірностей процесу зворотного осмосу розроблені науково обгрунтовані ефективні технології комплексної переробки слабомінералізованих вод з метою одержання чистої води та цінних речовин, придатних для використання у народному господарстві, що сприяє поліпшенню екологічної обстановки в Україні.

2. Вперше встановлений звязок між зарядом колоїдних часток гідроксосполук полізарядних іонів металів і транспортними властивостями ДМ, сформованих із цих гідроксосполук. Показано, що чітко виражені екстремальні значення транспортних властивостей цих мембран відповідають тим значенням рН розчинів, при яких утворюються гідроксополімери полізарядних іонів металів, які найкраще забезпечують поєднання у напівпроникності мембран електрохімічного та структурного механізмів. Макроелектрофорезом та іншими методами встановлено, що основну роль у затримці іонів досліджуваними мембранами відіграє електрохімічний механізм. Методами ЯМР і ДСК виявлена зміна структури води у цих мембранах, що свідчить також про суттєвий внесок структурного механізму у перенесення води через них.

3. Визначені закономірності зміни транспортних властивостей ДМ із гідроксосполук іонів Fe³⁺ залежно від рН, концентрації та складу розчинів при їх очищенні від таких екологічно небезпечних органічних речовин, як фенол і лігносульфонати. Показано, що висока затримка (R = 0,98) фенолу цією мембраною при наявності у розчині пероксиду водню (окисника) та солі FeCl₂ (каталізатора) обумовлена каталітичним розкладанням органічної речовини, як у розчині, так і на мембрані. Розроблений новий спосіб очищення розчинів реагентним зворотним осмосом, який дає змогу затримувати солі та каталітично розкладати органічні речовини.

4. У результаті визначення закономірностей зміни транспортних властивостей ДМ із колоїдних часток кремнезему залежно від рН, концентрації, складу розчину тощо, а також залучення для інтерпретації одержаних результатів концепції Доннана показано, що знесолення розчинів цією мембраною відбувається переважно завдяки електрохімічному механізмові. На основі виявлених закономірностей розроблений ефективний спосіб очищення розчинів від іонів важких металів самоутворюваними ДМ із колоїдних часток кремнезему та гідроксосполук іонів важких металів. Розроблені також ефективні адсорбційні ДМ із глинистих мінералів (монтморилоніту та палигорськіту) для очищення промислових стічних вод від катіонних барвників (метиленового блакитного та брильянтового зеленого), відносно яких низьку затримку проявляють навіть найефективніші зворотноосмотичні ацетатцелюлозні мембрани.

5. Електрокінетичними, електрохімічними та зворотноосмотичними дослідженнями визначені основні критерії розділення іонів нанофільтраційними полімерними мембранами та ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані. Встановлено, що електрохімічна взаємодія мембрани та розчину мало впливає на розділення катіонів Mg²⁺ і К⁺ нанофільтраційною полімерною мембраною ОПМН-П. Максимальне розділення аніонів SO₄^2- і Cl^- ДМ із ПАА й АА-ДЕАЕМ відбувається відповідно у кислому та лужному середовищах при значеннях рН розчинів, коли найкраще поєднується роль заряду поверхні пор і структури мембран.

6. На основі результатів дослідження впливу концентрації, складу та температури розчинів електролітів на їх відносну в'язкість у зворотно-осмотичних ацетилцелюлозних мембранах із різним розміром пор показано, що у механізмі їх напівпроникності суттєву роль відіграє зміна структури води порівняно з її станом в об'ємі. Розроблено методику розрахунку енергії активації в'язкої течії розчинів у мембранах і обгрунтовано необхідність її врахування при дослідженні фізико-хімічних закономірностей зворотного осмосу. Визначені закономірності зміни осмотичного та дифузійного масоперенесення через найефективнішу ацетилцелюлозну мембрану МГА-100 залежно від температури та концентрації розчину симетричного електроліту KCl. Обгрунтована необхідність урахування енергій активації осмотичного та ди-фузійного масоперенесення через мембрану у механізмі зворотного осмосу.

7. Лабораторними та промисловими дослідженнями визначені зако-номірності процесів знесолення води Азовського моря зворотним осмосом для одержання питної води, зокрема, за умов екстремальних ситуацій. Показано, наприклад, що значення одного з основних технологічних параметрів зворотно-осмотичних установок - співвідношення потоків ретентату та пермеату Q_р/Q_п ~ 3 є прийнятним при знесоленні води Азовського моря. Содово-вапняне пом'якшення морської води забезпечує завдяки утворенню гідроксиду магнію додаткове її освітлення коагулюванням. На основі проведених досліджень розроблений та переданий Мінжитлокомунгоспу УРСР технологічний регламент для проектування та виготовлення дослідно-промислової зворотноосмотичної уста-новки продуктивністю 15-20 м³/год, призначеної для знесолення води Азовського моря.

8. Проведене еколого-економічне обгрунтування необхідності комплексної переробки слабомінералізованих вод за континентальних умов зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення. На основі цього розроблені науково обгрунтовані технології комплексної переробки слабомінералізованих вод хлоридного та сульфатного класів із метою одержання питної води та цінних мінеральних речовин, придатних для використання у народному господарстві. Показано, що з води р. Берди (Запорізька область), яка належить до сульфатного класу, можна одержати поряд з питною водою сульфат і хлорид натрію й інші речовини. При використанні у комплексній установці оригінальної конструкції електродіалізатора перед-бачено одержання поряд з питною водою також цінного мінерального добрива у вигляді концентрованого розчину сульфату калію з домішкою хлориду калію.

9. За допомогою дослідної та дослідно-промислової зворотноосмотичних установок визначено закономірності процесу знесолення слабомінералізованих шахтних вод зворотним осмосом. На основі проведених досліджень розроблена науково обгрунтована технологія комплексної переробки слабомінералізованих шахтних вод, у тому числі і кислих, зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водочищення з метою одержання води для сільськогосподарського зрошення та цінних мінеральних речовин, придатних для використання у народному господарстві. Розраховані орієнтовні техніко-економічні показники комплексної установки для переробки води шахти ім. А.Ф. Засядька продуктивністю 500 м³/год. Технологічний регламент цієї установки переданий Мінвуглепрому УРСР для проектування та ви-готовлення.

10. Визначені закономірності очищення промивних вод гальванічних виробництв зворотним осмосом із використанням ацетилцелюлозної мембрани МГА-100. Показано, що лише ця мембрана проявляє найбільше значення R солей і очищає промивну воду від хромат-іонів до норм на скид у відкриті водойми. На основі проведених досліджень розроблена локальна маловідходна технологія очищення хромовмісних промивних вод гальванічних виробництв зворотним осмосом. Ця технологія з використанням зворотноосмотичної уста-новки продуктивністю 2 м³/год впроваджена на НВО “Радіоприлад ім.

С.П. Корольова” (м. Київ). Вона забезпечує повторне використання очищеної промивної води у технологічному процесі, а одержаний при цьому ретентат після відповідної обробки використовується для приготування робочих розчинів гальванічних ванн. Розроблені також інші маловідходні технології очищення промивних вод гальванічних виробництв поєднанням зворотного осмосу з електродіалізом, електролізом і гальванокоагуляцією.

11. Всебічно досліджені транспортні властивості ДМ, сформованих на керамічних мембранах. Показано, зокрема, що для очищення стічних вод від іонів важких металів доцільно використовувати самоутворювані ДМ, які сформовані на вітчизняних пористих керамічних трубках із електрокорунду (-Al₂O₃), що відзначаються високою хімічною, механічною та термічною стійкістю. При цьому ДМ, які утворюються з гідроксосполук Fe³⁺ і Cr³⁺ на поверхні трубок, можуть проявляти вторинну затримку інших компонентів. Зокрема, затримка іонів Cl^- підлягає закономірностям зворотного осмосу, а затримка мінеральних масел - адсорбції на колоїдних частках гідроксосполук іонів Fe³⁺. На основі одержаних результатів розроблена та впроваджена на Хмільницькому ремонтно-механічному заводі (Вінницька область) установка продуктивністю 4 м³/год із керамічними мембранами, призначена для очищення стічних вод від цих забруднень до норм на скид у відкриті водойми.

Список опублікованих праць

Опреснение воды / Л.А. Кульский, В.Д. Гребенюк, В.Н. Копосов, Д.Д. Кучерук, Т.В. Князькова. - Киев: Наук. думка, 1980. - 96 c.

Комплексная переработка минерализованных вод / А.Т. Пилипенко,

И.Г. Вахнин, И.Т. Гороновский, В.Д. Гребенюк, А.К. Запольский, Д.Д. Кучерук, В.И. Максин. - Киев: Наук. думка, 1984. - 284 с.

Комплексная переработка шахтных вод / А.Т. Пилипенко, И.Т. Гороновский, В.Д. Гребенюк, А.К. Запольський, Д.Д. Кучерук, В.И. Максин, А.М. Рудь, А.К. Загороднюк. - Киев: Наук. думка, 1985. - 183 с.

Коваленко А.И., Кучерук Д.Д., Войцеховский Р.В. Исследование процесса опреснения и концентрирования шахтных вод методом обратного осмоса // Хим. технология. - 1978. - N 3. - С. 14-17.

Выделение из воды биологических и органических примесей с помощью ацетилцеллюлозных мембран / А.И. Коваленко, Д.Д. Кучерук, В.М. Багнюк, Я.З. Яворский // Химия и технология воды. - 1979. - Т. 1, N 2. - С. 73-76.

Коваленко А.И., Костюк В.И., Кучерук Д.Д. Целесообразность применения метода обратного осмоса для комплексной переработки минерализованных сточных вод // Хим. технология. - 1980. - N 1. - С. 50-53.

Палейчук В.С., Кучерук Д.Д. Концентрирование водных растворов м-бен-зоилдисульфоната натрия методом обратного осмоса // Химия и технология воды. - 1980. - Т. 2, N 3. - С. 230-233.

Срибная В.П., Кучерук Д.Д. Влияние растворенных органических веществ на полупроницаемые мембраны и способы стабилизации их обратноосмотических свойств // Химия и технология воды. - 1981. - Т. 3, N 3. - С. 204-207.

Опріснення води / А.Т. Пилипенко, А.К. Запольський, Р.В. Войцеховський, Д.Д. Кучерук, В.І. Максін // Вісн. АН УРСР. - 1981. - № 4. - С. 81-85.

Бадеха В.П., Цапюк Е.А., Кучерук Д.Д. Формирование динамической мембраны из гидроксида железа и ее опресняющая способность // Химия и технология воды. - 1981. - Т. 3, № 5. - С. 402-405.

Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Палейчук В.С. Влияние дисперсных добавок на обратноосмотические свойства ацетилцеллюлозных мембран // Химия и технология воды. - 1982. - Т. 4, N 3. - С. 214-216.

Цапюк Е.А., Бадеха В.П., Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран на основе гидроксида железа // Химия и технология воды. - 1982. - Т. 4, N 6. - С. 508-512.

Палейчук В.С., Кучерук Д.Д., Срибная В.П. Особенности разделения водных растворов препарата “Этония” методом обратного осмоса // Химия и технология воды. - 1983. - Т. 5, N 2. - С. 152-155.

Разделение водных растворов лигносульфоновых кислот ультрафильтрацией / А.Т. Пилипенко, Е.А. Цапюк, М.И. Медведев, О.С. Зульфигаров, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. - 1983. - Т. 5, № 2. - С. 155-159.

Формирование и обратноосмотические свойства динамической мембраны из полиакриламида / А.Т. Пилипенко, Е.А. Цапюк, В.Л. Дедечек, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. - 1984. - Т. 6, N 3. - С. 214-217.

Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Прохоренко Н.И. Баромембранное разделение водных растворов красителей на ацетилцеллюлозной мембране // Хим. технология. - 1984. - N 5. - С. 22-23.

Дедечек В.Л., Цапюк Е.А., Кучерук Д.Д. Разделение сульфата и хлорида натрия полиакриламидной динамической мембраной // Химия и технология воды. - 1985. - Т. 7, N 4. - С. 26-29.

Особенности задержки электролитов и неэлектролитов динамической мембраны из полиакриламида / А.Т. Пилипенко, В.Л. Дедечек, Е.А. Цапюк, Д.Д. Кучерук // Докл. АН УССР. - Сер. Б.- 1985. - № 5. - С. 64-65.

Колодий Ю.В., Медведев М.И., Кучерук Д.Д. Удаление нефтепродуктов и ПАВ гидроксидом магния при опреснении морской воды обратным осмосом // Химия и технология воды. - 1986. - Т. 8, N 1. - С. 59-61.

Очистка от лигносульфонатов и опреснение воды мембранами из гелей гидроксида железа / В.П. Бадеха, М.И. Медведев, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Химия и технология воды. - 1986. - Т. 8, № 3. - С. 25-28.

Условия формирования динамических мембран из полиэлектролитов / В.Л. Дедечек, Е.А. Цапюк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. - 1986. - Сер. Б, N 5. - С. 31-33.

22. Срибная В.П., Кучерук Д.Д. Разделение смешанных растворов солей на ацетилцеллюлозных мембранах // Укр. хим. журн. - 1986. - Т. 52, N 5. - С. 486-488.

23. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д. Влияние рН на формирование и обратноосмотические свойства динамических мембран из полиэлектролитов // Химия и технология воды. - 1987. - Т. 9, N 3. - С. 221-224.

24. Зависимость характеристик ацетилцеллюлозных мембран в процессе обратного осмоса от температуры и природы электролита / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. - Сер. Б.- 1988. - N 1. - С. 50-53.

25. Ультрафильтрационная очистка подземных вод от Mn²⁺ и Fe²⁺ / Ю.В. Колодий, В.П. Бадеха, Д.Д. Кучерук, Н.Н. Прищеп // Химия и технология воды. - 1988. - Т. 10, N 2. - С. 165-166.

26. Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Грищенко Л.И. Разделение растворов лимонной кислоты и лимонного буфера на этилцеллюлозной мембране // Укр. хим. журн. - 1988. - Т. 54, N 6. - С. 585-587.

27. Энергия активации вязкого течения растворов электролитов в ацетилцеллюлозных мембранах / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. - Сер. Б.- 1988. - № 7. - С. 51-54.

28. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д. Использование гидролизованного полиакриламида для модифицирования ацетатцеллюлозных мембран // Химия и технология воды. - 1989. - Т. 11, N 2. - С. 115-117.

29. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д., Пономарев М.И. Свойства динамических мембран из полиакриловой кислоты // Химия и технология воды. - 1989. - Т. 11, N 3. - С. 231-232.

30. Корбутяк М.А., Прохоренко Н.И., Кучерук Д.Д. Влияние концентрации растворов электролитов и температуры на проницаемость и селективность обратноосмотических мембран // Химия и технология воды. - - 1989. - Т. 11, N 4. - С. 315-318.

31. Динамические мембраны из сополимера с ароматическими аминогруппами / В.П. Бадеха, В.Г. Синявский, Р.А. Корниенко, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. - 1989. - Т. 11, № 6. - С. 533-536.

32. Диффузия в растворах хлорида калия через ацетилцеллюлозную мембрану МГА-100 / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, М.И. Пономарев, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. - Сер. Б.- 1989. - N 9. - С. 47-50.

33. Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран из соединений кремнезема // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, N 5. - С. 436-440.

34. Кучерук Д.Д. Динамические мембраны из гидроксополимеров алюминия // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, N 7. - С. 664-669.

35. Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран из гидроксополимерных соединений тяжелых металлов // Химия и технология воды. - 1991. - Т. 13, N 9. - С. 788-793.

36. Кучерук Д.Д. Формирование и функционирование динамических мембран из полисиликатов // Химия и технология воды. - 1994. - Т. 16, № 2. - С. 197-

-202.

37. Кучерук Д.Д., Музычук Н.Т., Журавлева В.С. Очистка растворов от соединений тяжелых металлов реагентной ультрафильтрацией с применением кремнезема // Химия и технология воды. - 1994. - Т. 16, N 5. - С. 556-560.

38. Атаманенко М.Д., Пономарев М.И., Кучерук Д.Д. Свойства динамических мембран из соединений алюминия, железа и хрома // Коллоид. журн. - 1999. - Т. 61, N 5. - С. 610-616.

39. Prospects of baromembrane desalination of brackish waters of the south of Ukraine / V.V. Goncharuk, D.D. Kucheruk, V.F. Skubchenko, V.P. Badekha, V.M. Kochkodan // Desalination. - 2001. - V. 139. - P. 327-331.

40. А.c. 478617 СССР, МКИ В 04b 7/00. Коническая тарелка к сепаратору / Л.А. Калашникова, Л.В. Андриевская, Д.Д. Кучерук.- № 1916996/28-13. Заявлено 18.04.73; Опубл. 30.07.75, Бюл. N 28.

41. А.c. 703502 СССР, МКИ² C02В 3/02. Способ очистки воды от бактерий / А.И. Коваленко, В.М. Багнюк, А.Г. Братунец, Д.Д. Кучерук. - 2569103/23-26. Заявлено 16.01.78; Опубл. 15.12.79, Бюл. N 46.

42. А.с. 697898 СССР, МКИ² G 01 N 27/02. - Ячейка для измерения потенциала протекания в полупроницаемых мембранах / Д.Д. Кучерук, Е.А. Цапюк,

В.П. Бадеха. - № 2615603/18-25. Заявлено 04.05.78; Опубл. 15.11.79, Бюл. № 42.

43. А.с. 899064 СССР, МКИ³ B 01 D 13/02, C 02 F 1/46. - Электродиализатор / Д.Д. Кучерук, Р.В. Войцеховский, Н.А. Ланчковская, В.Л. Рябухина. - № 2880810/23-26. Заявлено 06.02.80; Опубл. 23.01.82, Бюл. № 3.

44. Пат. 32039 А України, МКИ⁶ C 02F 1/58. - Спосіб вилучення і акумуляції фтору із природних фторовмісних вод / М.І. Донцова, Д.Д. Кучерук, Е.А. Головаш, В.Г. Бредуля, М.О. Панули, П.В. Голюк, О.Г. Мороз, П.В. Ткачук, М.І. Медведєв, Ю.С. Мосерчук. - № 98126625. Заявлено 15.12.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-11.

45. 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.

46. 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.

47. 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.

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

49. 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.

50. 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.

51. 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.

52. 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.

Размещено на Allbest.ru