Визначення залежності ефективності зворотньо-осмотичних мембран низького тиску від рівня мінералізації води

Автор(и)

  • Микола Дмитрович Гомеля Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-1165-7545
  • Анна Констянтинівна Вакуленко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-1035-9175
  • Ірина Миколаївна Макаренко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-7895-2664
  • Тетяна Олександрівна Шаблій Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-6710-9874

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263367

Ключові слова:

демінералізація води, зворотній осмос, мембрани низького тиску, перміат, концентрат

Анотація

Встановлено залежність ефективності зворотньо-осмотичних мембран низького тиску Filmtec TW30-1812-50 від початкових концентрацій сульфату  та хлориду натрію в діапазоні 20–1000 мг/дм3 при ступенях відбору перміату 1–90 % із застосування тиску 3,6–10,0 атм. Визначено динаміку підвищення вмісту сульфатів та хлоридів у концентратах при збільшенні ступеню відбору перміату, селективність, продуктивність та коефіцієнт фільтрування мембрани. Визначено умови розрахунку продуктивності мембрани в залежності від робочого тиску для сульфату натрію та хлориду натрію.

Показано, що концентрації сульфатів та хлоридів у перміаті залежать від їх початкової концентрації у розчинах і зростають як при збільшенні початкової концентрації, так і при збільшенні ступеню відбору перміату. Останній фактор є досить значним при початкових концентраціях хлоридів та сульфатів на рівні концентрації 1000 мг/дм3. Продуктивність мембрани зростає при зниженні вмісту солей у воді і знижується по мірі зростання ступеню відбору перміату, що призводить до підвищення концентрації солей у передмембранному просторі. Селективність мембрани зростає при підвищенні концентрації розчинів сульфату натрію та хлориду натрію у розчинах, не дивлячись на певне зростання концентрацій солей у перміатах. Для розчинів Na2SO4 та NaCl (20–1000 мг/дм3) при зворотньо-осмотичному їх знесоленні на мембрані коефіцієнти фільтрування мають постійні значення. Для вказаних вихідних концентрацій коефіцієнт фільтрування для Na2SO4 становить 3,4–3,8 дм3/(м2∙атм), а для NaCl – 2,6–3,2 дм3/(м2∙атм). Із отриманих даних можна зробити висновок про допустимий рівень мінералізації, при якому доцільне використання зворотньо-осмотичних мембран низького тиску. Показано, що, підвищення концентрації солей у концентратах зумовлює підвищення осмотичного та робочого тисків.

Біографії авторів

Микола Дмитрович Гомеля, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського»

Доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою

Кафедра екології та технології рослинних полімерів

Анна Констянтинівна Вакуленко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедри екології та технології рослинних полімерів

Ірина Миколаївна Макаренко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського»

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра екології та технології рослинних полімерів

Тетяна Олександрівна Шаблій, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського»

Доктор технічних наук, професор, професор

Кафедра екології та технології рослинних полімерів

Посилання

  1. Gomelya, M., Hrabitchenko, V., Trokhymenko, A., Shabliy, T. (2016). Research into ion exchange softening of highly mineralized waters. Easten-Europen journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (82)), 4–9. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.75338
  2. Julien, D., Alain, D. (2011). Comparison of adsorption models for study of Cl-, NO3- and SO42- removal from aqueous solutions by anion exchange. Journal of Hazardous Materials, 1-3, 300–307. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.03.049
  3. Darracq, G., Joyeux, J. (2014). Kinetic and isotherm studies on perchlorate sorption by ion-exchange resins in drinking water treatment. Journal of Water Process Engineering, 3, 123–131. doi: http://doi.org/10.1016/j.jwpe.2014.06.002
  4. Lazar, L., Bandrabur, B., Tataru-Fărmuş, R-E., Drobotă, M., Bulgariu, La., Gutt, G. (2014). FTIR analysis of ion exchange resins with application in permanent hard water softening. Environmental Engineering and Management Journal, 13 (9), 2145–2152. doi: http://doi.org/10.30638/eemj.2014.237
  5. Naidu, L., Saravanan, S., Chidambaram, M., Goel, M., Das, A., Sarat, J., Babu, C. (2015). Nanofiltration in transforming surface water into healthy water: comparison with reverse osmosis. Journal of Chemistry, 2015, 1–6. doi: http://doi.org/10.1155/2015/326869
  6. Gomelia, M. D., Trus, І. M., Grabіtchenko, V. M. (2014). Nanofіltratcіine oprіsnennia slabomіneralіzovanikh vod. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 1(1), 98–102. Available at: http://vhht.dp.ua/wp-content/uploads/pdf/2014/1/23.pdf
  7. Goncharuk, V., Kavitskaya, A., Skil’skaya, M. (2011). Nanofiltration in drinking water supply. Water Treatment and Demineralization Technology, 33, 37–54. doi: http://doi.org/10.3103/s1063455x11010073
  8. Prodanovic, J., Vasic, V. (2013). Application of membrane processes for distillery wastewater purification (a review). Desalination and water treatment, 51 (16-18), 3325–3334. doi: http://doi.org/10.1080/19443994.2012.749178
  9. Curcio, E. E., Ji, X., Quazi, A. M. (2010). Hybrid Nano filtration membrane crystallization system for the treatment of sulfate wastes. Journal of Membrane Science, 360 (1-2), 493–498. doi: http://doi.org/10.1016/j.memsci.2010.05.053
  10. Homelia, M. D., Trus, I. M., Radovenchyk, Ya. V. (2014). Vlyianye stabylyzatsyonnoi obrabotky vodi na slabokyslotnom katyonyte v kysloi forme na kachestvo nanofyltratsyonnoho opresnenyia shakhtnoi vodi. Naukovyi visnyk Natsionalnoho Chernihivskoho universytetu, 5, 100–105.
  11. Altaee, А., Zaragoza, G., Tonningen, R. (2014). Comparison between forward osmosis-reverse osmosis and reverse osmosis processes for seawater desalination. Desalination, 336, 50–57. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2014.01.002
  12. Sayyad, S., Kamthe, N., Sarvade, S. (2022). Design and simulation of reverse osmosis process in a hybrid forward osmosis-reverse osmosis system. Chemical Engineering Research and Design, 183, 210–220. doi: http://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.05.002
  13. Brika, B., Omran, A., Greesh, N., Abutartour, A. (2019). Reuse of reverse osmosis membranes – case study: Tajoura reverse osmosis desalination plant. Iranian Journal of Energy and Environment, 10 (4), 269–300. doi: http://doi.org/10.5829/ijee.2019.10.04.11
  14. Hunter, R., Dvorak, B. (2012). Brine reuse in ion-exchange softening: salt discharge, hardness leakage, and capacity tradeoffs. Water Environment Research, 84 (6), 535–543. doi: http://doi.org/10.2175/106143012x13373550427354
  15. Akhter, M., Habib, G., Qamar, S. (2018). Application of electrodialysis in waste water treatment and impact of fouling on process performance. Journal of Membrane Science & Technology, 8 (2), 1–8. doi: http://doi.org/10.4172/2155-9589.1000182
  16. Hilal, N., Kochkodan, V., Abdulgader, H., Mandale, S., Al-Jlil, S. (2015). A combined ion exchange–nanofiltration process for water desalination: I. sulphate-chloride ion-exchange in saline solutions. Desalination, 363, 44–50. doi: http://doi.org/10.1016/j.desal.2014.11.016
  17. Lakehal, A., Bouhidel, K. (2017). Optimization of the electrodeionization process: comparison of different resin bed configurations. Desalination and Water Treatment, 86, 96–101. doi: http://doi.org/10.5004/dwt.2017.21326
  18. Homelia, M. D., Trus, I. M., Shablii, T. O. (2014). Elektrodializne oprisnennia rozchyniv z vysokym vmistom ioniv zhorstkosti. Visnyk Chernihivskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu, 1 (71), 50–55.
  19. Trus, I., Hrabitchenko, V., Gomelya, M. (2014). Electrochemical processing of mine water concentrates with obtaining available chlorine. British journal of science, education and culture, 21, 103–108.
  20. Chen, Y., Davis, J., Nguyen, C., Baygents, J., Farrell, J. (2016). Electrochemical ion-exchange regeneration and fluidized bed crystallization for zero-liquid-discharge water softening. Environmental Science and Technology, 50 (11) 5900–5907. doi: http://doi.org/10.1021/acs.est.5b05606
  21. Trus, I. M., Hrabitchenko, V. M., Homelia, M. D. (2012). Application of aluminium coagulants for wastewater treatment from sulfates with their demineralization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (60)), 13–17. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/5600
  22. Shablii, T. O., Rysukhin, V. V., Homelia, M. D. (2011). Ochyshchennia mineralizovanykh stichnykh vod vid sulfativ ta yii pom’iakshennia. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu «Kharkivskyi politekhnichnyi instytut», 43, 31–38. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/15034
  23. Lure, Yu. Yu. (1984). Analytycheskaia khymyia promishlennikh stochnikh vod. Moscow: Khymyia, 448. Available at: http://booksshare.net/books/chem/lure-uu/1984/files/analhimpromstokvod1984
  24. Nabyvanets, B. Y., Sukhan, V. V., Kalabina, L. V. (1996). Analitychna khimiia pryrodnoho seredovyshcha. Kyiv: Lybid, 304.
  25. DSanPiN 2.2.4-171-10. Derzhavni sanitarni normy ta pravyla "Hihiienichni vymohy do vody pytnoi, pryznachenoi dlia spozhyvannia liudynoiu".
  26. Homelia, M. D., Trus, I. M., Radovenchyk, V. M. (2014). Evaluating the efficiency of reverse osmosis desalination after its mitigation at subacid cation resin. Visnyk Vinnytskoho politekhnichnoho instytutu, 3, 32–36. Available at: https://visnyk.vntu.edu.ua/index.php/visnyk/article/view/926/925
  27. Balakina, M. N., Kucheruk, D. D., Bilyk, Yu. S., Osipenko V. O., Shkavro, Z. N. (2013). Wastewater treatment from biogenic elements. Journal of water chemistry and technology, 35 (5), 386–397. doi: http://doi.org/10.3103/s1063455x13050044
  28. Iievleva, O. S., Honcharuk, V. V. (2015). The Material Balance Calculation of Flowsheet for Nitrate Removal from Water Solutions Using Baromembrane Methods. Naukovi visti NTUU "KPI", 5, 113–118. Available at: http://bulletin.kpi.ua/article/view/65073

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-08-30

Як цитувати

Гомеля, М. Д., Вакуленко, А. К., Макаренко, І. М., & Шаблій, Т. О. (2022). Визначення залежності ефективності зворотньо-осмотичних мембран низького тиску від рівня мінералізації води. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (118), 14–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263367

Номер

Том 4 № 10 (118) (2022): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Mykola Gomelya, Anna Vakulenko, Iryna Makarenko, Tetyana Shabliy

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.