Розробка способу перероблення концентратів процесів опріснення води з отриманням алюмінієвих коагулянтів
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.329734Ключові слова:
демінералізація, концентрат, зворотній осмос, іонний обмін, електроліз, електродіаліз, коагулянт, хлорид алюмінію, мембранаАнотація
Об’єктом досліджень були процеси переробки концентратів та елюатів, що утворюються у процесах опріснення природних поверхневих, артезіанських та шахтних вод із підвищеною мінералізацією методом зворотного осмосу та іонного обміну. А саме, в роботі вивчено процеси переробки розчинів хлориду натрію, суміші хлориду натрію та сульфату натрію електродіалізом із отриманням розчинів лугу та розчинів солей алюмінію.
Для отримання солей алюмінію використовували аноди із алюмінію АД-31. Як катод використовували пластину із легованої сталі 12Х18Н10Т. Процес проводили при густині струму 1,67–8,33 А/дм2 у дво- та трикамерних електролізерах із застосуванням катіонообмінних мембран МК-40 та аніонообмінних мембран МА-41. У процесі електролізу в усіх дослідах у катодній області отримували розчини лугу, в анодній області розчини солей алюмінію. У разі застосування трикамерного електролізеру розчин солі розміщали в робочій камері, відділеній катіонообмінною мембраною з католітом та аніонообмінною мембраною з анодною зоною. Процес електролізу забезпечував концентрування лугу в католіті та солей алюмінію в аноліті. У трикамерному електролізері в робочій камері відбувалось знесолення води за рахунок дифузії іонів натрію через катіонообмінную мембрану у католіт, та дифузії аніонів (хлоридів та сульфатів) через аніонообмінную мембрану в анодну область. Там відбувалось окиснення алюмінію з утворенням катіонів алюмінію та у присутності хлоридів утворювався хлорид алюмінію. За рахунок гідролізу хлориду алюмінію частково утворювались і гідроксохлориди алюмінію. Частіше утворювався 1/3 гідроксохлорид алюмінію. В анодній камері перед електролізом додаванням хлориду водню встановлювали рН на рівні 2,5. У процесі електролізу рН утримувалось за рахунок електродних процесів на рівні 2,5–3. Вміст солей у робочій камері знижувався до 2–20 мг-екв/дм3. У двокамерному електролізері електроліз проходив із утворенням лугу в католіті та хлориду алюмінію в аноліті. Ступінь конверсії хлориду натрію в аноліті обмежувався отруєнням катіонообмінної мембрани іонами алюмінію.
Посилання
- Klimonda, A., Kowalska, I. (2021). Sequential process: membrane filtration and ion exchange as an effective method for water solution purification containing cationic surfactants. Desalination and Water Treatment, 214, 232–241. https://doi.org/10.5004/dwt.2021.26663
- Tsutano, K. (2022). Application of Monolithic Ion Exchange resins for the field of Ultrapure Water. Journal of Ion Exchange, 33 (3), 51–55. https://doi.org/10.5182/jaie.33.51
- Martins, V. L., Ogden, M. D., Jones, M. R., Trowsdale, S. A., Hall, P. J., Jensen, H. S. (2020). Opportunities for coupled electrochemical and ion-exchange technologies to remove recalcitrant micropollutants in water. Separation and Purification Technology, 239, 116522. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.116522
- Tokui, Y., Moriguchi, H., Nishi, Y. (2014). Comprehensive environmental assessment of seawater desalination plants: Multistage flash distillation and reverse osmosis membrane types in Saudi Arabia. Desalination, 351, 145–150. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.07.034
- Torkian, M., Malekpour, A. (2025). Desalination of saline water and wastewater using graphene oxide mixed matrix membranes through pervaporation method. Desalination and Water Treatment, 321, 100989. https://doi.org/10.1016/j.dwt.2025.100989
- Nigiz, F. U., Veli, S., Hilmioglu, N. D. (2017). Deep purification of seawater using a novel zeolite 3A incorporated polyether-block-amide composite membrane. Separation and Purification Technology, 188, 90–97. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.07.017
- Akhter, M., Habib, G., Qamar, S. U. (2018). Application of Electrodialysis in Waste Water Treatment and Impact of Fouling on Process Performance. Journal of Membrane Science & Technology, 8 (2). https://doi.org/10.4172/2155-9589.1000182
- Al-Amshawee, S., Yunus, M. Y. B. M., Azoddein, A. A. M., Hassell, D. G., Dakhil, I. H., Hasan, H. A. (2020). Electrodialysis desalination for water and wastewater: A review. Chemical Engineering Journal, 380, 122231. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122231
- Wang, Y., Yang, S. (2019). Thermodynamic analysis of an absorption-assisted multi-effect thermal desalination system with an extended operating temperature range. Desalination and Water Treatment, 155, 370–380. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.23874
- Hu, Y., Wang, Y. (2017). Study on the dewatering process for water treatment residuals: Applicability of freezing–thawing, compression, and electro-osmotic treatment. Drying Technology, 35 (12), 1450–1459. https://doi.org/10.1080/07373937.2016.1253021
- Liashenko, Y. V., Bila, T. A., Okhrimenko, O. V. (2017). Water purification processes. Freeze-thaw technology. Tavriiskyi Naukovyi Visnyk, 97, 236–243.
- Li, G., Liu, X., Yang, Z. (2021). Test method of seawater desalination plant based on information fusion. Desalination and Water Treatment, 241, 11–19. https://doi.org/10.5004/dwt.2021.27808
- Shablii, T. O., Holtvianytska, O. V., Kamaiev, V. S., Homelia, M. D. (2011). Reahentne pomiakshennia vody z vykorystanniam aliuminiivmisnykh koahuliantiv. Voda i Vodoochysni Tekhnolohii. Naukovo-Tekhnichni Visti, 2 (4), 36–41.
- Li, F., Jia, Y., Wang, M. (2024). Recovery of low-concentration waste acid by electrodialysis: Modeling and validation. Journal of Cleaner Production, 482, 144203. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.144203
- Mei, Y., Yao, Z., Ji, L., Toy, P. H., Tang, C. Y. (2018). Effects of hypochlorite exposure on the structure and electrochemical performance of ion exchange membranes in reverse electrodialysis. Journal of Membrane Science, 549, 295–305. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.12.016
- Campione, A., Gurreri, L., Ciofalo, M., Micale, G., Tamburini, A., Cipollina, A. (2018). Electrodialysis for water desalination: A critical assessment of recent developments on process fundamentals, models and applications. Desalination, 434, 121–160. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.12.044
- Shabliy, T. O. (2012). Synthesis of coagulants to intensify processes of water clarification. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (59)), 23–28. Available at: https://journals.uran.ua/eejet/article/view/4582
- Branovitckaia, S. V., Medvedev, R. B., Fialkov, Iu. A. (1986). Vychislitelnaia matematika v khimii i khimicheskoi tekhnologii. Kyiv: Vishcha shkola, 216.
- Gomelya, M., Kryzhanovska, Y. (2023). Concentration of sodium chloride solutions in the processing of concentrates for reverse osmotic water desalification. Proceedings of the NTUU “Igor Sikorsky KPI”. Series: Chemical Engineering, Ecology and Resource Saving, 3, 85–93. https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2023.288253
- Zhu, M., He, F., Feng, L., Chi, Y., Li, Y.-Y., Tian, B. (2024). Comparison of bipolar membrane electrodialysis, electrodialysis metathesis, and bipolar membrane electrodialysis multifunction for the conversion of waste Na2SO4: Process performance and economic analysis. Journal of Environmental Management, 370, 122513. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.122513
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Mykola Gomelya, Yana Kryzhanovska, Iryna Makarenko, Tetyana Shabliy
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.
