Очищення води від гідроксосполук феруму деревною мембраною

Abstract

Робота присвячена розробці деревних мембран, які можуть бути ефективною альтернативою мембранам з традиційних матеріалів — полімерів та кераміки. Деревні мембрани виготовляються з природної екологічно чистої, відновлюваної, недорогої, доступної сировини, що легко утилізується. Встановлено, що розмір пор деревини відповідає середньому розміру пор мікрофільтраційної мембрани. Досліджено процес очищення води від гідроксосполук Fe(ІІІ) деревною мембраною і показана його висока ефективність у випадку фільтрування води крізь зовнішню поверхню мікрофільтраційної трубчастої деревної мембрани, що обумовлено стеричним механізмом її дії та формуванням на її поверхні додаткового затримувального шару у вигляді динамічної мембрани із гідроксосполук Fe(ІІІ). Вивчено вплив різних фізико-хімічних факторів на затримувальну здатність мембрани та визначені її технологічні параметри. Найбільше значення коефіцієнта затримки Fe(ІІІ) (99,9 %) встановлено при вихідній концентрації Fe(ІІІ) до 340,2 мг/дм³, рНвих 7,0–8,0, робочому тиску 1,0 МПа і питомій продуктивності мембрани 0,05—0,08 м³/(м² • год). За цих умов значення концентрації пермеату Fe(ІІІ) було нижчим, ніж ГДК Fe(ІІІ) у питній воді. Додавання до розчину, що містить гідроксосполуки Fe(ІІІ), суміші іонів Cl⁻, HCO⁻₃ і SO²⁻₄ (по 200 мг/дм³ кожного) практично не впливало на розділові властивості мембрани. Відзначено, що у разі фільтрування розчину крізь внутрішню поверхню трубчастої деревної мембрани значення її питомої продуктивності різко зростало, однак зменшувалась її затримувальна здатність.

The work is devoted to the development of wood membranes, which can be an effective alternative to membranes made of traditional materials — polymers and ceramics. Wood membranes are made from natural environmentally friendly, inexpensive, renewable and affordable raw materials that are easily recycled. It is established that the pore size of wood corresponds to the average pore size of the microfiltration membrane. We investigate the process of purification of water from Fe(III) hydroxo compounds with a wood membrane and show its high efficiency when filtering water through the outer surface of a microfiltration tubular wood membrane, which is due to the steric mechanism of its action and the formation on its surface of an additional retention layer in the form of a dynamic membrane of Fe(III) hydroxo compounds. The influence of various physicochemical factors on the retention capacity of the membrane is studied, and its technological parameters are established. It is shown that the membrane (99.9%) had the highest retention coefficient for Fe(III), when the initial concentration of Fe(III) showed up to 340.2 mg/dm3, pH 7.0-8.0, working pressure 1.0 MPa and specific membrane performance 0.05-0.08 m³/(m² · h). Under these conditions, the permeate Fe(III) concentration values were lower than the MPC of Fe(III) in drinking water. Adding, the mixtures of Cl⁻, HCO⁻₃ і SO²⁻₄ ions (200 mg/dm³ each) to the solution containing Fe(III) hydroxo complexes had practically no effect on the separation properties of the membrane. It is noted that, during the filtration of the solution through the inner surface of the tubular tree membrane, the value of its specific productivity increases sharply, but its retention capacity decreases.

Работа посвящена разработке древесных мембран, которые могут быть эффективной альтернативой мембранам из традиционных материалов — полимеров и керамики. Древесные мембраны изготавливаются из природного экологически чистого, недорогого, возобновляемого и доступного сырья, которое легко утилизируется. Установлено, что размер пор древесины соответствует среднему размеру пор микрофильтрационной мембраны. Исследован процесс очистки воды от гидроксосоединений Fe(ІІІ) древесной мембраной и показана его высокая эффективность при фильтровании воды через внешнюю поверхность микрофильтрационной трубчатой древесной мембраны, что обусловлено стерическим механизмом ее действия и формированием на ее поверхности дополнительного задерживающего слоя в виде динамической мембраны из гидроксосоединений Fe(ІІІ). Изучено влияние различных физико-химических факторов на задерживающую способность мембраны и определены ее технологические параметры. Наибольшее значение коэффициента задерживания Fe(ІІІ) (99,9 %) установлено при исходной концентрации Fe(ІІІ) до 340,2 мг/дм³, рНисх 7,0—8,0, рабочем давлении 1,0 МПа и удельной производительности мембраны 0,05 – 0,08 м3/(м² · ч). При этих условиях значения концентрации пермеата Fe(ІІІ) было ниже, чем ПДК Fe(ІІІ) в питьевой воде. Добавление к раствору, содержащему гидроксокомплексы Fe(ІІІ), смеси ионов Cl⁻, HCO⁻₃ и SO²⁻₄ (по 200 мг/дм³ каждого) практически не влияло на разделительные свойства мембраны. Отмечено, что при фильтровании раствора через внутреннюю поверхность трубчатой древесной мембраны значение ее удельной производительности резко возрастало, однако уменьшалась ее задерживающая способность.