Спосіб очищення стічних вод від прямих барвників

Реферат: Спосіб очищення стічних вод від прямих барвників включає обробку на керамічній ультрафільтраційній мембрані, під тиском 0,1-0,6 МПа та при рН середовища 8,0-13,0. UA 78892 U (12) UA 78892 U UA 78892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема до баромембранної обробки, і може бути використана для ультрафільтраційного очищення стічних вод від аніонних прямих барвників, а саме, миючих лужних розчинів банкнотних фабрик. Відомий спосіб очистки стічних вод від барвників та/або органічних речовин (Россия, Патент 2083509, С1 мпк C02F9/00, C02F1/44, опубл. 10.07.1997) [1]. Спосіб полягає в наступному. Попередньо стічні води обробляли при рН 9,5-11,5 водорозчинною сіллю дво- або тривалентного металу з масовим співвідношенням 4:1-5:1, нейтралізували до рН 6,5-8,5 та піддавали механічному очищенню. Воду після вказаної обробки направляли на ультрафільтрацію, використовуючи трубчасті ультрафільтри типу БТУ-0,5/2 з мембранами ПСА-1 (полісульфонамідні) або Ф-1 (фторопластові). Процес проводили під тиском 0,2-0,5 МПа зі швидкістю потоку рідини над мембраною 2,5-5,0 м/с. Наприклад, при очищенні стічної води від аніонного барвника кислотного фіолетового 3 здійснювали попередню обробку останньої водорозчинною сіллю (хлоридом барію) у масовому співвідношенні з барвником 4:1 при рН 10,5 з наступною нейтралізацією до рН 7,5. Оброблену таким чином воду подавали на ультрафільтрацію, в результаті якої досягали селективності мембран 98,7-99,8 %. Як недолік відомого способу [1] слід відмітити багатостадійність процесу, який включає попереднє очищення стічних вод, що містять барвник, перед ультрафільтрацією, створення лужного середовища, а також обмежений діапазон величин рН води, яка подається на ультрафільтрацію. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб ультрафільтраційного розділення розчинів синтетичних барвників (Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. -Киев: Наук. Думка, 1989.-228 с.) [2]. Згідно з цим способом ультрафільтраційній обробці піддавали розчини барвників різної хімічної природи за допомогою полімерних ультрафільтраційних ацетатцелюлозних мембран 3 УАМ. При фільтруванні розчинів барвників з концентрацією 20,0 та 50,0 мг/дм при рН 6,0-6,5 під робочим тиском 0,5 МПа крізь ультрафільтраційну полімерну мембрану з діаметром пор 9,8 нм коефіцієнт затримки становив 65,0-99,0 % в залежності від хімічної природи барвника. Як випливає з суті способу [2] ефективна ультрафільтраційна обробка реалізується при очищенні стічної води з величиною рН 6,0-6,5. Слід відмітити, що на сьогодні існують значні об'єми миючих високолужних (рН 10,0-13,0) розчинів банкнотних фабрик, що містять велику концентрацію барвників. Вирішення проблеми очищення таких стічних вод є вкрай важливим й актуальним. У зв'язку з цим нами були проведені досліди з визначення ефективності відомого способу [2] при очищенні стічних вод від барвників, наприклад аніонного барвника прямого червоного в діапазоні величин рН 6,5-13,0. Використовували мембрану УАМ-500 з наступними параметрами: середній розмір пор - 500 А (50 нм); робочий тиск - 0,15 МПа; робочий діапазон рН 3,0-8,0; максимальна селективність по альбуміну - 98,5 % (Каталог ЗАО НТЦ "Владипор", Россия. - Владимир, 2004) [3]. Модельний розчин барвника прямого червоного з концентрацією 50,0 мг/дм очищали під тиском 0,5 МПа і рН середовища 6,5-12,0. Дані представлені в таблиці 1 (табл. 1, приклади 1-5). Як випливає із представлених даних, відомий спосіб [2] забезпечує ефективне очищення води від барвника прямого червоного з використанням полімерної ультрафільтраційної мембрани. Однак, при очищенні високолужної стічної води (рН 10,0-13,0) відбувалося різке зниження тривалості фільтроциклу з наступним швидким руйнуванням мембрани (табл. 1, приклади 3-5). Таблиця 1 № п/п 1 2 3 4 5 Значення рН вихідного розчину 6,5 8,0 10,0 11,0 13,0 Коефіцієнт затримки, % 99,0 98,7 32,0 25,0 10,0 Тривалість фільтроциклу*), год. 92,0 70,0 48,0 26,0 9,5 *) Тривалість фільтроциклу до регенерації або до руйнування мембрани 1 UA 78892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Таким чином, у відомому способі [2] не передбачене очищення високолужних розчинів і згідно з одержаними даними (табл. 1) його неможливо реалізувати при вищезазначених умовах. Задачею, на вирішення якої направлена корисна модель, є розробка способу очищення стічної води від прямих барвників, в якому використання ультрафільтраційних керамічних мембран забезпечило б тривалий час фільтроциклу при досягненні високого коефіцієнта затримки в процесі очищення високолужної стічної води. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення стічної води від прямих барвників, що включає обробку на ультрафільтраційних мембранах, в якому, згідно з корисною моделлю, як ультрафільтраційну використовують керамічну ультрафільтраційну трубчасту мембрану і процес здійснюють під тиском 0,1-0,6 МПа та рН середовища 8,0-13,0. Нами вперше запропоновано використання керамічної ультрафільтраційної мембрани для очищення високолужних стічних вод, що забезпечило високу ефективність процесу очищення: збільшення тривалості фільтроциклу та підвищення коефіцієнта затримки. Як ми вважаємо, високе значення коефіцієнта затримки прямого барвника обумовлене стеричним фактором, що полягає в різниці між розмірами органічних молекул барвника та пор мембрани, а також електростатичною взаємодією однойменно заряджених аніонів барвника і поверхні мембрани з утворенням на ній додаткового селективного бар'єра у вигляді динамічної мембрани з асоціатів барвника. Як відомо, при значеннях рН>6,7 керамічна мембрана має негативний заряд поверхні (Takagi R., Terashita К., Goton K. et al. Characterization of inorganic membranes as amphoteric membranes // Desalination.-2002. - Vol. 148. - P. 347-352.) [4]. Спосіб реалізується наступним чином. Очищення здійснювали в експериментальній баромембранній комірці. Лабораторна комірка мала циліндричний корпус із нержавіючої сталі, всередині якого концентрично та герметично встановлена ультрафільтраційна трубчаста керамічна мембрана. Вихідні розчини подавали під тиском в середину мембрани, де знаходився її активний шар, а фільтрат відводили назовні. Аналіз барвника здійснювали за допомогою фотоелектрокалориметра КФК-2МП. В процесі очищення застосовували ультрафільтраційні трубчасті керамічні мембрани із середнім діаметром пор в активному шарі 3,0 нм. Робоча внутрішня поверхня мембрани -3 2 становила 2,29∙10 м , а зовнішній та внутрішній діаметри трубок - 10 і 7 мм, відповідно (Каталог "Rauschert" Німеччина, 2010) [5]. 3 Для очищення брали модельні розчини з концентрацією 50,0-400,0 мг/дм аніонного барвника прямого червоного. Цей барвник внаслідок своєї розчинності в значній кількості міститься в стічних водах промислових підприємств фарбувальних виробництв. Очищення проводили в проточно-рециркуляційному режимі під робочим тиском 0,1-0,6 МПа, величині рН 8,0-13,0 протягом 70,0-100,0 год. (тривалість фільтроцикла). При цьому коефіцієнт затримки барвника становив 99,9 % (під тиском 0,1-0,2 МПа) і 99,0-99,5 % (0,4-0,6 МПа). Приклад виконання за корисною моделлю. 3 Очищенню піддавали модельний розчин, що містив 200,0 мг/дм барвника прямого червоного при значенні рН середовища 13,0. Очищення води проводили під робочим тиском 0,6 МПа в комірці, описаній вище. Процес фільтрування розчину, що містив барвник прямий червоний, вели протягом 100,0 год., при цьому коефіцієнт його затримки становив 99,0 % (таблиця 2, приклад 3). Експериментально встановлено, що висока ефективність очищення стічних вод від прямих барвників забезпечувалася при заявлених умовах проведення процесу (рН середовища 8,0-13,0 та робочий тиск 0,1-0,6 МПа): коефіцієнт затримки барвника прямого червоного становив 99,099,9 %; тривалість фільтроциклу складала 70,0-100,0 год. Дані представлені в таблиці 2 (приклади 1-12). Таблиця 2 № п/п 1 2 3 4 5 6 Умови очищення Робочий тиск, Концентрація рН середовища 3 МПа барвника, мг/дм За корисною моделлю 0,2 13,0 0,4 200,0 0,6 0,2 10,2 200,0 0,6 8,0 0,2 200,0 2 Показники Коефіцієнт Тривалість затримки, % фільтроциклу*), год. 99,2 99,0 99,0 99,3 99,2 99,5 100,0 100,0 100,0 UA 78892 U Продовження таблиці 2 № п/п 7 8 9 10 11 12 13 Умови очищення Показники Робочий тиск, Концентрація Коефіцієнт Тривалість рН середовища 3 МПа барвника, мг/дм затримки, % фільтроциклу*), год. За корисною моделлю 0,6 99,5 13,0 99,0 75,0 0,6 400,0 8,0 99,3 73,0 8,0 0,1 100,0 99,9 70,0 8,0 0,5 50,0 99,5 100,0 8,0 0,1 50,0 99,9 100,0 За відомим способом [2] 8,0 0,5 50,0 98,7 70,0 *) Тривалість фільтроциклу до регенерації мембрани 5 10 Переваги запропонованого способу очищення води від аніонних барвників у порівнянні з відомим [2] полягають у наступному: - здійснення ефективного очищення від аніонних барвників високолужних розчинів (рН 8,013,0) ультрафільтраційною керамічною мембраною, зокрема миючих розчинів банкнотних фабрик. Так, наприклад, при рН середовища 8,0 коефіцієнт затримки збільшувався з 98,7 до 99,5 %, а тривалість фільтроциклу зростала з 70,0 до 100,0 год. Однак, в процесі очищення високолужних стічних вод (величина рН 10,0-13,0), при реалізації відомого способу [2] різко зменшувався як коефіцієнт затримки (32,0-10,0 %), так і тривалість фільтроциклу (48,0-9,5 год.), відповідно. При цьому в процесі ультрафільтрації відбувалося руйнування полімерних мембран. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосібочищення стічних вод від прямих барвників, що включає обробку на ультрафільтраційних мембранах, який відрізняється тим, що використовують керамічну ультрафільтраційну трубчасту мембрану і процес здійснюють під тиском 0,1-0,6 МПа та при рН середовища 8,0-13,0. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3