Кинетические закономерности двухстадийного процесса мембранного разделения сточных вод, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Джубари Мохаммед Кадер Абдулрахман

• Джубари Мохаммед Кадер Абдулрахман
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Джубари Мохаммед Кадер Абдулрахман

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные процессы и способы очистки сточных вод

1.2. Характеристики обратноосмотических и ионообменных мембран

1.3. Методы определения транспортных характеристик мембран

1.4. Процесс электродиализного разделения

1.5. Процесс обратного осмотического разделения

1.6. Подходы к математическому описанию процессов мембранного разделения

1.7. Выводы и формулировка целей и задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ, УСТАНОВКИ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объекты исследований

2.2. Методики количественного анализа растворов

2.3. Экспериментальная установка и методика исследования диффузионной и осмотической проницаемости мембран

2.4. Методика определения сорбционной емкости мембран

2.5. Экспериментальная электродиализная установка

2.6. Методика исследования выхода по току в процессе электродиализного разделения

2.7. Методика исследования вольт - амперной характеристики электродиализного пакета

2.8. Экспериментальная обратноосмотическая установка и методика исследования выходного удельного потока, коэффициента задержания обратноосмотических мембран

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Исследование кинетических характеристик электродиализного процесса

3.1.1 Вольт - амперная характеристика электродиализного пакета

3.1.2. Зависимость выхода по току от плотности электрического тока,

вида и концентрации раствора

3.2. Исследование кинетических характеристик обратноосмотического процесса

3.2.1. Выходной удельный поток

3.2.2. Коэффициент задержания обратноосмотической мембраны

3.3. Исследование характеристик мембран

3.3.1. Диффузионная проницаемость ионообменных мембран МК-40 и МА-40

3.3.2. Осмотическая проницаемость ионообменных мембран МК-40 и МА-40

3.3.3. Диффузионная и осмотическая проницаемость мембраны ОПМ-К

3.3.4. Исследование сорбционной способности мембран

Выводы по главе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТ МЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ

4.1. Электродиализный процесс разделения

4.1.1. Имитационная модель

4.1.2. Расчетные уравнения

4.1.3. Транспорт ионов внутри мембраны на стадии одной ячейки

4.2. Обратноосмотический процесс разделения

4.2.1. Геометрия и характеристики сетки

4.2.2. Уравнения переноса растворителя и растворенных веществ

4.2.3. Влияние давления на распределение концентрации раствора

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОРГАНИЗАЦИЯ ДВУХСТАДИЙНОГО МЕМБРАННОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Таблицы экспериментальных данных

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Справка о реализации результатов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кинетические закономерности двухстадийного процесса мембранного разделения сточных вод, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту»

ВВЕДЕНИЕ

Среди ограничительных факторов развития производства одними из наиболее существенных являются потребление значительного количества чистой воды и образование больших объемов сточных вод.

Решением данной проблемы может стать возвращение в технологический цикл части очищенных сточных вод. Для реализации этого подхода требуется создание технологии разделения водных многокомпонентных растворов.

В различных отраслях промышленности для получения обессоленной воды применяются мембранные процессы разделения [1, 2, 3]. Причем в последние десятилетия использование мембранных процессов на производстве лидирует в национальных программах промышленно развитых стран. Это связано с высокой эффективностью, низкой энергоемкостью, эргономичностью и простотой аппаратного устройства таких процессов. Для повышения эффективности очистки сточных вод мембранные процессы сочетают с гидромеханическим или массообменным методами. По-прежнему актуальным является создание технологии разделения водных растворов путем сочетания нескольких мембранных процессов, поскольку это позволит расширить область применения разделяемых растворов и повысить эффективность разделения.

Актуальность работы. Производство пигментов характеризуются высоким водопотреблением и большим количеством сточных вод (до 100 м3/сутки). Очистка сточных вод и возврат очищенной воды в производство является актуальной задачей. Технологические растворы, в большей степени фильтраты, подвергающиеся на производстве пигментов разделению с целью получения водных растворов, пригодных для повторного использования, часто характеризуются высоким содержанием растворенных компонентов. Основным компонентом сточных вод производства пигментов является хлорид натрия (до 256 моль/м3), также в большом количестве присутствует уксусная кислота и ацетат натрия. Такие растворы обладают высоким осмотическим давлением, из-за чего обратноосмотические аппараты ограничены в применении по концентрации исходного раствора. Одним из путей

снижения концентрации растворов является электродиализное разделение. Сочетание электродиализной и обратноосмотической стадий в двухстадийном мембранном процессе разделения позволит достичь необходимых качественных показателей очищаемой воды и снизить затраты энергии на проведение процесса.

Степень разработанности темы исследования. Кинетика массопереноса в мембранных процессах рассмотрена в работах, посвященных электро-, баро и элек-тробаромембранным процессам. Большой вклад в России в развитие мембранных процессов внесли Дытнерский Ю.И., Шапошник В.А., Никоненко В.В., Письмен-ская Н.Д., Заболоцкий В.И., Лазарев С.И. и другие исследователи.

Цель работы - исследование кинетических закономерностей электродиализного и обратноосмотического процессов разделения водных растворов, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту, для разработки двухстадий-ного процесса разделения, позволяющего снизить удельные энергозатраты на получение водных растворов, пригодных для возврата в производство.

Задачи исследования:

1. Провести количественный и качественный анализ сточных вод производства пигментов и определить состав растворов для исследования.

2. Экспериментально исследовать электродиализный и обратноосмотиче-ский процессы разделения модельных и промышленных стоков с получением коэффициентов эмпирических уравнений для расчета основных кинетических характеристик: выхода по току, коэффициента задержания и выходного удельного потока.

3. Определить значения диффузионной, осмотической проницаемости и сорбционной способности мембран в исследуемых растворах с получением эмпирических уравнений, описывающих зависимость величин от вида и концентрации равновесного раствора.

4. Рассчитать основные кинетические характеристики электродиализного и обратноосмотического процессов разделения с использованием полученных экспериментальных данных. Сопоставить результаты расчета с результатами экспериментального разделения модельных растворов и промышленных стоков.

5. Разработать инженерную методику расчета удельных теоретических энергозатрат на проведение процессов электродиализного и обратноосмотического разделения.

6. Разработать схему процесса двухстадийного мембранного разделения, оценить с точки зрения затрачиваемой энергии в сравнении с одностадийными процессами и определить технологические параметры проведения процесса для исследуемых растворов.

Объектом исследования являются мембранные процессы разделения водных растворов: электродиализ и обратный осмос.

Предметом исследования являются кинетические закономерности двухста-дийного процесса разделения сточных вод, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту.

Новизна исследования:

На основе экспериментальных данных получены численные значения коэффициентов эмпирических уравнений для расчета диффузионной, осмотической проницаемостей и сорбционной способности ионообменных (МА-40, МК-40) и об-ратноосмотических (ОПМ-К) мембран в зависимости от типа и концентрации компонентов в исследуемых растворах.

Получены экспериментальные зависимости выхода по току от начальной концентрации раствора и рабочей плотности тока при электродиализном разделении, выходного удельного потока и коэффициента задержания от начальной концентрации раствора и трансмембранного давления при обратноосмотическом разделении модельных растворов и промышленных стоков, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту.

Разработан двухстадийный процесс разделения многокомпонентных растворов, включающий последовательные стадии электродиализа и обратного осмоса, с определением концентрации промежуточного раствора по минимальной величине суммарных удельных энергозатрат.

Практическая значимость:

- определены коэффициенты диффузионной, осмотической проницаемости и сорбционной способности мембран МА-40, МК-40 и ОПМ-К в трехкомпонентных водных растворах, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту;

- разработана инженерная методика расчета удельных теоретических энергозатрат на проведение процессов электродиализного и обратноосмотического разделения;

- получены оптимальные технологические параметры двухстадийного процесса мембранного разделения сточных вод производства пигмента желтого (СВ/ПР 2 «З» марка А и СВ /ПР марка А), обеспечивающие минимальные энергетические затраты. Результаты приняты к внедрению в АО «Пигмент», г. Тамбов.

Методология и методы исследования основаны на теории массопереноса через мембрану, использованы современные физико - химические методы исследований и методы компьютерного моделирования. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментальных исследований транспортных характеристик ионообменных (МК-40 и МА-40) и обратноосмотических (ОПМ-К) мембран в трехкомпонентных водных растворах, содержащих хлорид натрия, ацетат натрия и уксусную кислоту;

- результаты экспериментальных исследований влияния вида и концентрации раствора, технологических параметров проведения процесса на кинетику электродиализного и обратноосмотического процессов разделения;

- численные значения эмпирических коэффициентов, необходимых для расчета кинетических коэффициентов электродиализного и обратноосмотического процессов разделения исследуемых растворов;

- результаты расчетов кинетических параметров процессов электродиализного и обратноосмотического разделения исследуемых трехкомпонентных растворов с использованием экспериментально определенных кинетических характеристик мембран;

- методика инженерного расчета удельных теоретических энергозатрат на проведения электродиализного и обратноосмотического процессов разделения;

- схема двухстадийного процесса мембранного разделения сточных вод производства пигментов, позволяющая снизить удельные энергозатраты по сравнению с одностадийным процессом.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты диссертации доложены на 6-и научных конференциях: XII Международной научно-инновационной молодежной конференции «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2020); XVI Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию Победы в Великой Отечественной войне «Наука, образование, производство в решении экологических проблем. (Экология- 2020)» (Уфа, 2020); IV Международной научно-практической конференции «Инновационный потенциал развития науки в современном мире: достижения и инновации» (Уфа, 2020); Международной научно-практической конференции «Инженерные технологии для устойчивого развития и интеграции науки, производства и образования» (Тамбов, 2020); II Международной научно-практической конференции «Инновационные направления интеграции науки, образования и производства» (Керчь, 2021); II Международной научно-практической конференции «Наука в XXI веке: инновационный потенциал развития» (Уфа, 2021).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 6 статей в журналах, индексируемых в Scopus.

Объем и структура диссертации: Диссертация включает введение, 5 глав, список используемых источников из 151 наименования, список сокращений и условных обозначений и приложения. Текст работы изложен на 210 страницах машинописного текста, содержит 119 рисунков и 32 таблицы.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Основные процессы и способы очистки сточных вод

Дефицит пресной воды в настоящее время является глобальной проблемой [4]. Менее 5 % вод, покрывающих поверхность планеты, пригодны для питья [5]. Если в начале ХХ века в районах с дефицитом пресных вод проживало около 15 % населения Земли, то спустя 100 лет на долю такого населения приходится уже почти 60 %. Еще одна проблема - качество пресных вод. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) [1], в условиях нехватки чистой питьевой воды сейчас проживают более 2,1 миллиарда человек.

Человечество, безусловно, предпринимает определенные шаги для решения данной проблемы. Так, ежедневно опресняется около 90 млн. м3 воды. На рис.1.1 показано распределение производственных мощностей по опреснению вод, приходящихся на различные процессы. На долю обратного осмоса (ОО) и электродиализа (ЭД) суммарно приходится более 80% всех мощностей, далее следуют многостадийная флеш-дистилляция (МФД), многостадийное выпаривание (МСВ) и вакуум-выпаривание (ВВ). По количеству опреснительных установок преобладают технологии ОО [1].

Вакуум-выпаривание выпаривание

Рисунок 1.1 - Распределение мировых производственных мощностей по опреснению воды по технологическим процессам

Помимо того, что технологии 00 в опреснении - наиболее быстроразвиваю-щееся направление, из-за высокого и стабильного качества производимой воды и относительно низкой стоимости обратный осмос все чаще используется в других отраслях [2].

Значительный негативный вклад в загрязнение водных ресурсов токсикантами вносят, например, предприятия по добыче и переработке полезных ископаемых, металлургические предприятия. Очевидно, сточные воды таких предприятий необходимо тщательно обрабатывать перед сбросом в окружающую среду.

Существует широкий ряд эффективных методов быстрого удаления загрязняющих веществ из сточных вод. Однако, к сожалению, они имеют высокую себестоимость. К таким методам относятся химическое осаждение, коагуляция, осаждение, адсорбция, восстановление, окисление, экстракция растворителем, электролитическая экстракция, испарение, ионный обмен, диализ/электродиализ, мембранные процессы и т. д [6].

В таблице 1.1 приведены преимущества и недостатки широко используемых методов обработки сточных вод с предлагаемыми усовершенствованиями [1].

Для эффективной очистки сточных вод весьма важно удалить из них крупные частицы. Этот процесс реализуется на этапе предварительной обработки.

Таблица 1.1 - Традиционные методы обработки сточных вод: преимущества, не-

достатки и предлагаемые усовершенствования

Преимущества Недостатки Предлагаемые усовершенствования

1 2 3

Коагуляция/флокуляция

• Весьма эффективное удаление коллоидных и твердых частиц. • Контроль органического, коллоидного и биообрастания. • Необходимость точного дозирования коагулянтов и флокулянтов для предотвращения вредного воздействия на мембраны. • Канцерогенность мономеров, используемых для синтеза синтетических органических коагулянтов. • Использование экологически чистых природных коагулянтов. • Разработка программ автоматизированного регулирования при изменении качества поступающей морской воды.

Хлорирование

Таблица 1.1 (продолжение)

1 2 3

• Эффективное дезинфицирующее средство для уничтожения микроорганизмов и бактерий. • Полиамидные мембраны обратного осмоса чувствительны к воздействию хлора. • Сопровождается образованием канцерогенных дибутилфталатов. • Создание материалов, устойчивых к хлору, для мембран обратного осмоса. • Замена свободного хлора на ОЭ2 для уменьшения канцерогенности.

Фильтрация

• Эффективное устранение высокой мутности и взвешенных твердых веществ. • Длительный период эксплуатации, высокая скорость процесса очистки. • Напорные фильтры занимают мало места, легки и быстры в установке. • Чувствительна к изменениям поступающей воды. • Не эффективна для ингибирова-ния органического и биообрастания. • Возможен высокий потенциал загрязнения для картриджных фильтров, которые нуждаются в замене каждые 2-8 недель. • Необходимость регулярной химической очистки фильтрующих поверхностей. • Снижение эксплуатационных и энергетических затрат за счет оптимизации ДМФ. • Разработка оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров ДМФ, решающих проблему органического и биообрастания.

Озонирование

• Эффективное дезинфицирующее средство для уничтожения микроорганизмов и бактерий. • Отсутствие неприятного запаха. • Образование канцерогенов (например, за счет окисления бромидов в броматы). • Локализация процесса в местах непосредственной очистки вод. • Поиск новых методов озонирования (электропероксон). • Создание новых катодных материалов для удаления органического углерода.

• Ультразвуковые технологии

• Не используются химические реагенты. • Возможность применения для растворов с высоким содержанием взвешенных частиц. • Высокая стоимость. • Требования к охлаждению. • Для изучения потенциала этой методики требуются обширные исследования. • Снижение энергозатрат за счет применения новых методов, объединяющих ультразвуковые с другими эффективными технологиями.

• Ультрафиолетовое излучение

• Эффективен при дезактивации биологических загрязнений. • Низкая стоимость. • Легкость реализации. • Вызывает мутации генома. • Ограниченно применим в воде из-за слабого рассеяния света в ней. • Способствует формированию биопленки. • Необходимо продолжать исследования по изучению чувствительности микроорганизмов к УФ. • Одновременное использование ультрафиолетового излучения с другими методами требует проведения дополнительных технико-экономических обоснований.

В настоящее время данная проблема решается, главным образом, путем применения традиционных мембранных технологий (см. рис. 1.2) - микрофильтрации (МФ), ультрафильтрации (УФ). Но, очевидно, в ближайшем будущем произойдет переход к более современным методам [7].

Рисунок 1.2 - Технологии предварительной обработки вод, широко изучае-

В горнодобывающей промышленности для очистки сточных вод применяется процесс, сочетающий УФ и ОО, при котором ХПК снижается на 80%, удаляется более 95% хрома, железа и почти все бактерии [8].

Вообще, в настоящее время этот мембранный процесс находит широкое применение в различных отраслях: одновременное сочетание УФ и ОО используют в химической и нефтехимической промышленности (для восстановления материалов), в производстве полупроводников (для сверхчистой воды), на очистных сооружениях бытового и промышленного назначения, при создании концентратов в пищевой промышленности [9, 10].

В процессе обратного осмоса из вод удаляются неорганические компоненты, такие как радий, кальций, магний, калий, натрий, нитрат- и сульфат-ионы, фтор и

Хлорировав

Озониро:

мые в последнее десятилетие

фосфор, а также некоторые органические соединения, в том числе некоторые пестициды [11].

В работе M. Simonie [12] показано, что с помощью обратноосмотического разделения возможно удаление большого количества загрязняющих воду веществ. I. A. Saleh и др. [13] отметили эффективность обратного осмоса при обработке вод, загрязненных рядом сельскохозяйственных химикатов. A. Waniek и др. [14] установили, что при использовании мембран ОО в процессе водоочистки в значительной степени удаляются гуминовые и фульвиновые вещества, являющиеся предшественниками тригалометана. T. Clair с сотр. [15] описали процесс очистки природных вод с помощью мембран FT30 и отметили их высокую эффективность для удаления растворенного органического углерода. A. Nieto и др. [16] доказали возможность применения систем ОО для очистки загрязненной воды от радия. В работе J. Taylor и др. [17] показана экономическая целесообразность применения мембран ОО, которые удаляют 96 % растворенного органического углерода, 97% цвета, 97% потенциала образования тригалометана и 96% общей жесткости. L. Tan и R. Sudak [18] исследовали влияние типа мембран ОО на снижение цветности грунтовых вод при их очистке и отметили способность мембран всех типов снижать цветность в течение длительных периодов эксплуатации.

Мембранные процессы находят широкое применение при очистке сточных вод и на российских предприятиях [19, 20]. Так, в [21] (см. рис. 1.3) показано, что предприятие ЗАО «Сибур-Химпром» для очистки сточных вод использует систему ОО. В [22] (рис. 1.4) описан процесс очистки сточных вод текстильного производства от красителей, также с применением мембранных процессов.

Наряду с обратным осмосом в качестве технологии очистки воды рассматривается и электродиализ. В работе Audinos [23] описаны возможности процесса электродиализа при очистке гальванических сточных вод от Zn2+. Scarazzato и др. [24] проводили электродиализную обработку модельных сточных вод из ванны меднения без цианидов и доказали высокую эффективность данного процесса.

Рисунок 1.3 - Очистка сточных вод ЗАО «Сибур-Химпром» - технологическая схема

Рисунок 1.4 - Очистка сточных вод от красителей - технологическая схема: Е1-Е5 - накопительные емкости; Н1-Н4 - насосы; Д1-Д3 - емкости приготовления растворов реагентов; НД1-НД4 - дозирующие насосы; Р1 - реактор; ЭФ -электрофлотатор; ИПТ - источник питания электрофлотатора; УФ - установка ультрафильтрации; НФ (Н5) - установка нанофильтрации под вакуумом; ОО -установки обратного осмоса ФП - фильтр-пресс рамный, Сж. В. - подача сжатого

воздуха

Lu и др. [25] извлекали из гальванических сточных вод Ni2+ и воду с помощью двухступенчатой системы электродеионизации: были удалены 94 % Ni2+ на первой стадии и 96,7 % на второй стадии. Tran и др. [26] для удаления ионов кальция и никеля в процессе никелирования создали комбинированную систему «кристаллизация - электродиализ» на биполярных мембранах. В [27] предлагается использовать многокорпусную электродиализную установку для разделения водных растворов электролитов гальванического производства.

Перспективность электродиализа в очистке воды признается многими исследователями [28]. Так, в [29] показана целесообразность и эффективность применения электродиализа для извлечения ценных солей или рассольных продуктов в химической и пищевой промышленности. Основное направление в применении

электродиализа - опреснение солевых растворов, однако все большее распространение электродиализ находит в очистке промышленных сточных вод, деминерализации сыворотки, снижении кислотности фруктовых соков [30].

Среди крупнейших потребителей воды, красителей и технологических химикатов особое место занимает текстильная промышленность [6]. На предприятиях текстильной промышленности находят широкое применение мембранные процессы разделения под давлением [31], в том числе микрофильтрация, ультрафильтрация [32], нанофильтрация (НФ) [33], и обратный осмос [34], тогда как электродиализные мембранные технологии при очистке текстильных сточных вод изучены недостаточно [35].

В некоторых работах [36, 37, 38] отмечено, что электродиализ является одной из наиболее эффективных технологий обработки сконцентрированного раствора после проведения процесса обратного осмоса. На рис. 1.5 приведена схема такой установки, совмещающей процессы ОО и ЭД, которая идентична для промышленных и лабораторных условий.

Рисунок 1.5 - Принципиальная схема установок, сочетающих процессы обратного осмоса и электродиализа В исследовании Vetter с сотр. [38] описан совмещенный процесс ОО/ЭД, показанный на рис. 1.5. На первом этапе производится отбор пробы свежей морской воды. Далее морская вода перекачивалась в резервуар-накопитель. При перекачке морской воды из резервуаров-накопителей в резервуар системы ОО/ЭД выполнялась фильтрация через полипропиленовые фильтры. Степень обессоливания определялась по величине электропроводности раствора.

Gurtler с сотр. в [39] также описали базовую технологическую схему связанной системы ОО/ЭД (рис. 1.6). В такой системе морская вода перерабатывается в резервуаре, который соединен через запорные клапаны с насосами, подающими воду как в систему обратного осмоса, так и в систему электродиализа. На первом этапе электродиализа морская вода циркулировала только в системе ЭД или в обеих системах. На этапе смешанной ОО-ЭД фазы вода циркулировала в обеих системах. На заключительном этапе электродиализа вода циркулировала только в системе ЭД. Кроме того, во время смешанной фазы система обратного осмоса находилась под давлением для удаления воды. Эта вода подавалась в сборный резервуар для фильтрата, откуда ее собирали и повторно использовали для разбавления концентрированных растворов, приготовления реагентов и др.

Рисунок 1.6 - Технологическая схема подключенной системы ОО/ЭД

В исследовании Zhang и др. [2] также рассматривалось совместное применение процессов ОО и ЭД (рис. 1.7). Показано улучшение качества воды при обработке концентрата от обратного осмоса на электродиализаторе и повторном вводе полученного обессоленного раствора в процесс биологической очистки. Согласно [2], концентрат от обратного осмоса направляют в смесительный сосуд с кислотой, тем самым удаляя накипь, затем перекачивают в электродиализатор для обессоли-вания. Разбавленный продукт ЭД озонируют и повторно вводят в процесс биологической очистки. Концентрат от электродиализа смешивают с концентратом от ультрафильтрации в соответствии с нормативами и сбрасывают.

Рисунок 1.7 - Схема процесса восстановления концентрата обратного осмоса электродиализом

На рис. 1.8, 1.9 представлены схемы комбинированного технологического процесса, которые отличаются порядком ЭД и ОО, а также дополнительным подключением ионного обмена. В [40] проведена оценка показателей работы таких систем при очистке дебалансовых вод металлургического предприятия по выпуску черновой меди до требований, предъявляемых к водоемам рыбохозяйственного назначения. Показана эффективность схемы, приведенной на рис. 1.8, в которой последовательно выполняются предварительная ультрафильтрация воды, электродиализ, обратный осмос и выпаривание концентрата. Такая схема обеспечивает наилучшее качество воды при наименьших трудо- и энергозатратах.

Рисунок 1.8 - Схема процесса, последовательно сочетающего ультрафильтрацию с погруженными полимерными мембранами, обратный осмос, реверсивный электродиализ, и выпаривание

Рисунок 1.9 - Схема процесса, последовательно сочетающего ультрафильтрацию с погруженными полимерными мембранами, обратный осмос, селективный ионный обмен, и выпаривание

Таким образом, объединение процессов обратного осмоса и электродиализа при очистке промышленных сточных вод весьма целесообразно. Исследований, посвященных изучению деталей совместного применения ОО-ЭД недостаточно. Практически отсутствуют работы по изучению влияния эксплуатационных параметров и транспорта неорганических и органических соединений через мембраны в совмещенном ОО-ЭД процессе.

1.2. Характеристики обратноосмотических и ионообменных мембран

Обратный осмос - «процесс, проводимый под высоким давлением, который позволяет удалять из растворов мельчайшие загрязнения и одновалентные ионы» [41, 42]. Технология весьма эффективна при очистке различных типов сточных вод, однако предъявляет очень строгие требования к концентрации взвешенных веществ, волокон и маслянистых компонентов в очищаемой воде [43, 44].

В первых промышленных установках OO применялись ацетатцеллюлозные мембраны. Для повышения их механической стойкости в 1970-х гг. компания «Dupont de Nemours» разработала мембраны на основе полиамида (ПА) [45]. В настоящее время для изготовления обратноосмотических мембран используется более 100 различных материалов (например, сульфированный полисульфон,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Джубари Мохаммед Кадер Абдулрахман, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Anis, S. F. Reverse osmosis pretreatment technologies and future trends: A comprehensive review / S. F. Anis, R. Hashaikeh, N. Hilal // Desalination. - 2019. - Vol. 452. - P. 159 - 195.

2. Zhang, Y. Electrodialysis on RO concentrate to improve water recovery in wastewater reclamation / Y. Zhang, K. Ghyselbrecht, B. Meesschaert, L. Pinoy, B. Van der Bruggen // Journal of Membrane Science. - 2011. - Vol. 378, No. (1-2). - P. 101 -110.

3. Орлов, Н. С. Промышленное применение мембранных процессов: Учебное пособие. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013. - 111 с.

4. International Water Management Institute, Insights from the Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture / Stockholm World Water Week, Colombo, Sri Lanka, 2006. -32p.

5. Kwakye-Awuah, B. Parametric, equilibrium, and kinetic study of the removal of salt ions from Ghanaian seawater by adsorption onto zeolite X / B. Kwakye-Awuah, E. Von-Kiti, I. Nkrumah, R. Erdoo Ikyreve, I. Radecka, C. Williams // Desalination and Water Treatment. - 2016. - Vol. 57, No. 45. - P. 21654 - 21663.

6. Джубари, М. К. Методы удаления пигментов из сточных вод / М. К. Джу-бари, Н. В. Алексеева, Г. И. Базияни, В. С. Таха // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2021. - Т. 332, №2 7. - С. 54 - 64.

7. Jiang, S. A review of reverse osmosis membrane fouling and control strategies / S. Jiang, Y. Li, B. P. Ladewig // Science of the Total Environment. - 2017. - Vol. 595. -P. 567 - 583.

8. Biniaz, P. Water and wastewater treatment systems by novel integrated membrane distillation (MD) / P. Biniaz, N. Torabi Ardekani, M. A. Makarem, M. R. Rahim-pour // ChemEngineering. - 2019. - Vol. 3. - P. 1 - 36.

9. Ghernaout D. Reverse Osmosis Process Membranes Modeling - A Historical Overview / D. Ghernaout // Journal of Civil, Construction and Environmental Engineering. - 2017. - Vol. 2, No. 4. - P. 112 - 122.

10. Malaeb, L. Reverse osmosis technology for water treatment: State of the art review / L. Malaeb, G. M. Ayoub // Desalination. - 2011. - Vol. 267, No. 1. - P. 1 - 8.

11. Ahmedzeki, N. S. Treatment of industrial waste water using reverse osmosis technique / N. S. Ahmedzeki, S. M. Abdullah, R. H. Salman // Journal of Engineering. -2009. - Vol. 15, No. 4. - P. 4356 - 4363.

12. Simonie, M. Reverse Osmosis Treatment of Wastewater for Reuse as Process Water—A Case Study / M. Simonie // Membranes. - 2021. - Vol. 11, No. 12. - P. 1 -12.

13. Saleh, I. A. Removal of pesticides from water and wastewater: Chemical, physical and biological treatment approaches / I. A. Saleh, N. Zouari, M. A. Al-Ghouti // Environmental Technology & Innovation. - 2020. - Vol. 19. - P. 1 - 75.

14. Waniek, A. Trihalomethane removal from water using membrane processes / A. Waniek, M. Bodzek, K. Konieczny // Polish journal of environmental studies. - 2002.

- Vol. 11, No. 2. - P. 171 - 178.

15. Clair, T. A. Concentration of aquatic dissolved organic matter by reverse osmosis / T. A. Clair, J. R. Kramer, M. Sydor, D. Eaton // Water Research. - 1991. - Vol. 25, No. 9. - P. 1033 - 1037.

16. Nieto, A. Evaluation of the use of reverse osmosis to eliminate natural radionuclides from water samples / A. Nieto, M. Palomo, J. Ruana, A. Penalver, C. Aguilar, F. Borrull // Water environment research. - 2013. - Vol. 85, No. 12. - P. 2265 - 2270.

17. Taylor, J. S. Applying membrane processes to groundwater sources for trihalomethane precursor control / J. S. Taylor, D. M. Thompson, J. K. Carswell // Journal-American Water Works Association. - 1987. - Vol. 79, No. 8. - P. 72 - 82.

18. Tan, L. Removing color from a groundwater source / L. Tan, R. G. Sudak // Journal-American Water Works Association. - 1992. - Vol. 84, No. 1. - P. 79 - 87.

19. Свитцов, А. А. Введение в мембранную технологию. - М.: ДеЛипринт, 2007. - 208 с.

20. Воронов, Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов / Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006.

- 706 с.

21. Кошак, Н. М. Совершенствование схемы очистки сточных вод от отходов нефтехимического производства / Н. М. Кошак, С. В. Новиков, О. И. Ручкинова // Construction and Geotechnics. - 2016. - Т. 7, № 4. - С. 51 - 63.

22. Абдуллин, И. Ш. Очистка сточных вод предприятий текстильной промышленности на основе модифицированных композиционных мембран / И. Ш. Абдуллин, Е. С. Нефедьев, Р. Г. Ибрагимов, В. В. Парошин, О. В. Зайцева // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16, № 3. - С. 22 - 27.

23. Audinos, R. Improvement of metal recovery by electrodialysis / R. Audinos // Journal of Membrane Science. - 1986. - Vol. 27, No. 2. - P. 143 - 154.

24. Scarazzato, T. Treatment of wastewaters from cyanide-free plating process by electrodialysis / T. Scarazzato, D. C. Buzzi, A. M. Bernardes, D. C. R. Espinosa // Journal of cleaner production. - 2015. - Vol. 91. - P. 241 - 250.

25. Lu, H. Recovery of Ni2+ and pure water from electroplating rinse wastewater by an integrated two-stage electrodeionization process / H. Lu, Y. Wang, J. Wang // Journal of Cleaner Production. - 2015. - Vol. 92. - P. 257 - 266.

26. Tran, A. T. Simultaneous regeneration of inorganic acid and base from a metal washing step wastewater by bipolar membrane electrodialysis after pretreatment by crystallization in a fluidized pellet reactor / A. T. Tran, P. Mondal, J. Lin, B. Meesschaert, L. Pinoy, B. Van der Bruggen // Journal of membrane science. - 2015. - Vol. 473. - P. 118

- 127.

27. Алексеева, Н. В. Многокорпусная электродиализная установка / Н. В. Алексеева, Р. В. Баранов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 19, № 2. - С. 354 - 359.

28. Лазарев, К. С. Проектирование и расчет электробаромембранных аппаратов плоскокамерного типа для очистки промышленных стоков. / К. С. Лазарев, С. В. Ковалев, С. И. Лазарев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2013.

- № 5. - С. 5 - 9.

29. Bond, R. Zero liquid discharge desalination of brackish water with an innovative form of electrodialysis: electrodialysis metathesis / R. Bond, B. Batchelor, T. Davis, B. Klayman // Florida Water Resources Journal. - 2011. - Vol. 63, No. 7. - P. 36 - 44.

30. Strathmann, H. Membrane Separations | Electrodialysis / H. Strathmann // Encyclopedia of Separation Science. - 2000. - P. 1707-1717.

31. Баромембранные процессы и аппараты: учебное пособие / Под ред. Г.И. Николаева. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. - 68 с.

32. Alventosa-deLara, E. Ultrafiltration technology with a ceramic membrane for reactive dye removal: optimization of membrane performance / E. Alventosa-deLara, S. Barredo-Damas, M. I. Alcaina-Miranda, M. I. Iborra-Clar // Journal of Hazardous materials. - 2012. - Vol. 209. - P. 492 - 500.

33. Bes-Piá, A. Study of the behaviour of different NF membranes for the reclamation of a secondary textile effluent in rinsing processes / A. Bes-Piá, B. Cuartas-Uribe, J. A. Mendoza-Roca, M. I. Alcaina-Miranda // Journal of Hazardous Materials. - 2010. -Vol. 178, No. (1-3). - P. 341 - 348.

34. Kurt, E. Pilot-scale evaluation of nanofiltration and reverse osmosis for process reuse of segregated textile dyewash wastewater / E. Kurt, D. Y. Koseoglu-Imer, N. Dizge, S. Chellam, I. Koyuncu // Desalination. - 2012. - Vol. 302. - P. 24 - 32.

35. Lafi, R. Treatment of textile wastewater by a hybrid ultrafiltration/electrodial-ysis process / R. Lafi, L. Gzara, R. H. Lajimi, A. Hafiane // Chemical Engineering and Processing-Process Intensification. - 2018. - Vol. 132. - P. 105 - 113.

36. Mohammadi, T. Effect of operating parameters on Pb2+ separation from wastewater using electrodialysis / T. Mohammadi, A. Razmi, M. Sadrzadeh // Desalination. - 2004. - Vol. 167. - P. 379 - 385.

37. Balcik-Canbolat, C. A study on near zero liquid discharge approach for the treatment of reverse osmosis membrane concentrate by electrodialysis / C. Balcik-Canbolat, C. Sengezer, H. Sakar, A. Karagunduz, B. Keskinler // Environmental Technology. -2020. - Vol. 41, No. 4. - P. 440 - 449.

38. Vetter, T. A. Combining reverse osmosis and electrodialysis for more complete recovery of dissolved organic matter from seawater / T. A. Vetter, E. M. Perdue, E. Ingall, J. F. Koprivnjak, P. H. Pfromm // Separation and purification Technology. - 2007. - Vol. 56, No. 3. - P. 383 - 387.

39. Gurtler, B. K. Combining reverse osmosis and pulsed electrical current elec-trodialysis for improved recovery of dissolved organic matter from seawater / B. K. Gurtler, T. A. Vetter, E. M. Perdue, E. Ingall, J.-F. Koprivnjak, P. H. Pfromm // Journal of Membrane Science. - 2008. - Vol. 323, No. 2. - P. 328 - 336.

40. Тимофеев, К. Л. Очистка дебалансовых вод с использованием мембранных технологий / К. Л. Тимофеев, А. Ю. Малютин, А. Б. Лебедь // e-FORUM. - 2017. - № 1. - С. 1-12.

41. Джубари М. К. Сочетание обратного осмоса и электродиализа для улучшения рекуперации воды в промышленных сточных водах / М. К. Джубари, Н. В. Алексеева, М. Ю. Балабанова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2020. - Т. 82, № 4. - С. 1 - 1.

42. de Morais Coutinho, C. State of art of the application of membrane technology to vegetable oils: A review / C. de Morais Coutinho, M. C. Chiu, R. C. Basso, A. P. B. Ribeiro, L. A. G. Gonfalves, L. A Viotto // Food Research International. - 2009. - Vol. 42, No. (5-6). - P. 536 - 550.

43. Lee, K. P. A review of reverse osmosis membrane materials for desalination— Development to date and future potential / K. P. Lee, T. C. Arnot, D. Mattia // Journal of Membrane Science. - 2011. - Vol. 370, No. (1-2). - P. 1 - 22.

44. Bódalo-Santoyo A. Application of reverse osmosis to reduce pollutants present in industrial wastewater / A. Bódalo-Santoyo, J. L. Gómez-Carrasco, E. Gómez-Gómez, F. Máximo-Martín, A. M. Hidalgo-Montesinos // Desalination. - 2003. - Vol. 155, No. 2. - P. 101 - 108.

45. Zirehpour, A. Membranes for wastewater treatment / A. Zirehpour, A. Rahim-pour // Nanostructured Polymer Membranes. - 2016. - Vol. 2. - P. 159 - 207.

46. Drioli, E. Membrane Operations: Innovative Separations and Transformations / E. Drioli, L. Giorno // Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009. -578 p.

47. Kingsbury, R. S. Comparison of water and salt transport properties of ion exchange, reverse osmosis, and nanofiltration membranes for desalination and energy

applications / R. S. Kingsbury, J. Wang, O. Coronell // Journal of Membrane Science. -2020. - Vol. 604. - P. 1 - 36.

48. Liu, M. Improved separation performance and durability of polyamide reverse osmosis membrane in tertiary treatment of textile effluent through grafting monometh-oxy-poly(ethylene glycol) brushes / M. Liu, C. Yu, Z. Dong, P. Jiang, Z. Lu, S. Yu, C. Gao // Separation and Purification Technology. - 2019. - Vol. 209. - P. 443 - 451.

49. Jamal, K. Mathematical modeling of reverse osmosis systems / K. Jamal, M. A. Khan, M. Kamil // Desalination. - 2004. - Vol. 160, No. 1. - P. 29 - 42.

50. Sadrzadeh, M. Sea water desalination using electrodialysis / M. Sadrzadeh, T. Mohammadi // Desalination. - 2008. - Vol. 221, No. (1-3). - P. 440 - 447.

51. Strathmann, H. Chapter 6 Ion-Exchange Membrane Processes in Water Treatment / H. Strathmann // Sustainability Science and Engineering. - 2010. - Vol. 2. - P. 141 - 199.

52. Molau, G. E. Heterogeneous ion-exchange membranes / G. E. Molau // Journal of Membrane Science. - 1981. - Vol. 8, No. 3. - P. 309 - 330.

53. Valero, F. Electrodialysis technology: theory and applications / F. Valero, A. Barcelo, R. Arbos // Desalination, trends and technologies. - 2011. - Vol. 28. - P. 3 - 20.

54. Дытнерский, Ю. И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. -М.: Химия, 1975. - 252 с.

55. Gubari M. Q. Characteristics of the MK-40 and MA-40 Membranes for Industrial Wastewater Treatment - A Review / M. Q. Gubari, H. M. Zwain, M. M. Al-Zahiwat, N. V. Alekseeva // Ecological Engineering & Environmental Technology. - 2021. - Vol. 22, No. 1. - P. 39-50.

56. Filippov, A. N. Diffusion of electrolytes of different natures through the cation-exchange membrane / A. N. Filippov, N. A. Kononenko, O. A. Demina // Colloid Journal. - 2017. - Vol. 79, No. 4. - P. 556 - 566.

57. Farahbakhsh, J. Simulation and characterization of novel reverse osmosis membrane prepared by blending polypyrrole coated multiwalled carbon nanotubes for brackish water desalination and antifouling properties using artificial neural networks / J.

Farahbakhsh, M. Delnavaz, V. Vatanpour, // Journal of Membrane Science. - 2019. -Vol. 581. - P. 123 - 138.

58. Tanaka Y. Ion Exchange Membranes: Fundamentals and Applications / Y. Tanaka // Membrane Science and Technology. - 2007. - Vol. 12. - P. 1 - 531.

59. Balster, J. Preparation and characterisation of monovalent ion selective cation exchange membranes based on sulphonated poly (ether ether ketone) / J. Balster, O. Krupenko, I. Punt, D. F. Stamatialis, M. Wessling // Journal of Membrane Science. -2005. - Vol. 263, No. (1-2). - P. 137 - 145.

60. Mohammadi T. Separation of Copper Ions by Electrodialys Using Taguchi Experimental Design / T. Mohammadi, A. Moheb, M. Sadrzadeh, A. Razmi // Desalination.

- 2004. - Vol. 169, No. 1. - P. 21 - 31.

61. Nemati, M. Electrodialysis heterogeneous anion exchange membranes filled with TiO2 nanoparticles: Membranes' fabrication and characterization / M. Nemati, S. M. Hosseini, E. Bagheripour, S. S. Madaeni // Journal of Membrane Science and Research.

- 2015. - Vol. 1, No. 3. - P. 135 - 140.

62. Geise, G. M. Ionic resistance and permselectivity tradeoffs in anion exchange membranes / G. M. Geise, M. A. Hickner, B. E. Logan // ACS applied materials & interfaces. - 2013. - Vol. 5, No. 20. - P. 10294 - 10301.

63. Gubari, M. Q. Features of feed concentration and temperature effects on membranes operation in electrodialysis systems-A review / M. Q. Gubari, H. M. Zwain, N. V. Alekseeva, G. I. Baziyani, // In Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 1973, No. 1. - P. 012178. IOP Publishing.

64. Шуткина, Е. А. Диффузионная проницаемость анионообменных мембран в растворах дигидрофосфата натрия / Е. А. Шуткина, Е. Е. Невакшенова, Н. Д. Письменская, А. М. Семен, В. В. Никоненко // Конденсированные Среды и Межфазные Границы. - 2015. - Т. 17, № 4. - С. 566 - 578.

65. Kingsbury, R. S. Microstructure determines water and salt permeation in commercial ion exchange membranes / R. S. Kingsbury, S. Zhu, S. Flotron, O. Coronell // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2018. - Vol. 10, No. 46. - P. 39745 - 39756.

66. Melnikov, S. Peculiarities of transport-structural parameters of ion-exchange membranes in solutions containing anions of carboxylic acids / S. Melnikov, D. Kolot, E. Nosova, V. Zabolotskiy // Journal of Membrane Science. - 2018. - Vol. 557. - P. 1 - 12.

67. Ortiz-Imedio, R. Comparative performance of Salinity Gradient Power-Reverse Electrodialysis under different operating conditions / R. Ortiz-Imedio, L. Gomez-Coma, M. Fallanza, , A. Ortiz, R. Ibanez, I. Ortiz // Desalination. - 2019. - Vol. 457. -P. 8 - 21.

68. Tsiakis, P. Optimal design of an electrodialysis brackish water desalination plant / P. Tsiakis, L. G. Papageorgiou // Desalination. - 2005. - Vol. 173, No. 2. - P. 173 - 186.

69. Gurreri, L. Electrodialysis applications in wastewater treatment for environmental protection and resources recovery: A systematic review on progress and perspectives / L. Gurreri, A. Tamburini, A. Cipollina, G. Micale // Membranes. - 2020. - Vol. 10, No. 7. - P. 1 - 93.

70. Honarparvar, S. Modeling multicomponent ion transport to investigate selective ion removal in electrodialysis / S. Honarparvar, D. Reible // Environmental Science and Ecotechnology. - 2020. - Vol. 1. - P. 1 - 9.

71. Джубари М. К. Влияние рабочих параметров и характеристик мембран на производительность аппарата обратного электродиализа / М. К Джубари, Н. В. Алексеева // Южно-Сибирский Научный Вестник. - 2019. - Т. 2, № 26. - С. 161 -167.

72. Akhter, M. Application of electrodialysis in waste water treatment and impact of fouling on process performance / M. Akhter, G. Habib // Journal of Membrane Science & Technology. - 2018. - Vol. 8, No. 2. - P. 1 - 8.

73. Strathmann. H. Ion exchange membrane separation processes / H. Strathmann // Elsevier, Amsterdam. - 2004. - Vol. 9. - P. 1 - 348.

74. Silva, V. Industrial wastewater desalination using electrodialysis: evaluation and plant design / V. Silva, E. Poiesz, P. van der Heijden // Journal of applied electrochemistry. - 2013. - Vol. 43, No. 11. - P. 1057 - 1067.

75. Lee, H.-J. Designing of an electrodialysis desalination plant / H.-J. Lee, F. Sarfert, H. Strathmann, S.-H. Moon // Desalination. - 2002. - Vol. 142, No. 3. - P. 267 - 286.

76. Charcosset, C. Classical and recent applications of membrane processes in the food industry / C. Charcosset // Food Engineering Reviews. - 2021. - Vol. 13, No. 2. -P. 322 - 343.

77. Дытнерский, Ю. И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия, 1978. - 352 с.

78. Lee, H. J. Fouling of an anion exchange membrane in the electrodialysis desalination process in the presence of organic foulants / H. J. Lee, M. K. Hong, S. D. Han, S. H. Cho, S. H. Moon // Desalination. - 2009. - Vol. 238, No. (1-3). - P. 60 - 69.

79. Rohman, F. S. Mathematical Model of Ion Transport in Electrodialysis Process / F. S. Rohman, N. Aziz // Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis. -2008. - Vol. 3, No. (1-3). - P. 3 - 8.

80. Лазарев, С. И. Электробаромембранное разделение многокомпонентных растворов органического синтеза. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. -80 с.

81. Williams, M. E. A Brief Review of Reverse Osmosis Membrane Technology / M. E. Williams. //EET Corporation and Williams Engineering Services Company. -2003. - P. 1 - 29.

82. Nunes, S. P. Advanced Polymeric and Organic-Inorganic Membranes for Pressure-Driven Processes / S. P. Nunes, K. V. Peinemann // Comprehensive Membrane Science and Engineering. - 2010. - P. 113 - 129.

83. Niewersch, C. Reverse osmosis membrane element integrity evaluation using imperfection model / C. Niewersch, C. Rieth, L. Hailemariam, G. G. Oriol, J. Warczok // Desalination. - 2020. - Vol. 476. - P. 1 - 11.

84. Li, N. N. Advanced Membrane Technology and Applications / N. N. Li, A. G. Fane, W. S. W. Ho, T. Matsuura // Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc. - 2008. - 1016p.

85. Anqi, A. E. Numerical simulation of brackish water desalination by a reverse osmosis membrane / A. E. Anqi, N. Alkhamis, A. Oztekin // Desalination. - 2015. - Vol. 369. - P. 156 - 164.

86. Джубари, М. К. Технологии обратного осмоса при очистке промышленных сточных вод: состояние проблемы и борьба с обрастанием мембран / М. К. Джубари, Н. В. Алексеева // Южно-Сибирский научный вестник. - 2021. - Т. 2, № 36. - С. 60 - 70.

87. López-Ramírez, J. A. Comparative studies of reverse osmosis membranes for wastewater reclamation / J. A. López-Ramírez, M. C. Oviedo, J. Q. Alonso // Desalination. - 2006. - Vol. 191, No. (1-3). - P. 137 - 147.

88. Al-Jlil S. Performance of Nano-Filtration and Reverse Osmosis Processes for Wastewater Treatment / S. Al-Jlil // Materials and technology. - 2017. - Vol. 51, No. 3.

- P. 541 - 548.

89. Belaissaoui, B. Potentialities of a dense skin hollow fiber membrane contactor for biogas purification by pressurized water absorption / B. Belaissaoui, J. Claveria-Baro, A. Lorenzo-Hernando, D. A. Zaidiza, E. Chabanon, C. Castel, S. Rode, D. Roizard, E. Favre // Journal of Membrane Science. - 2016. - Vol. 513. - P. 236 - 249.

90. Mehta, K. P. Design of reverse osmosis system for reuse of waste water from common effluent treatment plant / K. P. Mehta // Int Res J Eng Technol. - 2015. - Vol. 2, No. 4. - P. 983 - 991.

91. Lejarazu-Larrañaga, A. Circular economy in membrane technology: Using end-of-life reverse osmosis modules for preparation of recycled anion exchange membranes and validation in electrodialysis / A. Lejarazu-Larrañaga, S. Molina, J. M. Ortiz, R. Navarro, E. García-Calvo // Journal of Membrane Science. - 2020. - Vol. 593, No. 4.

- P. 1 - 10.

92. Greenlee, L. F. Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and today's challenges / L. F. Greenlee, D. F. Lawler, B. D. Freeman, B. Marrot, P. Moulin // Water Research. - 2009. - Vol. 43, No. 9. - P. 2317 - 2348.

93. Mai, Z. Membrane processes for water and wastewater treatment: study and modeling of interactions between membrane and organic matter / Z. Mai // Doctoral dissertation, Ecole Centrale Paris, 2013. - 203p.

94. Slater, C. S. Reverse osmosis processes for the renovation and reuse of hazardous industrial wastewaters / C. S. Slater, R. C. Ahlert, C. G. Vahrin // Current Proc. Environ. Eng. - 1987. - Vol. 3. - P. 1 - 13.

95. Firmino, P. I. M. Colour removal of dyes from synthetic and real textile wastewaters in one- and two-stage anaerobic systems / P. I. M. Firmino, M. E. R. da Silva, F. J. Cervantes, A. B. dos Santos // Bioresource Technology. - 2010. - Vol. 101, No. 20.

- P. 7773 - 7779.

96. Tahir, U. Phytoremediation: Potential flora for synthetic dyestuff metabolism / U. Tahir, A. Yasmin, U. H. Khan // Journal of King Saud University - Science. - 2016.

- Vol. 28, No. 2. - P. 119 - 130.

97. Venzke, C. D. Application of reverse osmosis to petrochemical industry wastewater treatment aimed at water reuse / C. D. Venzke, M. A. S. Rodrigues, A. Giacobbo, L. E. Bacher, I. S. Lemmertz, C. Viegas, J. Striving, S. Pozzebon // Management of Environmental Quality: An International Journal. - 2017. - Vol. 21, No. 1 - P. 70 - 77.

98. Ntrallou K. Analytical and sample preparation techniques for the determination of food colorants in food matrices / K. Ntrallou, H. Gika, E. Tsochatzis // Foods. - 2020.

- Vol. 9, No. 1. - P. 1-24.

99. Misra M. Removal of Dyes from Industrial Effluents by Application of Combined Biological and Physicochemical Treatment Approaches / M. Misra, K. Akansha, A. Sachan, S.G. Sachan // Combined Application of Physico-Chemical & Microbiological Processes for Industrial Effluent Treatment Plant. - 2020. - P. 365-407.

100. Benito Y. Reverse osmosis applied to metal finishing wastewater / Y. Benito; M. L. Ruiz // Desalination. - 2002. - Vol. 142, No. 3. - P. 229-234.

101. Obotey Ezugbe, E. Membrane technologies in wastewater treatment: a review / E. Obotey Ezugbe, S. Rathilal // Membranes. - 2020. - Vol. 10, No. 5. - P. 1-28.

102. Algureiri, A. H. Abdulmajeed, Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewater by Using RO Membrane / A. H. Algureiri, Y. R. Abdulmajeed // Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering. - 2016. - Vol. 17, No. 4. - P. 125-136.

103. Atab, M. S. A hybrid reverse osmosis/adsorption desalination plant for irrigation and drinking water / M. S. Atab, A. J. Smallbone, A. P. Roskilly // Desalination. - 2018. - Vol. 444. - P. 44-52.

104. Lonsdale, H. K. Transport properties of cellulose acetate osmotic membranes / H. K. Lonsdale, U. Merten, R. L. Riley // Journal of applied polymer science. - 1965. -Vol. 9, No. 4. - P. 1341-1362.

105. Yang, X. Non-equilibrium dissolution-diffusion model for PDMS membrane pervaporation of ABE Water Binary System / X. Yang, Z. Wu, F. Manquan, L. Jiding // Journal of Membrane Science and Technology. - 2016. - Vol. 6. - P. 143-149.

106. Sourirajan, S. Reverse osmosis / S. Sourirajan // London, UK: Logos Press Ltd. - 1970. - 580p.

107. Soltanieh, M. Review of reverse osmosis membranes and transport models / M. Soltanieh, W. N. GILL'// Chemical Engineering Communications. - 1981. - Vol. 12, No. (4-6). - P. 279-363.

108. Al-Bastaki, N. M. Predicting the performance of reverse osmosis / N. M. Al-Bastaki, A. Abbas // Desalination. - 2000. - Vol. 132, No. (1-3). - P. 181-187.

109. Al-Bastaki, N. Long-term performance of an industrial water desalination plant / N. Al-Bastaki, A. Abbas // Chemical Engineering and Processing. - 2004. - Vol.

43, No. 4. - P. 555-558.

110. Senthilmurugan, S. Modeling of spiral-wound module and equation of model parameters using numerical techniques / S. Senthilmurugan, A. Ahluwalia, S. K. Gupta // Desalination. - 2005. - Vol. 173, No. 3. - P. 269-286.

111. Abbas, A. Simulation and analysis of an industrial water desalination plant / A. Abbas // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. - 2005. - Vol.

44, No. 9. - P. 999-1004.

112. Absar, B. Mathematical modeling of reverse osmosis process by the orthogonal collocation on finite element method / B. Absar, S. E. M. Lamine Kadi, O. Belhamiti // Asian Journal of Applied Sciences. - 2008. - Vol. 1, No. 1. - P. 1-18.

113. Yustratov, V. P. Mathematical Modeling of Electrodialysis Demineralization Using a Stochastic Model / V. P. Yustratov, V. A. Pavskii, T. A. Krasnova, S. A. Ivanova, // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. - 2005. - Vol. 39, No. 3. - P. 259262.

114. Chen, X. Analysis of an Incompressible Navier-Stokes-Maxwell-Stefan System / X. Chen, A. Jüngel // Communications in Mathematical Physics. - 2015. - Vol. 340, No. 2. - P. 471-497.

115. Jarzynska, M. The application of the Kedem-Katchalsky equations to membrane transport of ethyl alcohol and glucose / M. Jarzynska, M. Pietruszka // Desalination. - 2011. - Vol. 280, No. (1-3). - P. 14-19.

116. Psaltis, S. T. P. Comparing Charge Transport Predictions for a Ternary Electrolyte Using the Maxwell-Stefan and Nernst-Planck Equations / S. T. P. Psaltis, T. W. Farrell // Journal of The Electrochemical Society. - 2011. - Vol. 158, No. 1. - P. A33-A42.

117. Graham, E. E. Application of the Stefan-Maxwell equations to diffusion in ion exchangers. 1. Theory / E. E. Graham, J. S. Dranoff // Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. - 1982. - Vol. 21, No. 4. - P. 360-365.

118. Strathmann, H. Ion-exchange membrane separation processes / H. Strathmann // Amsterdam:1st edn. Elsevier. - 2004. - 360p.

119. Sata, T. Ion exchange membranes; preparation, characterization, modification and application / T. Sata // Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 2004. - 314p.

120. Verbrugge, M. W. Ion and solvent transport in ionexchange membranes I. A macrohomogeneous mathematical model / M. W. Verbrugge, R. F. Hill // Electrochem. Soc. - 1990. - Vol. 137, No. 3. - P. 886-893.

121. Schlögl, R. Membrane permeation in systems far from equilibrium / R. Schlögl // Berichte der Bunsengesellschaftfur Phys. Chemie. - 1966. - Vol. 70, No. 4. -P. 400-414.

122. Schlögl, R. Stofftransportdurch membrane / R. Schlögl // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. - 1966. - Vol. 113, No. 3. - P. 59 - 59.

123. Moshtarikhah, S. Nernst-Planck modeling of multicomponent ion transport in a Nafion membrane at high current density / S. Moshtarikhah, N. A. W. Oppers, M. T. de Groot, J. T. F. Keurentjes, J. C. Schouten, J. van der Schaaf // Journal of Applied Electrochemistry. - 2016. - Vol. 47, No. 1. - P. 51-62.

124. Okada, T. Ion and water transport characteristics of Nafion membranes as electrolytes / T. Okada, G. Xie, O. Gorseth, S. Kjelstrup, N. Nakamura, T. Arimura // Electrochimica Acta. - 1998. - Vol. 43, No. 24. - P. 3741 - 3747.

125. O'Brien, T. F. Handbook of Chlor-Alkali technology / T. F. O'Brien, T. V. Bommaraju, F. Hine // New York: Springer. - 2005. - 1582p.

126. Higa, M. Simulation of the transport of ions against their concentration gradient across charged membranes / M. Higa, A. Tanioka, K. Miyasaka, // Journal of Membrane Science. - 1988. - Vol. 37, No. 3. - P. 251 - 266.

127. Strathmann, H. Assessment of Electrodialysis Water Desalination Process costs / H. Strathmann // Proceedings of the International Conference on Desalination costing, Limassol. - 2004. - P. 32 - 54.

128. Джубари, М. К. Математическая модель переноса ионов в процессе электродиализа / М. К. Джубари, Н. В. Алексеева // Ползуновский вестник. - 2021. - № 3. - С. 170-178.

129. Spiegler, K.S. Principles of desalination / K. S. Spiegler, A. D. K. Laird // New York: 2nd edition, Academic Press, 1980. - 475p.

130. Vasil'Eva, V. I. SEM diagnostics of the surface of MK-40 and MA-40 heterogeneous ion-exchange membranes in the swollen state after thermal treatment / V. I. Vasil'Eva, E. M. Akberova, A. V. Zhiltsova, E. I. Chernykh, E. A. Sirota, B. L. Agapov // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2013. - Vol. 7, No. 5. - P. 833 - 840.

131. Ким, К.Б. Электродиализ аммоний- и нитратсодержащих водных растворов /Диссертация на соиск. уч. ст. канд. хим. наук//Изд-во ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный университет инженерных технологий». - Воронеж, 2016. - с. 44.

132. Pismenskaya, N. Enhancing Ion Transfer in OverlimitingElectrodialysis of Dilute Solutions by Modifying the Surface of Heterogeneous Ion-Exchange Membranes / N. Pismenskaya, N. Melnik, E. Nevakshenova, K. Nebavskaya, V. Nikonenko // International Journal of Chemical Engineering. - 2012. - Vol. 2012. - P. 1 - 11.

133. Алексеева Н. В. Исследование диффузионной и осмотической проницаемости электродиализных мембран МК-40 и МА-40 в двухкомпонентных растворах солей меди, цинка, никеля и натрия / Н. В. Алексеева, А. И.Архипов, П. А.Борисов // Вестник ТГТУ. - 2012. - T. 18, №. 4. - C. 923 - 927.

134. Kovalev, S. V. Экспериментальные исследования кинетических коэффициентов обратноосмотического разделения сульфатсодержащих растворов / S. V. Kovalev, S. I. Lazarev, A. V. Erlich // Конденсированные Среды И Межфазные Границы. - 2010. - T. 12, №. 2. - C. 128 - 132.

135. Джубари, М. К. Особенности диффузионной проницаемости ионообменных мембран в условиях интенсивного электродиализа / М. К. Джубари, Н. В. Алексеева // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент. - 2020. - С. 151-152.

136. Николаев, Н. И. Диффузия в мембранах. - М.: Химия, 1980. - 232 с.

137. Gubari, M. Q. Diffusion Permeability of Cation-Exchange Membrane in Different Solutions / M. Q. Gubari, A. A. Abdulkarim, N. V. Alekseeva // Journal of Ecological Engineering. - 2021. - Vol. 22, No. 8. - P. 140-145.

138. Gubari, M. Q. Diffusion and Osmotic Permeability of Ion Exchange Membrane MK-40 Using Sodium Chloride Solution / M. Q. Gubari, H. M. Zwain, N.V. Alekseeva // Pertanika Journal of Science & Technology. - 2021. - Vol. 29, No. 4. - P. 2497-2507.

139. Лазарев, С. И. Исследование сорбционной емкости полимерных мембран в водном растворе сульфата натрия / С. И. Лазарев, В. В. Мамонтов, С. В. Ковалев // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2006. - T. 49, №. 8. - C. 100 - 102.

140. Горячий, Н. В. Электромембранные процессы: Учебное пособие. -М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. - 140 с.

141. Гатапова Н. Ц. Исследование диффузионной проницаемости мембраны мк-40 при работе в термодинамических условиях / Н. Ц. Гатапова, М. К. Джубари, Н. В. Алексеева // Вестник ТГТУ. - 2020. - № 26(4). - С. 619-628.

142. Аширов, А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов. - Л.: Химия, 1983. - 295 с.

143. Шапошник, В. А. Кинетика электродиализа. - Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1989. - 176 с.

144. Джубари М. К. Эффективность электродиализа при очистке промышленных сточных вод / М. К. Джубари, Н. В. Алексеева // Вестник технологического университета. - 2020. - Т. 23, № 7. - С. 33 - 39.

145. Dickinson, E. J. COMSOL Multiphysics®: Finite element software for electrochemical analysis / E. J. Dickinson, H. Ekstrom, E. Fontes // A mini-review. Electrochemistry communications. - 2014. - Vol. 40. - P. 71-74.

146. Kauranen, P. Electrodiffusion of ions in ion exchange membranes: Finite element simulations and experiments / P. Kauranen, H. Pajari, R. Pajarre, L. Murtomâki // Chemical Engineering Journal Advances. - 2021. - Vol. 8. - P. 1-8.

147. Sadrzadeh, M. Mathematical modeling of desalination by electrodialysis / M. Sadrzadeh, A. Kaviani, T. Mohammadi // Desalination. - 2007. - Vol. 206, No. (1-3). -P. 538-546.

148. Zourmand, Z. Mass transfer modeling of desalination through an electrodialysis cell / Z. Zourmand, F. Faridirad, N. Kasiri, T. Mohammadi // Desalination. - 2015. - Vol. 359. - P. 41-51.

149. Gubari, M. Q. Application of Reverse Osmosis to Improve Removal of Residual Salt Content in Electrodialysis Process / M. Q. Gubari, N. V. Alekseeva, G. I. Baziyani, // AIP Conference Proceedings. - 2021. - Vol. 2466, No. PTI2021. Accepted.

150. Alexiadis, A. CFD modelling of reverse osmosis membrane flow and validation with experimental results / A. Alexiadis, D. E. Wiley, A. Vishnoi, R. H. K. Lee, D. F. Fletcher, J. Bao// Desalination. - 2007. - Vol. 217, No. (1-3). - P. 242-250.

151. Kostoglou, M. Comprehensive simulation of flat-sheet membrane element performance in steady state desalination / M. Kostoglou, A. J. Karabelas // Desalination. - 2013. - Vol. 316. - P. 91-102.

ПРИЛОЖЕНИЯ

183

ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблицы экспериментальных данных Таблица 1 - Исследование вольт-амперной характеристики

Компонент с-10-3, моль/м3 i, А/м2 U1, B U2, B AU, B Ь, А/м2 А/м2 A. %

NaCl 0,085 83 10 6 4 350 389 10

166 18 10 8

250 26 13,5 12,5

333 32 18 14

416 45 23 22

499 65 28 37

582 85 36,5 48,5

666 105 44 61

749 125 55 70

832 145 65 80

0,171 83 9 7 2 800 778 2,7

166 13,5 9 4,5

250 18 11 7

333 22 13 9

416 28 15 13

499 34 17 17

582 41 19,5 21,5

666 47 22,5 24,5

749 53 25 28

832 58 28 30

915 67 30,5 36,5

998 78 33,5 44,5

1082 84 36 48

0,256 166 10 8,5 1,5 1200 1167 2,8

250 12 10 2

333 14,5 11,5 3

416 18 13,5 4,5

499 20,5 14,5 6

582 23,5 15,5 8

666 26,5 17,5 9

749 31 19,5 11,5

832 33,5 21 12,5

915 36 22,5 13,5

998 38,5 24,5 14

1082 41,5 26,5 15

1165 45 28,5 16,5

1248 48 30 18

1331 55 32,5 22,5

1414 60 34 26

1498 66 35,5 30,5

1581 72 37 35

1664 78 38,5 39,5

Компонент с, моль/м3 1, А/м2 С/1, в С2, В АС, В * пр э, А/м2 * пр р, А/м2 А. %

СНзСООН 0,033 17 30 28 2 30 26,5 11,6

21 37 35 2

25 42,5 40 2,5

29 50 47 3

33 56 53 3

37 61,5 58 3,5

42 68,5 64 4,5

46 74 69 5

50 81 75 6

54 87 80 7

0,067 17 18,3 17,5 0,8 50 47 6

21 22,6 21,5 1,1

25 27,4 26 1,4

29 32,5 31 1,5

33 36,8 35 1,8

37 40,3 38,5 1,8

42 45 43 2

46 48 46 2

50 52 50 2

54 58 55,5 2,5

58 62 59 3

62 65,5 62 3,5

67 70 66 4

0,1 17 15 14,1 0,9 65 70,5 7,8

21 18,2 17,2 1

25 21,5 20,5 1

29 25 24 1

33 29 27,5 1,5

37 33 31,5 1,5

42 36,5 35 1,5

46 39,5 38 1,5

50 42 40,5 1,5

54 45 43 2

58 50 47,7 2,3

62 51 49 2

67 55,5 53 2,5

71 60,2 57 3,2

75 63 59,5 3,5

79 66 62,3 3,7

83 69 65 4

87 72,8 68 4,8

92 75 70 5

Компонент с, моль/м3 1, А/м2 С/1, В С2, В АС, В 1 пр э, А/м2 1 пр р, А/м2 А. %

СИэСООКа 0,036 42 12 9,2 2,8 90 101 10,9

83 19 14 5

125 33 19 14

166 49 26 23

208 66 35 31

250 85 43 42

291 105 55 50

0,073 42 10 9 1 210 203 3,3

83 13 12 1

125 19 16 3

166 28 23 5

208 37 30 7

250 46 35 11

291 54 40 14

333 63 46 17

374 76 55 21

416 87 61 26

458 98 67 31

0,122 42 9 8,5 0,5 340 338 0,6

83 12 11 1

125 15 13 2

166 19 15 4

208 24 18 6

250 28 21 7

291 32 23 9

333 38 28 10

374 43,5 30 13,5

416 49 32,5 16,5

458 56 35,5 20,5

499 61 38,5 22,5

541 67 40,5 26,5

582 75 44 31

624 81 47,5 33,5

666 92 51 41

Компонент с, моль/м3 1, А/м2 С/1, в С/2, В АС, В * пр э, А/м2 * пр р, А/м2 А. %

ШС1 + 0,171 + 83 10,5 6,8 3,7 610 651 6,7

СН3СООН 0,033 166 15 9 6

250 20,5 11,5 9

333 28 13,5 14,5

416 34 15 19

499 41,5 18 23,5

582 45 19,5 25,5

666 57 22 35

749 65 24,5 40,5

832 74 27 47

915 85 29 56

0,171 + 83 6,5 4,7 1,8 550 570 3,5

0,067 166 11 7,6 3,4

250 14,5 9,5 5

333 18 12 6

416 22 13,5 8,5

499 25 15,5 9,5

582 31 17 14

666 34 19,5 14,5

749 37,5 22 15,5

832 41 24,5 16,5

915 47 27,5 19,5

998 53 30 23

1082 57 33 24

1165 62 35,5 26,5

1248 69 37,5 31,5

1331 76 39,5 36,5

0,086 + 83 13 7 6 300 288 4,0

0,033 166 22 10,5 11,5

250 33 17 16

333 41 18 23

416 51 20 31

499 66 24 42

582 78 28,5 49,5

666 93 34,5 58,5

749 96 36 60

0,086 + 83 12 6,9 5,1 290 241 17

0,067 166 19 10,5 8,5

250 30 15 15

333 41 22 19

416 59 30 29

499 69 34 35

582 84 40 44

666 97 34 63

Компонент с, моль/м3 1, А/м2 С/1, В С/2, В АС, В 1 пр э, А/м2 1 пр р, А/м2 А. %

СШСООКа 0,073 + 42 7,6 6 1,6 210 187 11

+ СН3СООН 0,033 83 12 11 1

125 16 13,5 2,5

166 21 17 4

208 27 20 7

250 34 23,5 10,5

291 42 27 15

333 53 32,5 20,5

374 65 36,5 28,5

416 83 41 42

458 92 44 48

0,073 + 42 9 7,5 1,5 155 128 17

0,067 83 12,5 11 1,5

125 15 13 2

166 19 16 3

208 25 20 5

250 32 23,5 8,5

291 38 27 11

333 46 32 14

374 52 36,5 15,5

416 61 41 20

0,036 + 42 17 13 4 70 67 4

0,067 83 25 17 8

125 41 25 16

166 57 32 25

208 75 37 38

250 88 42 46

291 98 48 50

КаС1 + 0,17 + 83 10 6,6 3,4 500 483 3,4

СН3СООН + 0,066 + 166 17 11 6

СН3СООКа 0,073 250 21 12,5 8,5

333 26 14 12

416 32 16 16

499 35 17 18

582 42 18,5 23,5

666 49 20 29

749 59 22 37

832 65 24 41

915 74 26,5 47,5

998 80 28,5 51,5

1082 86 31,5 54,5

1165 95 33,5 61,5

Таблица 2 - Исследование выхода по току в процессе электродиализа

компонент /, А/м2 с10-3, моль/м3 Выход потоку А. %

Сн Ск Пэ Пр

Однокомпонентные растворы

КаС1 20 0,086 0,084 0,972 0,942 3,1

42 0,086 0,079 0,929 0,912 1,9

62 0,086 0,079 0,876 0,888 1,4

104 0,086 0,071 0,847 0,847 0,1

208 0,086 0,053 0,791 0,769 2,8

312 0,086 0,036 0,734 0,705 4,0

416 0,086 0,027 0,648 0,650 0,3

208 0,17 0,148 0,839 0,798 4,8

416 0,17 0,126 0,712 0,694 2,5

625 0,17 0,099 0,617 0,610 1,2

833 0,17 0,087 0,512 0,537 4,9

312 0,257 0,217 0,769 0,763 0,7

625 0,257 0,198 0,678 0,641 5,5

937 0,257 0,193 0,493 0,542 10,0

1250 0,257 0,183 0,407 0,456 11,9

СНзСООКа 104 0,037 0,016 0,832 0,796 4,4