Дослідження можливостей очищення механічних фільтрів баромембранних установок
Анотація
Однією з найбільш актуальних проблем, які виникають при обробці води за допомогою установки зворотного осмосу, є поява забруднення на мембрані та фільтрах, що суттєво зменшує ефективність роботи (продуктивність розділення, потік пермеату води, відторгнення солі) і термін служби установки. Тому метою роботи став пошук оптимальних методів очищення та регенерації механічних фільтрів установок зворотного осмосу. Розв’язання цієї проблеми проводилося шляхом емпіричного аналізу наявної наукової інформації та проведення лабораторних досліджень з очищення картриджів та обробки інфільтрату. Було проведено цикл дослідів з очищення використаних механічних фільтрів зворотного осмосу в спеціально змонтованій установці з поетапним збільшенням концентрації сірчаної кислоти. Згідно зі спостереженнями під час проведення лабораторних досліджень, ефективне виведення розчиненого заліза з розчину, яким проводилось промивання забруднених полістирольних фільтрів, починається при pH = 4 та до pH = 10, проте при pH = 4 відстоювання і фільтрування потребує 24 години часу, а при pH = 10 цей процес займає не більш ніж годину. В результаті подальших досліджень найефективніший водневий показник для осадження і практично повного виведення заліза з розчину становить 4,5. Подальше підвищення водневого показника до 10 є недоцільним. Крім хімічного методу нейтралізації маточного розчину, ефективним варіантом є застосування електродіалізу, при цьому оптимальним вибором є використання електролізера з анодом зі свинцю. Отже, після очищення одного механічного фільтра було отримано майже 80 г чистого гіпсу. Цей гіпс може слугувати як високоякісна добавка для цементу або використовуватися при виготовленні плит для внутрішнього облицювання. Чисту воду, яку отримано під час процесу, можна використовувати для наступних етапів очищення інших механічних фільтрів
Ключові слова
зворотний осмос; картриджі; полістирольні фільтри; регенерація; вугільні фільтри; концентрат
Використані джерела
[1] DSTU 7262:2012. (2013). Chemical reagents. Methods of determination of iron impurities. Retrieved from https:// online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=54398.
[2] Huliienko, S.V., & Syman, I.V. (2018). Membrane contamination and methods of their regeneration: A critical review. International Scientific Journal “Internauka”, 5, 51-56.
[3] Huliienko, S.V., Korniienko, Y.M., Metlina, M.S., Tereshenko, I.Y., & Kaminskyi, V.S. (2020). The correction of the dimensionless equation for the mass transfer coefficient estimation during the membrane modules regeneration. Journal of Engineering Sciences, 7(2), 24-29. doi: 10.21272/jes.2020.7(2).f4.
[4] Idrees, F.M. (2020). Performance analysis and treatment technologies of reverse osmosis plant – a case study. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2, article number 100007. doi: 10.1016/j. cscee.2020.100007.
[5] Jafari, M., Zlopasa, J., D’haese, A., Cornelissen, E.R., Vrouwenvelder, J.S., Verbeken, K., Verliefde, A., van Loosdrecht, M.C.M., & Picioreanu, C. (2020). A comparison between chemical cleaning efficiency in lab-scale and full-scale reverse osmosis membranes: Role of extracellular polymeric substances (EPS). Journal of Membrane Science, 609, article number 118189. doi: 10.1016/j.memsci.2020.118189.
[6] Joseph, T.M., Al-Hazmi, H.E., Śniatała, B., Esmaeili, A., & Habibzadeh, S. (2023). Nanoparticles and nanofiltration for wastewater treatment: From polluted to fresh water. Environmental Research, 238(1), article number 117114. doi: 10.1016/j.envres.2023.117114.
[7] Kayvani Fard, A., McKay, G., Buekenhoudt, A., Al Sulaiti, H., Motmans, F., Khraisheh, M., & Atieh, M. (2018). Inorganic membranes: Preparation and application for water treatment and desalination. Materials, 11(1), article number 74. doi: 10.3390/ma11010074.
[8] Kravchenko, M.V. (2022). Reverse osmosis – as a method of purification of drinking water at the local level. In Current issues, priorities and development strategies of Ukraine: Abstracts of the IV International scientific-practical online conference (pp. 113-116). Kyiv: ITTA.
[9] Kravchenko, M.V., Vasylenko, L.O., & Voloshkina, O.S. (2021). Application of the reverse osmosis method for the purification of drinking water. Environmental Safety and Natural Resources, 40(4), 32-45. doi: 10.32347/24114049.2021.4.32-45.
[10] Matlakh, N.O., Trushakov, D.V., Kozlovskyi, O.A., & Fedotova, M.O. (2022). Creation of a multi-section water purification filter with automated control of membrane pollution. Design, Production and Operation of Agricultural Machines, 52, 166-177. doi: 10.32515/2414-3820.2022.52.166-177.
[11] Nyzhnyk, T.Yu., Nyzhnyk, Yu.V., Strykalenko, T.V., & Marievsky, V.F. (2019). Disinfectant filter material from polypropylene filter production waste. In 10th All-Ukrainian scientific and practical conference of young scientists, graduate students and students “Water in the food industry” (pp. 72-74). Odesa: ONUT.
[12] Qasim, M., Badrelzaman, M., Darwish, N.N., Darwish, N.A., & Hilal, N. (2019). Reverse osmosis desalination: A state-of-the-art review. Desalination, 459, 59-104. doi: 10.1016/j.desal.2019.02.008.
[13] Radovenchyk, I.I., Karpenko, M.I., & Ivanenko, O. (2023). Removal of iron compounds from mechanical filters of domestic reverse osmosis water treatment systems. Power Engineering: Economics, Technique, Ecology, 2, 127132. doi: 10.20535/1813-5420.2.2023.279720.
[14] Radovenchyk, V., Radovenchyk, I., Ivanenko, O., & Karpenko, M. (2023). Removal of iron compounds from mechanical filters of household reverse osmosis systems water purification. Ecological Engineering & Environmental Technology, 24(6), 163-172. doi: 10.12912/27197050/168097.
[15] Safonyk, A.P., Targoniy, I.M., & Hrytsiuk, I.M. (2020). Development and research of the electromagnetic installation for purification of process water from ferromagnetic impurities as an object of automation. Electronic Modeling, 42(4), 87-102. doi: 10.15407/emodel.42.04.087.
[16] Skuse, C., Gallego-Schmid, A., Azapagic, A., & Gorgojo, P. (2021). Can emerging membrane-based desalination technologies replace reverse osmosis? Desalination, 500, article number 114844. doi: 10.1016/j. desal.2020.114844.
[17] State sanitary standards and rules “Hygienic requirements for drinking water intended for human consumption” (St.SanStandart 2.2.4-171-10). 2022, March. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z045210#n25.
[18] Tereshchenko, I.A. (2021). The process of mass exchange during the removal of sediments from the surface of roll membrane modules. (Master’s thesis, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine).
[19] Virych, S. (2023). Patterns of concentration polarization during reverse osmosis. (Master’s dissertation, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine).
[20] Warsinger, D.M., Chakraborty, S., Tow, E.W., Plumlee, M.H., Bellona, Ch., Loutatidou, S., ... Lienhard , J.H. (2018). A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse. Progress in Polymer Science, 81, 209237. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2018.01.004.
[21] Wu, Ch.Ch., Love, N.G., & Olson, T.M. (2021). Bacterial transmission and colonization in activated carbon block (ACB) point-of-use (PoU) filters. Environmental Science: Water Research & Technology, 7, 1114-1124. doi: 10.1039/ D0EW00982B.
[22] Zhang, X., & Liu, Y. (2021). Reverse osmosis concentrate: An essential link for closing loop of municipal wastewater reclamation towards urban sustainability. Chemical Engineering Journal, 421(2), article number 127773. doi: 10.1016/j.cej.2020.127773