автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.03, диссертация на тему:Электрохимическая гиперфильтрационная очистка сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок

005061047

На правах рукописи

ЛАЗАРЕВ КОНСТАНТИН СЕРГЕЕВИЧ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ РЕАГЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИКАТОВ-ДОБАВОК

Специальность 05.17.03 Технология электрохимических процессов и защита от коррозии

б г:он ¿шз

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАМБОВ 2013

005061047

Работа выполнена на кафедре «Прикладная геометрия и компьютерная графика» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»).

Научный руководитель Арзамасцев Александр Анатольевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Бельчинская Лариса Ивановна,

заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Химия» ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Поликарпов Валерий Михайлович,

доктор химических наук, доцент, профессор кафедры «Физика» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Воронежский государст-

венный университет инженерных технологий», г. Воронеж

Защита диссертации состоится 2013 г. часов на

заседании диссертационного совета Д 212.260.06 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, конференц-зал.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Автореферат разослан «. » с^еиЗ-^ 2013 г.

Ученый секретарь

гпяетя _

диссертационного совета гЗа**- Зарапина Ирина Вячеславовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В последнее время мембранная технология широко используется для водоподготовки и очистки сточных вод. Известно, что с помощью мембранных методов можно извлечь до 80...90% солей из водных растворов. Наиболее важной особенностью мембранной технологии является получение чистых веществ, свободных от примесей.

Энергозатратные процессы (выпарка, фильтрование, центрифугирование, экстракция, ректификация) уступают по количественным, качественным и экологическим показателям мембранным методам. В химической промышленности остро стоит задача по очистке промышленных стоков производства химикатов-добавок, содержащих высокотоксичные реагенты (соли анилина и морфолина и их производные).

В настоящей работе исследовалось влияние кинетических и технологических параметров на процесс мембранной электрогиперфильтрационной очистки промышленных стоков от реагентов производства химикатов-добавок.

Работа выполнена при поддержке федерально-целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы» и «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», госконтрактов № 16.740.11.0525, 14.740.11.1028, 16.740.11.0659 и по соглашению № 14.132.21.1472.

Цель работы: исследование кинетических закономерностей и разработка технологического оформления процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.

Задачи работы:

1. Обобщить литературные данные по существующим методам очистки промышленных стоков и растворов и их технологическому оформлению.

2. Разработать методики проведения экспериментов и усовершенствовать конструкции установок для исследования кинетики электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.

3. Провести экспериментальное исследование кинетических коэффициентов электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод производства химикатов-добавок.

4. Усовершенствовать математическую модель процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод производства химикатов-добавок.

5. Разработать методики расчета электрохимического гиперфильтрационного аппарата для извлечения органических веществ из промышленных стоков и растворов.

6. Разработать и запатентовать конструкции электробаромембранных аппаратов плоскокамерных и рулонных типов.

7. Разработать технологическую схему очистки промышленных растворов от солей анилина и морфолина с применением стадии электрохимического гиперфильтрационного извлечения.

8. Усовершенствовать технологическую схему очистки промышленных стоков процесса производства альтакса.

Научная новизна. Впервые получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов диффузии, электроосмотического и электродиффузионного потоков анилина и морфолина из водных сульфатсодержащих растворов в зависимости от концентрации, температуры и плотности тока. Экспериментально исследованы и рас-

считаны коэффициенты извлечения, задержания и удельный поток растворителя при разделении водных растворов сульфатов анилина и морфолина и промывных вод синтеза альтакса в зависимости от рабочего давления, плотности тока и температуры.

Экспериментально измерены величины радиусов пор гиперфильтрационных мембран методом гидродинамической проницаемости.

Усовершенствована математическая модель процесса электрохимического гиперфильтрационного извлечения органических веществ из промышленных стоков путем учета электроосмотического и электродиффузионного потоков.

Практическая значимость. Разработаны и запатентованы электробаро-мембранные аппараты (пат. № RU 2411986 С2, RU 2447930 CI, RU 2403957 С1). Получено положительное решение на выдачу патента по заявке № 2012122794/ 05(034642). Разработаны методики и программы для расчета кинетических и технологических параметров процесса электрохимического гиперфильтрационного разделения растворов (свидетельства № 2012615861 и 2012616228).

Разработана технологическая схема для разделения и концентрирования сточных вод, содержащих сульфаты анилина и морфолина.

Усовершенствована технологическая схема производства альтакса, позволяющая проводить очистку промывных вод и возвращать продукты разделения в процесс производства.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: XIX - XXII Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, г. Ярославль, г. Саратов, г. Псков, 2006 - 2009 гг.); Международной конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (Tuapse, 2011 г.); 77-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Украина, 2010 г.); Международной конференции «Решение региональных экологических проблем» (г. Тамбов, 2011 г.).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 16 публикациях, из них 12 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, трех патентах, одном положительном решении на выдачу патента и двух программах на ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения пяти глав и обобщающих выводов, списка используемых источников и приложения. Диссертация содержит 223 страницы машинописного текста, в том числе 73 рисунка, 22 таблицы, список цитируемых источников включает 149 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи научного исследования.

В первой главе проведен обзор литературных данных. Проанализированы основные методы очистки сточных вод. Рассмотрены кинетика мембранного разделения растворов, существующие математические модели и методы расчета мембранных процессов. На основании литературных данных сделан вывод о том, что кинетические параметры процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод производства химикатов-добавок изучены слабо и требуют проведения более глубоких исследований.

Вторая глава посвящена описанию разработанных и усовершенствованных методик и конструкций установок для проведения экспериментальных исследова-

пий. В качестве объектов исследования использовались растворы сульфата анилина, сульфата морфолина и промывные воды процесса синтеза альтакса.

По концентрациям растворенного вещества в образцах полимерных мембран и в исходных растворах рассчитывали коэффициент распределения по формуле:

К=см/сисх. (1)

Через коэффициент распределения (сорбционную емкость мембран) определяли потенциал поля поверхностных сил по следующей зависимости

ии=-ЯТЫкр. (2)

Исследования коэффициента диффузии, электродиффузионного и электроосмотического потоков проводились на установке, схема которой изображена на рис. 1.

Рис. 1. Установка для исследования коэффициента диффузии, электродиффузионного и электроосмотического потоков:

1,4,6, 7 - емкости; 2 - дроссели; 3 - насос; 5 - ячейка; 8,14 - электроды анод и катод; 9 - мембрана; 10- электромагнитная мешалка; 11 - вольтметр; 12 - амперметр; 13 - источник постоянного тока; 15 - прикатодная мембрана; 16 - змеевик; 17 - термостат; 18- измерительный капилляр

Значение коэффициента диффузии определяли по формуле:

(3)

Значение электродиффузионного потока определяли по формуле:

Л/эя = Гл//(^т), (4)

где Г - масса перенесенного вещества, кг; г) - выход по току.

Электроосмотический поток характеризует перенос растворителя через мембрану под действием электрического поля. Значение электроосмотического потока определяли по формуле:

КЭ0=Кпл//(^мт). (5)

Экспериментальные исследования по коэффициентам извлечения, задержания и удельного потока растворителя проводились на установке, схема которой представлена на рис. 2.

Коэффициент извлечения растворенного вещества рассчитывали по формуле:

■^ИЗ = Спер/Сисх , (6)

где Сисх, Спер - концентрации растворенных веществ в исходном растворе и пер-меате, кг/м3.

Рис. 2. Схема элекгрогиперфильтрационной установки, используемая для исследования коэффициента извлечения и удельного потока растворителя:

1 - термостат; 2 - потенциометр; 3 - емкость;

4 - плунжерный насос; 5,9,10,13,17 -дроссель; 6-компрессор высокого давления; 7 - ресивер; 8,11 - манометр; 12 - электроконтактный манометр; 14 - элекгрогиперфильтрационный аппарат,

15,16- емкости для сбора пермеата, 18 - поплавковый ротаметр; 19-источник постоянного тока; 20 - пористые электроды

Коэффициент задержания рассчитывали по зависимости:

К = 1 ~~ Спер/Сисх •

(7)

Значение удельного потока растворителя рассчитывали с использованием уравнения:

= (8)

где ¥„ - объем пермеата, м3; - площадь мембраны, м2; т - время проведения эксперимента, с.

Исследования радиусов пор мембран проводили на установке тупикового типа, представленной на рис. 3.

[А

Рис. 3. Установка для исследования радиуса пор мембран методом гидродинамической проницаемости:

1 - емкость раствора; 2,3,4- вентиль; 5 - мембранный аппарат; 6 - баллон с гелием и давлением 15 МПа; 7- образцовый манометр; 8 - емкость для сбора пермеата

Расчет радиуса пор производили по уравнению Хагена - Пуазейля:

3 =

ппг&р _ У^г^кр 24г|5 ~ 24т|5

(9)

где Ар - градиент давления; п - число пор; г - радиус пор; г| - вязкость раствора; 5 - толщина мембраны.

Третья глава посвящена изложению и анализу результатов экспериментальных исследований. Экспериментальные и расчетные данные по коэффициенту распределения для мембраны ОПМ-К в водном растворе анилина и морфолина представлены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость коэффициента распределения от концентрации исходного раствора анилпиа (а) и морфолина (б) для мембраны ОПМ-К:

/ - 293 К; 2 - 298 К; 3 - 305 К, 4 - 318 К; • - расчетная

Для теоретического расчета коэффициента распределения получено выражение следующего вида:

/Ср = (бСх(293/гГ)/сисх> (10)

где Ъ, п, т — эмпирические коэффициенты, зависящие от природы исследуемых растворов и типа мембран.

Экспериментальные и расчетные величины коэффициентов диффузии для мембраны ОПМ-К в водном растворе анилина и морфолина представлены на рис. 5.

а) б)

Рис. 5. Зависимость коэффициента диффузии от концентрации исходного раствора анилина (а) и морфолина (6) для мембраны ОПМ-К:

/ - 293 К; 2 -298 К; 3 - 305 К; 4 - 318 К; • - расчетная

Для теоретического расчета коэффициента диффузии получено выражение следующего вида:

Ол = [кх Скг ехр(С*3) ехр(£4 /Г))Др , (11)

где к\, к2, к4 - эмпирические коэффициенты, зависящие от природы исследуемых растворов и типа мембран.

На рисунке 6 приведены экспериментальные и расчетные зависимости электроосмотического потока от концентрации и температуры раствора.

Теоретические значения электроосмотического потока рассчитываем по формуле:

ГЭ0=Вехр(иС„сх)ехрЙ/Г)гл. (12)

8,3 С"" кг/м 12,3

б)

Рис. 6. Зависимость электроосмотического потока от концентрации исходного раствора анилина (я) и морфолина (о) для мембраны ОПМ-К:

/ - 293 К; 2 - 298 К; 3 - 305 К; 4 - 318 К; • - расчетная

На рисунке 7 показан характер экспериментальных и расчетных зависимостей электродиффузионного потока от плотности тока и концентрации.

кг/м *с 0,7-

0,4

0,01

0,05

б)

Рис. 7. Зависимость электроосмотического потока от плотности тока для мембраны ОПМ-К в водном растворе анилина (я) и морфолина (о):

1 -С = 0,45 кг/м3; 2 - С = 2,2 кг/м3; 3 -С = 4,4 кг/м3; 4 - С = 8,2 кг/м3; • - расчетная

Для теоретического расчета электродиффузионного потока было получено выражение следующего вида:

М„ = к(сЦс*)('"")ехР(СИСх g)exp(A/T)¿r]. (13)

На рисунке 8 приведены экспериментальные зависимости коэффициентов задержания и удельного потока растворителя от концентрации растворенных веществ в водном анилиносодержащем растворе.

к л . £

-0,5 ■»

1,2 К

0,9 0,6 0,3

|-СМ(5ИН2 (СвН5)чН2-К2*04) —N4.1 1СЛН5ЧН!*Ч«С1)

—С6Ю N(12 (С 6Н5^*-чаС!)

—^С'6Н5Р-Н2 <САН5*Н2-'НП) —X—С»НЗМН2 <1,Ы«МН1»1Ч12!ИХ

■ »■ С6Н>*Н2 »««N№»N101 —{Г6Н5ЛН2+К«С11 —X—С6Н 54 Н 2 <С6Н5 N Н2 - НЗЗ СМ)

— ГЛН5МЛ <Г6Н5.ЧН>И«25СИ.>

— N12504 (С6Н5М«2*МЦ1>1)

— Г6Н51Н2 (Г6Н5*«-НС1)

а)

б)

Рис. 8. Зависимость коэффициента задержания от концентрации неорганических веществ в водном анилиносодержащем растворе для мембран МГА-100 (я) и ОПМ-К (б)

Результаты по разделению промывных вод синтеза альтакса на гиперфильтрационном аппарате представлены в табл. 1, на электрогиперфильтрационном аппарате в табл. 2.

1. Значения коэффициента задержания и удельного потока растворителя для водного раствора, содержащего каптакс (мембрана ESPA)

Р, МПа К J, м3/(м2-с) F, м2 т, с

1 0,9375 5,743 0,0156 5580

2 0,9457 6,384 0,0156 5020

3 0,9510 7,334 0,0156 4370

4 0,9550 8,853 0,0156 3620

2. Величины коэффициента извлечения и удельного потока растворителя (мембрана ESPA)

C7H5NS2 NaOH Р, МПа NaOH C7H5NS2 NaOH c7h5ns2 J-106, м/с

Г кг/м3 с ^ - пер, кг/м3 Кт

11,604 3,824 1,5 1,981 0,0797 0,518 0,007 2,8

о 7,942 2,18 2 1,113 0,0291 0,511 0,004 6,036

cd b¿¡ 9,2 2,33 2,5 1,24 0,038 0,544 0,004 6,15

11,557 2,436 3 1,346 0,0593 0,553 0,005 6,036

11,604 3,824 1,5 1,88 0,4033 0,498 0,035 1,89

Ч О 7,942 2,18 2 1,072 0,0608 0,492 0,008 5,09

< 9,2 2,33 2,5 1,28 0,22 0,561 0,024 4,58

11,557 2,436 3 1,608 0,3016 0,660 0,026 3,56

Экспериментальные исследования по влиянию концентрации на коэффициент извлечения и удельный поток растворителя при электрогиперфильтрационном разделении водных растворов, содержащих сульфаты анилина и морфолина, приведены на рис. 9.

Рис. 9. Зависимости коэффициента извлечения и удельного потока растворителя от плотности тока:

а - водный раствор сульфат анилина, мембрана МГА-100; 1 - С„сх = 0,705 кг/м3; 2 - С„„ = 0,725 кг/м3; б - водный раствор сульфат анилина, мембрана ОПМ-К; I - Сшх = 0,37 кг/м3; 2 - С„сх = 0,65 кг/м3

Для расчета коэффициента извлечения использовали модифицированную формулу Н.В Чураева и др., согласно которой

—-

1

1 +

*л

--1

1-ехр

МУ"Л

Ок„1Ц + Мх

(14)

хр(-/с3 у)

где къ къ - эмпирические коэффициенты, характеризующие систему мембрана-раствор.

Для теоретического расчета коэффициента задержания было получено выражение следующего вида:

1 -• 05)

К = \ —

1 +

1

-1

1-ехр

МУ'л

Од К1ц+м31

хр(-М)

Для теоретического расчета удельного потока растворителя через прикатод-ную мембрану было получено выражение следующего вида:

J = k{Ap-{в ехр(яСисх) ехр(Л/Г);'Т|)), (16)

где В, п, А - числовые коэффициенты; к - коэффициент водопроницаемости мембраны, м/(с-МПа);

При расчете радиуса пор методом гидродинамической проницаемости использовалась формула:

г = ^24уц5/{*%1УАр), (17)

В таблице 3 приведены результаты расчетов радиуса пор методом гидродинамической проницаемости (Г= 293 К) по формуле (17).

3. Результаты экспериментальных и расчетных данных по радиусу пор

Мембрана Р, МПа V, мл Гер, НМ

2,0 12,0 2,27

МГА-100 3,0 16,0 2,06

4,0 20,0 1,99

2,0 95,0 7,72

ОПМ-К 3,0 158,0 7,1

4,0 214,0 7,17

2,0 22,0 3,22

МГА-90П 3,0 35,5 3,21

4,0 43,0 3,14

Четвертая глава посвящена усовершенствованию математической модели и разработке методик расчета электрогиперфильтрационного аппарата. Математическое описание процесса основано на уравнении гидродинамики движения раствора и уравнении конвективной диффузии в канале, образованном двумя мем-

бранами. Отличие данной модели от разработанных моделей состоит в том, что влияние электрической составляющей учитывается через электроосмотический и электродиффузионные потоки. В модели приняты допущения: скорость электродных реакций намного выше скорости массопереноса, поток жидкости стационарен, ламинарный режим течения жидкости с Ле < 2300, плотность тока намного ниже критическом (I = 1000 А/и2), микропотоки учитываются через коэффициент извлечения.

Математическая запись задачи:

— + — -о-

Эх ду

—+ и— + ¥— = -1— + у| Эт Эх ду р Эх

дУ ггд У „д У 1 дР

-+ и-+ V-=---+ V

Эт Эх ду р ду

д2и | д2ил

дх2 + ду2

д2У д2У дх2 + ду2

Начальные условия:

дх ду ду

С(0,у) = Сш

(18)

(19)

(20) (21) (22)

Граничные условия с учетом модифицированного выражения для уравнения конвективной диффузии: /

1 +

--1

1 -ехр

Г МУЛ Л

Оякг1Ц+М31

хрМз-0

= (23)

ду

1

1 +

—1

1—ехр

__МУл

= (24)

ду

В результате преобразований получаем систему уравнений, решением которой являются кинетические зависимости коэффициентов разделения.

дх ду ду

(25)

Л(х) = к

ДР-

Вехр(«С)-ехр^г^ ; /2{*,У) ^(Ц^О** ~У2)- (26>

Проверка адекватности модели заключалась в сравнении расчетных средних значений коэффициентов на выходе из аппарата (рис. 10). Расчетный алгоритм реализован в виде программы на ИАОзШШо 2010 и позволяет визуализировать полученные результаты.

Рис. 10. Экспериментальные и расчетные данные по коэффициенту извлечения (МГА-100) для растворов сульфата анилина (я) и сульфата морфолина (б):

1 - 293 К; 2-298 К; 3-305 К; 4 - 318 К

В методике расчета используется уравнение взаимосвязи коэффициента задержания и удельной производительности.

•/^-К«-1"0), (27)

где - константа проницаемости по воде; Кк - коэффициент концентрирования. Затем определяем рабочую площадь мембраны в аппарате

^ = (28)

Рабочая площадь элемента определяется с учетом Ем=амЬм по формуле:

^ = - 2 ((л: с/п2ер/4)+ апер Ьпер). (29)

Общее число элементов в аппарате определяется по формуле:

и = (30)

Проверку количество элементов в электрогиперфильтрационном аппарате проводим по формуле:

пэ=(Уе-(Еэ-2Еы))/Ы. (31)

С учетом полученной площади и числа элементов в аппарате переходим к методике расчета на прочность и жесткость наиболее нагруженного элемента аппарата, выполненного из конструкционного полиамида ПА-6 по формулам: - приведенный модуль упругости

Е^Е^Е„1{ЕК+Еа), (32)

где Ек и Е„ - модуль упругости для полиамида и стальной пластины; 12

- нормальные напряжения в крайних точках

в полиамиде: ъл={м^у)гл, (33)

в стальной пластине: ав=[м^у)гв. (34)

Разница в полученных данных по напряжениям и прогибам составляет не более 5%.

Пятая глава посвящена разработке и усовершенствованию технологических схем и аппаратов для очистки сточных вод в производстве химикатов-добавок. Технологическая схема по очистке и концентрированию промышленных растворов, содержащих соли анилина и морфолина, приведена на рис. 11.

Рис. 11. Электрохимическое гиперфилътрациопиое извлечение анилина и морфолина из промышленных растворов, содержащих соли органических веществ:

1 - исходная емкость; 2,6- насос; 3 - теплообменник; 4 - промежуточная емкость;

5 - электрогиперфильтрационный каскад; 7 - ректификационная колонна; 8 - блок нейтрализации; 9 - обратноосмотический аппарат; 10 - выпарной аппарат

Усовершенствована технологическая схема электрохимического синтеза альтакса, которая позволяет уменьшить расход реагентов при разделении растворов (рис. 12).

Рис. 12. Технологическая схема электрохимического синтеза альтакса с применением стадии электрогпиерфильтрационного разделения:

1 - емкость для приготовления массы; 2 - насос; 3 - электролизер; 4 - фильтр; 5 - аппарат для промывки щелочью; б, 7 - аппарат для промывки водой; 8 - сушилка; 9 - фасовочный аппарат; 10 - электрогиперфильтрационный каскад

Результаты исследований по очистке растворов синтеза альтакса приняты для использования при модернизации технологических схем очистки в НОЦ «Электрохимия», ФГБОУ ВПО «ТГТУ» - ИФХЭ РАН им. A.M. Фрумкина. Разработаны и запатентованы конструкции электробаромембранных аппаратов (пат. № RU 2411986 С2, RU 2447930 CI, RU 2403957 С1, положительное решение на выдачу патента по заявке № 2012122794/05(034642)). Разработанные аппараты предполагается использовать в технологических решениях станции ВОС-ЗОО водопроводных сооружений объекта «Вахтовый поселок перевалочной базы».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Обобщены литературные данные по существующим методам разделения растворов и определены область применения, преимущества и недостатки известных методов. Выполнен обзор имеющихся математических моделей, что позволило сформулировать цель и задачи исследуемой работы.

2. Усовершенствованы и разработаны конструкции установок и методики проведения экспериментальных исследований по определению значений удельного потока растворителя, коэффициентов распределения, задержания, извлечения, диффузии, электродиффузионного и электроосмотического потоков и радиуса пор.

3. Получены экспериментальные данные по удельному потоку растворителя, коэффициенту задержания, извлечения, распределения и диффузии, электродиффузионному и электроосмотическому потокам, по радиусам пор мембран для водных растворов солей анилина и морфолина и промывных вод синтеза альтакса в зависимости от концентрации раствора, давления, силы тока и типа мембраны. Получены аппроксимационные формулы и численные значения по эмпирическим коэффициентам для теоретического расчета кинетических кривых по коэффициентам массопереноса.

4. Усовершенствована математическая модель электрогиперфильтрацион-ного извлечения веществ посредством учета электродиффузионной и электроосмотической составляющей процесса, что позволяет рассчитывать концентрации веществ в пермеате и ретентате с учетом изменения концентраций в исходном растворе. Проверена адекватность разработанной математической модели путем сравнения экспериментальных и расчетных данных. Расчетный алгоритм реализован в программе RADstudio 2010 и позволяет визуализировать полученные результаты. Разработаны методика и программы расчета аппаратов (свидетельства № 2012615861 и 2012616228), позволяющие определять рабочую площадь мембран и количество элементов в аппарате. Предложена методика расчета корпуса электробаромембранного аппарата на прочность и жесткость, позволяющая определить оптимальные конструктивные параметры корпуса аппарата.

5. Разработаны и запатентованы конструкции электробаромембранных аппаратов (пат. № RU 2411986 С2, RU 2447930 CI, RU 2403957 С1, положительное решение на выдачу патента по заявке № 2012122794), позволяющие интенсифицировать процесс разделения за счет конструктивных и технологических решений.

6. Предложены технологическая схема разделения растворов сульфата анилина и сульфата морфолина с применением электробаромембранных аппаратов, которая позволяет извлекать из промышленных стоков анилин и морфолин и снизить энергозатраты на процесс разделения растворов.

7. Усовершенствована технологическая схема электрохимического синтеза альтакса путем применения в стадии очистки промывных вод электробаромем-бранных аппаратов, позволяющих разделять и возвращать продукты синтеза в процесс производства альтакса.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Лазарев, К.С. Исследование коэффициента задержания и удельной производительности в процессе обратноосмотической очистки технической воды / К.С. Лазарев, В.В. Мамонтов, Д.Ю. Редин, ВЛ. Головашин // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50, вып. 9. - С. 18 - 20.

2. Лазарев, К.С. Экспериментальные исследования влияния концентрации и температуры водного раствора сульфата железа на сорбционные свойства полимерных мембран / К.С. Лазарев, С.И. Лазарев, C.B. Ковалев, Г.С. Кормильцин // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2007. -Т. 51, вып. 3,-С. 45-47.

3. Лазарев, К.С. Регенерация обратноосмотических и электроосмофильт-рационных мембран при разделении сульфатсодержащих растворов / К.С. Лазарев, С.И. Лазарев, C.B. Ковалев // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2010. - Т. 53, вып. 2. - С. 78 - 80.

4. Лазарев, К.С. Сорбционные характеристики обратноосмотических мембран / К.С. Лазарев, B.JI. Головашин, C.B. Ковалев, П.А. Чепеняк // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2010. - Т. 10, вып. 2. - С. 201 - 207.

5. Лазарев, К.С. Экспериментальные исследования коэффициентов разделения и удельной производительности сульфатсодержащих растворов обратным осмосом / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, Г.С. Кормильцин, К.И. Кураков, П.А. Чепеняк // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. -

2010. - Т. 53, вып. 3.-С. 89-97.

6. Лазарев, К.С. Влияние рабочего давления на кинетические характеристики обратноосмотического разделения промывных вод содержащих альтакс / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, Е.Ю. Кондракова, Е.С. Бакунин // Вестник ТГУ. -

2011.-Т. 19, вып. 1.-С. 103- 107.

7. Лазарев, К.С. Исследование кинетических коэффициентов обратно-осмотического разделения растворов на мембранах МГА-95, МГА-100, ОПМ-К / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, A.A. Арзамасцев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - Т. 17, № 3. - С. 726 - 734.

8. Лазарев, К.С. Электроосмотическая проницаемость обратноосмотических мембран в водных сульфатсодержащих растворах / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, A.C. Горбачев, A.B. Эрлих, М.А. Рябинский // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2011. - Т. 54, вып. 11. - С. 63-64.

9. Лазарев, К.С. Влияние плотности тока на коэффициент водопроницаемости мембран МГА-90Т и ESPA в растворах сульфанилата натрия / К.С. Лазарев, A.C. Горбачев, C.B. Ковалев, С.И. Лазарев // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2012. - Т. 14, № 1. - С. 25 - 28.

10. Лазарев, К.С. О кинетических коэффициентах обратноосмотического разделения водных анилинсодержащих растворов / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, A.A. Арзамасцев, O.A. Абоносимов // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2012. - Т. 14, № 2. - С. 189 - 196.

11. Лазарев, К.С. Влияние технологических и конструктивных параметров на прочность и жесткость фланца электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа / К.С. Лазарев, В.И. Кочетов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2012. - № 6. - С. 8 - 12.

12. Лазарев, К.С. Ультрафильтрационная очистка и потоки вещества при разделении растворов органического синтеза / К.С. Лазарев, В.Ю. Попов, С.И. Лазарев // Вестник Дагестанского государственного университета. Химия. - 2012. -Вып. 1.-С. 197-201.

В материалах международных научных конференций:

13. Lazarev, K.S. Some features of regeneration reverse osmosis membranes / K.S. Lazarev, A.V. Ehrlich, S.V. Kovalev // International scientific conference «Membrane and sorption processes and technologies». - Kyiv : NaUKMA, 2010. - P. 21.

14. Lazarev, K.S. Developmen and research elektrobaromembranes apparatus / K.S. Lazarev, S.V. Kovalev, A.A. Arzamastsev // Ion transport in organic and inorganic membranes. International conference. - Krasnodar, 2011. - P. 117-119.

15. Лазарев, К.С. Особенности разработки конструкций электробаромем-бранных аппаратов для разделения водно-органических растворов / К.С. Лазарев // Актуальные проблемы электрохимии органических соединений : материалы VII Всероссийской с международным участием школы по электрохимии органических соединений. - Тамбов, 2012. - С. 110-113.

16. Лазарев, К.С. Электробаромембранная очистка промышленных растворов от солей органического синтеза / К.С. Лазарев, C.B. Ковалев, B.C. Ягубов // Промышлена экология и медицина на работа : материалы за 8-а международна научна практична конференция «Найновите научны постижения». - 2012. - Т. 29. -С. 41-43.

В патентах и свидетельствах на программы ЭВМ:

17. Пат. 2403957 РФ. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа / Лазарев К.С., Лазарев С.И., Ковалев C.B., Чепеняк П.А., Данилов АЛО. -Опубл. 20.11.2010.

18. Пат. 2411986 РФ. Электробаромембранный аппарат рулонного типа / Лазарев К.С., Лазарев С.И., Ковалев C.B., Абоносимов O.A., Ансимова З.А. -Опубл. 2.02.2011.

19. Пат. 2447930 РФ. Электробаромембранный аппарат плоско камерного типа / Лазарев К.С., Лазарев С.И., Ковалев C.B., Кормильцин Г.С., Ковалева Т.Д., Ворожейкин Ю.А., Эрлих A.B. - Опубл. 20.04.2012.

20. Положительное решение на выдачу патента по заявке № 201222794 Электробаромембранный аппарат рулонного типа / Лазарев К.С., Ковалев C.B., Лазарев С.И., Соломина O.A. - Принято 01.06.2012.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616228. Расчет кинетических параметров плоскокамерного мембранного типа / Лазарев К.С., Попов В.Ю., Ковалев C.B., Лазарев С.И., Кочетов В.И. -17.03.2012.

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615861. Расчет локальных кинетических коэффициентов в плоскокамерном электробаромембранном аппарате / Лазарев К.С., Головашин В.Л., Ковалев C.B., Акулиничев A.M., Ворожейкин Ю.А. - 27.06.2012.

Подписано в печать 14.05.2013. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 230

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

04201358137

На правах рукописи

Лазарев Константин Сергеевич

УДК 66.021.3;532.71;627.8.03

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ РЕАГЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИКАТОВ-ДОБАВОК

Специальность:

05.17.03 - «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Арзамасцев А.А.

Тамбов 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ................................5

ВВЕДЕНИЕ.................................................6

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ..................11

1.1 Традиционные методы разделения растворов...................11

1.2 Мембранные методы разделения растворов....................17

1.3 Электромембранные методы разделения растворов.............20

1.4. Кинетика электромембранного разделения растворов...........27

1.5 Математические модели, используемые для описания

кинетики электробаромембранного разделения растворов...............30

1.5.1 Математическая модель на основе уравнений гидродинамики и конвективной диффузии............................31

1.5.2 Математическая модель на основе уравнений неравновесной термодинамики......................................33

1.5.3 Математическая модель на основе уравнений гидродинамики, конвективной диффузии и уравнения Нернста-Планка ... 34

1.6 Методики расчета баромембранных аппаратов и установок......36

1.6.1 Расчет с применением эмпирических корреляций............36

1.6.2 Расчет на основе уравнения конвективной диффузии..........37

1.6.3 Расчет с использованием основного уравнения массопередачи. 38

1.6.4 Расчет на основе уравнений математической модели........38

1.6.5 Расчет по методу гидравлического сопротивления аппаратов.. .40 1.7. Аппаратурно-технологическое оформление электро- и

баромембранных процессов........................................41

1.7.1 Электро- и баромембранные аппараты плоскокамерного типа. . 41

1.7.2 Электро- и баромембранные аппараты трубчатого типа........42

1.7.3 Электро- и баромембранные аппараты рулонного типа........43

1.8. ВЫВОДЫ И ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................44

2. МЕТОДИКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ЭЛЕКТРОГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ................46

2.1 Объекты исследований....................................46

V

2.1.1 Мембраны.............................................46

2.1.2 Растворы................................................47

2.2 Методика определения потенциала поля поверхностных сил и коэффициента распределения в мембране.............................48

2.3 Методика исследования коэффициента диффузии в мембране, электроосмотического и электродиффузионного потоков................50

2.4 Методика и экспериментальная установка для исследования коэффициента извлечения, задержания и удельного потока растворителя. . 53

2.5 Методика исследования радиуса пор методом гидродинамической проницаемости...................................................58

2.6 ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ............................60

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО КИНЕТИКЕ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВ ХИМИКАТОВ-ДОБАВОК.........................62

3.1 Потенциал поля поверхностных сил и коэффициент распределения в мембранах......................................................62

3.2. Коэффициент диффузии в мембране.........................67

3.3 Электроосмотический и электродиффузионный потоки.........71

3.3.1 Электроосмотический поток...............................71

3.3.2 Электродиффузионный поток..............................74

3.4 Коэффициенты извлечения, задержания и удельный поток растворителя.....................................................77

3.5 Исследования радиуса пор обратноосмотических мембран методом гидродинамической проницаемости.................................87

3.6 ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ............................88

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАССОПЕРЕНОСА И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ...................................................90

4.1 Математическая модель массопереноса в электрохимических гиперфильтрационных процессах....................................90

4.2 Проверка адекватности математической модели...............98

4.3 Методика расчета технологических параметров электрогиперфильтрационного аппарата..............................99

4.4. Методика расчета конструктивных элементов электрогиперфильтрационного аппарата.............................102

4.5 ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ........................113

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ГИПЕРФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВ ХИМИКАТОВ-ДОБАВОК.......115

5.1 Разработка конструкций электробаромембранных аппаратов ... 115

5.1.1 Конструкции электробаромембранных аппаратов плоскокамерного типа..........................................................116

5.1.2 Конструкции электробаромембранных аппаратов рулонного типа............................................................129

5.2 Разработка технологических схем очистки и извлечения веществ

из промышленных стоков..........................................137

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ...................143

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ...............145

ПРИЛОЖЕНИЕ...........................................159

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Сисх , Спер , Срет , См - концентрация растворенного вещества в растворе, пермеате, ретентате и мембране, кг/м3;

АР, Лк- рабочее и осмотическое давление, Па Т- температура раствора, К;

3 2

3 - удельный поток растворителя, м /м «с; к- коэффициент задержания мембран;

Рэо, Рд> Рэд - коэффициент электроосмотической, диффузионной и элек-

5 2

тродиффузионной проницаемости, соответственно м /кг*с; м /с; кг/А*с Дэ,- коэффициент диффузии, м2/ с;

/у

Б0 - коэффициент диффузии в растворе, м /с;

Д„ - коэффициент диффузии в мембране, м /с;

Кт - коэффициент массопередачи, м/с;

1/, V- продольная и поперечная скорость раствора, м/с;

3 2

к] — коэффициент водопроницаемости мембраны, м /м «Па'с; кр - коэффициент распределения; 3 — толщина мембраны, м; е - пористость мембраны; Рм - рабочая площадь мембраны, м ;

¡л, V - коэффициенты динамической и кинематической вязкости раствора, Па-с; м2/с; р - плотность раствора, кг/м3; т- время, с;

с - постоянная Больцмана; г - радиус пор м; в - фактор извилистости;

К - мембранная постоянная, называемая константой Козени-Кармана; С, - электрический потенциал В;

3 2

Ко, Мэд- электроосмотический и электродиффузионный потоки, м /м с, кг/м2с;

ип - потенциал поля поверхностных сил, Дж/моль.

ВВЕДЕНИЕ

Производственная деятельность человека привела к большим преобразованиям в мире и к созданию мощного промышленного потенциала. Вместе с этим резко ухудшилось состояние окружающей среды. Загрязнение водного бассейна отходами достигло огромных размеров, приводящих к истощению не возобновляемых природных ресурсов, в первую очередь, пресной воды, то есть, по сути, водные бассейны сейчас превращаются в коллекторы сточных вод. Дальнейшее ухудшение состояния водного бассейна может привести к отрицательным последствиям для всего животного мира. Поэтому необходима разработка и внедрение высокоэффективных технологических процессов, особенно для химической промышленности и смежных с ней отраслей производства!^ 1].

В последнее время во всем мире наметилась тенденция для решения задач экологии применять процессы мембранной технологии. Мембранные процессы начали широко использовать для выделения вредных и ценных компонентов, разделения водных растворов, водоподготовки и очистки сточных вод. Сейчас методы мембранной технологии пытаются применять для концентрирования растворов, содержащих низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества, в химической, нефтехимической промышленности. Известно, что при помощи мембранных методов можно выделить до 80ч-90% солей из водных растворов [2].

Наиболее важной особенностью мембранной технологии является получение чистых продуктов, свободных от каких-либо примесей и взвесей, сконцентрированных и сохранивших первоначальные свойства, не применяя энергозатратные технологии. Энергозатратные процессы (выпарка, испарение, дистилляция, экстракция, ректификация) уступают по количественным, качественным и экологическим показателям мембранным методам. В химической промышленности особенно остро стоит задача по очистке промышленных стоков производства химикатов-добавок от реагентов их синтеза [2].

Потребность в мембранной технологии требует проведения комплекса систематизированных экспериментальных и теоретических исследований с целью повышение эффективности процесса очистки промышленных стоков от токсичных веществ. Как известно, соли анилина, соли морфолина и их производные, являющиеся исходными продуктами для синтеза химикатов-добавок, относятся к особому классу токсичных веществ.

В настоящей работе изучалось влияние кинетических и технологических параметров на процесс электрохимической гиперфильтрационной очистки промышленных стоков от реагентов производства химикатов-добавок.

Работа выполнена при поддержке федерально-целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и «Развитие научного потенциала высшей школы» по ГК №16.740.11.0525, № 14.740.11.1028, №16.740.11.1028 и по соглашению № 14.132.21.1472.

В работе использовались материалы трудов отечественных и зарубежных ученых Дытнерского Ю.И., С.Т. Хванга, К. Каммермеера, М. Мулдера, В.А. Шапошника, Н.В. Чураева, К.К. Полянского, В.Ф. Селеменева, Ф.Н. Карелина, Т. Маццуры, P.E. Кестинга, В.В. Котова, В.И. Заболоцкого, В.Б. Коробова и других.

Цель работы: исследование кинетических закономерностей и разработка технологического оформления процесса электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.

Задачи работы:

1. Обобщить литературные данные по существующим методам очистки промышленных стоков и растворов и их технологическому оформлению.

2. Разработать методики проведения экспериментов и усовершенствовать конструкции установок для исследования кинетики электрохимической гиперфильтрационной очистки сточных вод от реагентов производства химикатов-добавок.

3. Провести экспериментальное исследование кинетических коэффициентов электрохимической гиперфильтрационной очистке сточных вод производства химикатов-добавок.

4. Усовершенствовать математическую модель процесса электрохимической гиперфильтрационной очистке сточных вод производства химикатов-добавок.

5. Разработать методики и программы расчета электрохимического гиперфильтрационного аппарата для извлечения органических веществ из промышленных стоков и растворов.

6. Разработать и запатентовать конструкции электробаромембранных аппаратов плоскокамерных и рулонных типов.

7. Разработать технологическую схему очистки промышленных растворов от сульфата анилина и сульфата морфолина с применением стадии электрохимического гиперфильтрационного извлечения.

8. Усовершенствовать технологическую схему очистки промышленных стоков производства альтакса.

Научная новизна.

Впервые получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов диффузии, электроосмотического и электродиффузионного потоков анилина и морфолина из водных сульфатсодержащих растворов в зависимости от концентрации, температуры и плотности тока. Экспериментально исследованы и рассчитаны коэффициенты извлечения, задержания и удельный поток растворителя при разделении водных растворов сульфата анилина, сульфата морфолина и промывных вод синтеза альтакса в зависимости от рабочего давления, плотности тока и температуры.

Впервые экспериментально измерены величины радиусов пор гиперфильтрационных мембран методом гидродинамической проницаемости.

Усовершенствована математическая модель процесса электрохимического гиперфильтрационного извлечения органических веществ из промыш-

ленных стоков путем учета электроосмотического и электродиффузионного потоков.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработаны и запатентованы электробаромембранные аппараты (патенты № RU 2411986 С2, № RU 2447930 CI, № RU 2403957 С1). Получено положительное решение на выдачу патента по заявке №2012122794/05(034642). Разработаны методики и программы расчета кинетических и технологических параметров процесса электрохимического гиперфильтрационного разделения растворов (№ 2012615861 и № 2012616228).

Разработана технологическая схема для разделения и концентрирования сточных вод, содержащих сульфаты анилина и сульфаты морфолина. Усовершенствована технологическая схема производства альтакса, позволяющая проводить очистку промывных вод и возвращать продукты разделения в производственный цикл.

Положения, выносимые на защиту.

Результаты по разработанным методикам и экспериментальным установкам.

Данные по кинетическим коэффициентам процесса очистки сточных вод.

Кинетические закономерности и их математическое описание

Усовершенствованная математическая модель процесса очистки сточных вод.

Результаты по разработке и апробации конструкций аппаратов и технологических схем процесса очистки промышленных стоков от реагентов производства химикатов-добавок.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены на: XIX - XXII Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, г. Ярославль, г. Саратов, г. Псков, 20062009 г.); Международной конференции «Ion transport in organic and inorganic membranes» (Tuapse, 2011); 77-ой научной конференции молодых ученых,

аспирантов и студентов (Украина, 2010); Международной конференции «Решение региональных экологических проблем» (г. Тамбов 2011).

Публикации.

Основные результаты данной научной работы нашли отражения в 16 публикациях, из которых 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ («Химическое и нефтегазовое машиностроение», « Известия вузов. Химия и химическая технология», «Вестник Тамбовского государственного университета», «Сорбционные и хромотографические процессы», «Вестник Тамбовского государственного технического университета», «Конденсированные среды и межфазные процессы», «Вестник Дагестанского государственного университета»), трех патентах, одном положительном решении на выдачу патента и двух программах на ЭВМ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка используемых источников и приложения. Диссертация содержит 223 страницы машинописного текста, в том числе 73 рисунка, 22 таблицы. Список цитируемых источников включает 149 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов.

Приношу глубокую благодарность за научные консультации при выполнении диссертационной работы кандидату технических наук (научному консультанту) Ковалеву Сергею Владимировичу, профессору Кормильцину Геннадию Сергеевичу и доценту Головашину Владиславу Львовичу.

Выражаю признательность коллективу кафедры «Прикладная геометрия и компьютерная графика» за разностороннее содействие при выполнении ряда работ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

1.1 Традиционные методы разделения растворов

Традиционные способы разделения промышленных растворов и стоков условно можно разделить на четыре основные группы - механические, меха-но-химические, физико-химические и биохимические методы [1,3- 4].

К механическим методам разделения водных растворов относятся: Отстаивание - это способ очистки растворов и стоков от грубодис-персных механических примесей под действием сил гравитации. Его используют в водоподготовке для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Отстаивание или, как его иногда называют, осаждение, является важным процессом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. Оно применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения [1,3,5].

Фильтрование - это процесс разделения водных растворов под действием градиента гидростатического давления. В ходе процесса фильтрования из раствора извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В ряде технологических процессов водоочистки, как правило, завершающим методом является фильтрование [6].

Кмехано-химическим методам разделения растворов относятся: Коагуляция - это процесс слипания частиц в водной среде с целью образования крупных агрегатов. В результате протекания процесса коагуляции водная система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупными и не могут участвовать в броуновском движении [5, 6]. Коагуляция является процессом, в котором происходит

не только уменьшение межфазной поверхности, но и снижение свободной поверхностной энергии.

В производственных процессах разделения водных систем протекают две стадии коагуляции. На первой стадии наблюдается скрытая коагуляция. Здесь маленькие частицы у�