Определение эффективности разделения моно и двухвалентных ионов нанофильтрацией в хлоридных растворах высоких концентраций

Аржанова Е.Б., Гладуш М.Г., Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е. , Никольский В.М.

Часть 1

Поведение нанофильтрационных мембран при разделении растворов электролитов с большой ионной силой, состоящих из разновалентных ионов до сих пор не достаточно исследовано и не объяснено в достаточной мере.

Большинство исследований, проведенных за последние годы, были выполнены для растворов с низким солесодержанием и были направлены на исследование в основном извлечения двухвалентных ионов, таких как соли жесткости и сульфаты.

Ранее нами было показано [1], что по мере увеличения концентрации раствора происходит существенное изменение селективности нанофильтрационных мембран по одно и двух зарядным катионам. Для исследованных нанофильтрационных мембран селективность по Na + может стремиться к 0, а селективность по Ca +2 , Mg +2 при этом составлять 50-80%, и еще значительно больше для многовалентных ионов тяжелых металлов. На практике это дает возможность выделять из солевых растворов, например, шахтных вод, ценные компоненты или организовать оборотное использование регенерационных растворов ионообменных фильтров.

В настоящей работе проведены эксперименты по определению эффективности разделения высококонцентрированных растворов хлоридов двухвалентных солей жесткости ( MgCl 2 , CaCl 2 ), а также их смеси с хлоридом одновалентного иона натрия ( NaCl ), отличающимися исходными концентрациями при различных удельными производительностями по пермеату.

Для проведения расширенных исследований была создана специальная установка, рассчитанная на тестирование стандартных нанофильтрационных элементов размером 4040 при давлении до 3 МПа и производительности по фильтрату 200-500 л/ч. Чтобы уменьшить концентрационную поляризацию был применен высокоскоростной поток через мембрану. Параметры работы мембран выбирались исходя из допустимых пределов, определенных производителями.

Экспериментальная установка содержит исходную емкость объемом 200 л , насос подкачки, мультипатронный микрофильтр на 7 картриджей с рейтингом 5 мкм, два последовательно включенных насоса высокого давления, один из которых оборудован частотным регулятором и собственно мембранный модуль с исследуемым элементом.

Насос подкачки обеспечивает необходимый подпор для работы насосов высокого давления и служит для приготовления солевого раствора.

Микрофильтр предназначен для удаления взвешенных частиц размером более 5 мкм.

Насосы высокого давления обеспечивают создания заданной величины высокого давления на мембранном блоке.

Мембранный блок состоит из фильтродержателя в который устанавливаются тестируемые мембраны.

Обвязка установки предусматривает организации нескольких режимов работы:

•  циркуляция: емкость – насос подкачки – емкость, для приготовления солевого раствора;

•  работа по разделению раствора с возвратом фильтрата и концентрата в емкость;

•  работа по разделению раствора с отбором части получаемого фильтрата и концентрата.

На всех линиях установлены пробоотборники. На линиях фильтрата и концентрата установлены расходомеры для контроля потоков. Манометры измеряют давление после насоса подкачки 2, первого 9 и второго 10 насосов высокого давления.

Для поддержания стабильной температуры емкость 1 снабжена теплообменником.

 

Рис. 1 Схема и общий вид экспериментальной установки: 1- емкость с исходным раствором; 2- подкачивающий насос; 3, 9, 11 – манометры; 4 – мультипатронный фильтр; 5, 6 – шаровые краны; 7, 14, 15 – ротаметры; 8, 10 – насосы высокого давления; 12 – мембранный блок; 13 – дроссель; 16, 17 – пробоотборники

Продолжение - Часть 2

Rambler's Top100 Rambler's Top100