Су және сулық жүйелердің құрылымы мен қасиеттері

Ағынды суларда бірнеше катиондар бар болған жағдайда катиониттің сыйымдылығын ең төмен сорбцияланатын ион бойынша есептейді. Есептік шоғырын барлық бөлініп алынатын катиондардың жиынтығына тең деп алады.

Ағынды суларда кальций иондары жоғары болған жағдайда катионит қабаты гипстеліп қалмау үшін оны жаңғыртуға тұз қышқылын немесе натрий хлоридін пайдаланады.

Катиониттерді жаңғыртқанда пайда болатын элюаттар неше түрлі металдар тұздары қоспасының қышқыл ерітінділерінен тұрады. Мұндай элюаттарды металдарды бөліп алу ушін пайдалану мақсатында қайта өңдеу күрделі, әрі көп еңбекті қажет етеді [14,15].

 

Жұмыс қысымының металл құрамдастарын мембраналық бөлу тиімділігіне әсері.

Мембраналық үрдістің қазғалыс күші болып жұмыс қысымы

5

табылатыны белгілі. Оның өсуі мембрананың меншікті өнімділігі мен сұрыптаушылығының өсуіне әкелетіні сияқты, оған кері нәтижеге де әкеліп соғады. Сол себепті эксперимент жүзінде жұмыс қысымының мәнін анықтап табу қажет, себебі ол қажетті сұрыптаушылықты,үрдістің жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді. Қысымның мембрана сұрыптаушылығы мен өткізгіштігіне әсерін анықтайтын тәжірибелер КО (КО-1, КО-3) сериялы полиэлектролиттерді пайдалану арқылы жүргізілді. Бөлінетін ерітіндідегі қорғасын, кадмий, мырыш, мыс иондарының шоғырлары, полиэлектролиттің дозас 0,2% болғанда сәйкесінше: РЬ-2,1 мг\л; Cu-4,4 мг\л; Zn-1,8 мг\л; Cu-0.3 мг\л.

Алынган нәтижелердің талдауы көрсетип отырғандай, КОУФ үрдісін жүргізгенде жүйедегі1 кысымныңөсуі мембрананын өткізгіштігініңөсуі мен сұрыптаушалағанын 99%- дан (Р=0,1 Мпа кезинде) 95%га дейин (Р=0,5

күрделі, әрі көп еңбекті қажет етеді.

 

2. Мембраналық  үрдістер олардың ілімдік негіздері  мен қолдану салалары, болашағы

 

Мембраналық әдістер. Қазіргі кезде барлық елдерде мембраналарды теңіз суын тұщыландыруға, сұйық қоспаларды олардан бағалы құрамдастарды рекуперациялап алып тазалауға, жоғары молекулалық қоспаларды тазалау мен бөлуге, электролиттерді шоғырландыруға, фармацевтика мен тамақ өнеркәсібінде және т.б. салаларда қолданады.

1968 жылы Михаэльс баромембраналық әдістердің артықшылықтарын біріктіретін әдіс ұсынды. Ұсынылған әдіс жоғары өнімделген басқа жоғары таңдаулығы мен бөліп алу дәрежесімен артықшыланады. Әдістің мәнісі бөлініп алынатын құрамдастарды алдын – ала үлкейген өлшемді комплекске сұрыпты – реагентпен байланыстырып, содан кейін оны ультрафильтрация үрдісі (КОУФ) барысында бөліп алуда болып табылады. КОУФ әдісімен бөлу үрдісінің үлгісі 1,1-суретте көрсетілген. Бөлінетін ерітінді комплекс түзілетін реакторлы сыйымдылыққа келіп түседі. Ерітіндінің рН мәнін реттеп алғаннан кейін оған бөлінетін металл ионын комплекске байланыстырушы комплекс түзуші реагент беріледі. Бұл ерітінді ультрафильтрациялық аппаратта өңделеді.Үрдіс барысында мембрана үлкейтілген өлшемі металл ионын ұстап қалып, перматқа комплекске байланыспаған металл иондарын еркін өткізіп жібереді.

Мақсатты бөлініп алынатын құрамдас бойынша шоғырландырудың қажетті дәрежесіне жеткен соң, концентрат өңделу үшін жаңғыртқышқа жіберіледі. Концентратты өңдеу комплексті ерітіндіден бөлініп алынып тасталатын құрамдастарға және комплекс түзуші реагентке ыдырату, содан кейін комплекс түзуші лигандты шоғырландырылған алынып тасталатын ингредиенттен бөлу болып табылады.Жаңғыртылған комплекс түзуші агент комплекс түзу сатысындақайта пайдалану үшін реакторға қайтарылады.Құрамында мақсатты өнім алынылып, шоғырландырылған ерітінді пайдалануға жіберіледі.

Бөлініп алынатын комплекстің мөлшері аз болғанда комплекс түзуші агент ретінде төмен молекулярлы қосылыстар пайдаланылып кері осмос әдісі қолданылады.Бұрыннан белгілі мұндай әдістердің бірлестігі бөлудің жоғары өнімділігі мен нәтижелігін қамтамасыз етпейді, концентрат бөлінетін ерітіндінің барлық құрамдастарымен байытылады. Ол өз кезегіне деингі редиенттен бөлу болып табылады.Осындайфакторларды болдырмау үшін байланыстырушы агенттер ретінде микролигонтарды, ал бөлу үшін ультрафильтрация (КОУФ әдісін) жиі қолданады.Соңғы жылдары КОУФ әдісіне қызығушылық бірден өсті. Ол белгілі мембрана әдістерден-кері осмом пен УФ-дан өзінің жоғары таңдаулығымен, жоғары өнімділігімен, жақсы үйлесетіндігімен тиімді ерекшеленеді.КОУФ әдісін іс жүзіне асыруымен өнеркәсіптің  ұйық қалдықтарының бағалы құрамдастарын жаңғырту мен пайдалануға кең мүмкіндіктер ашылды.

 

Бастапқы ерітіндіЖаңғыртылған комплекстүзуші

 

Концентрат                                                  4

 

Комплекстүзуші

 

                                                                                                                       5

                                       1                         

1                                                                                          3

                                                     2

1-Комплекс түзетін реактор;2-сорап;3-ультрафильтрациялық аппарат;

4-зентиль; 5-жаңғыртқыш.

КОУФ әдісімен бөлу үрдісінің принципиальды сызбасы

 

КОУФ әдісін іс жүзіне асыруымен өнеркәсіптің ұйық қалдықтарының бағалы құрамдастарын жаңғырту мен пайдалануға ең мүмкіндіктер ашылды. КОУФ –қа деген үлкен қызығушылық қазіргі кезде неше түрі комплекс түзуші реагенттерді синтездеу технологиясының жақсы игерілгеніне байланысты. Олардың көбісі бүгінгі күні өнеркәсіптік ауқымда шығарылады және жүйелерді өңдеу үрдістрінде қолданылады. КОУФ жайлы белгілі мәліметтердің арасыда бұл әдісті металл иондарына сұйық жүйелерден сұрыпты бөліп алуға пайдалану мүмкіндігін анықтауға арналған зерттеулер нәтижесі іс жүзіндеүлкен қызығушылықтанытуда. Құрамында лиганды бар концентратты өңдеу барысында мақсатты тауарлық өнім алу мүмкін болуда.

ІІІ.Ағынды суларды мембраналық тазалау технологиясын дайындау.

1.Құрамында металы  бар ағынды суларды тазалап  қайта пайдалану технологиясы.

Зерттеу нысандарын сипаттау. Металл өндірісінің қайта өңделетін шикізаттарының әртүрлігі, технологиялық үрдістердің күрделілігі мен көпсатылылығы үлкен мөлшерде ағынды сулардың  пайда болуына, олардың әртүрлі ауыр металдардың улы иондармен жоғары дәрежеде ластануына әкеп соғады.

Сол себепті жұмыстың бірінші сатысында ағынды сулардың шығу көзі мен құрамын анықтау мақсатында Қарағанды металлургиялық зауытының негізгі өндірістік цехтарының жұмыс тәртібі тексерілді.

Тексеру барысында ағынды сулардың сынамалары алынып,олардың құрамындағы ауыр металдардың-кадмий,қорғасын,мырыш,мыс және мышьяк иондары мөлшері анықталды

Металл өндірісінің тазалау құрылымдарына келіп түсетін ағымды

судың негізгі құрамдастарының құрамы

 

Цехтың, бөлімнің аты	Ауыр металдар иондардың құрамы, мг/л
	рН	рb	Cu	Cd	Zn	As
1.Аглоцехтағы электрофильтренен  шығатын ағынды су 2.Химия-металлургиялық цех 3.Шақпақтау цехтың сілтілік  суы 4.Вагондарды жуатын станция  ағынды су 5.Жалпызауыттық ортақталған  ағынды сулар	3.4-8.7       5.9-13     8,4-10,2     6,0-10     3,6-7,3	20-3500       7-128       0,06-0,7     0,3-6,0     5,0-120	0.25-1       50.02-2       0,001-0,33   0,01-01     0,05-2,0	20-1700       2.5-110       0,06-0,5     0,3-3,5     4,0-147	15-1300       9.0-70       0,1-9,0     0,5-0,75     3,0-164	4.0-40       0.8-2.0     0,2-1,0   0,4-0,5

 

Кестеде көріп тұрғанымыздай, зауыттың әртүрлі цехтарынан шығатын ағынды судың құрамы едәуір шамада екен. Айта кетерлік жағдай, осы бағалы металдар қазіргі пайдаланып отырғант үлгі бойынша шламдар түрінде шламжинақтағыштарға жіберіледі.

Кестені сараптау нәтижесі жыл сайын қорғасын өндірісінің ағында сумен бірге қоршаған ортаға 1,8-4 тоннаға дкйін қорғасын, 35-65 тонна кадмий, 21-35

тонна мырыш, 0,2-1 тонна мыс тасталынатын, сол себепті оларды ажыратып

алу мен қайта пайдалану қоршаған ортаны қорғау мен минералды шикізаттарды тиімді пайдалану мәселелерін шешуге мүмкіндік туғызады.

Эксперименттер нәтижесі оларды талқылау. Металқұрамыды ағынды суды тазалауда суда еритін полиэлетролиттерді пайдалану суда еритін немесе тігілген макроқұрамдас полиэлектролит-металл пайда болуына әкеліп соғады. Ерітіндіден суда еритін полмерметалды кешенді бөліп алуды әдеби шолуда көрсетілгендей, мембраналық комлекс түзу-ультрафильтрация (КОУФ) әдісімен іске асыруға болады.

Ағынды судан металдарды тігіліп макроқұрамдас комлекс түзуарқылы ажыратуға мүмкіндік беретін полиэлектролиттер ретінде КО-1, КО-3, ПЭИ пайдаланылды. КО-1,3 полиэлектролиттері нитрил-акрил қышқылы және оны айдаудан қалған кубтық қалдықтар негізінде синтезделеді. Полиэлектролитимин (ПЭИ) сияқты КО маркалы полиэлектролиттер де сериялы түрде зауыттарда шығарылады . Тәжірибелер алдын ала тазартудан өткен жалпы зауыттық ағынды суда жүргізілді.

Полиэлектролит – метал макрожүйесін ағынды сулардан мембраналық ажырату үрдісінің тиімділігіне жұмыс қысымы мен бөлінетін ерітіндінің ағыс жылдамдығы кәдімгідей әсер етеді. Осы факторлардың оптимал мәндерін таңдап алу  көп жағдайда ағынды суды тазалау үрдісінің тиімділігін  анықтайды. Ионды дисперленген металдарды гетерогенді жағдайда жоғары дәрежеде ауыстыруды қамтамасыз ететін аталған ағында суды реагентті тазалау үрдісін іске асырудың оптимал шартарын іздестіру өнделетін судың рН –ы мен полиэлектролиттің мөлшері сияқты параметрлерін түрлендіру арқылы іске асырылды.

Жұмыстың бірінші сатысында өңделетін ағынды судың рН-ның металдарды бөліп алу тиімділігіне әсері зертелді. Жүргізілген зерттеулер нәтижесі көрсеткендей, зертеліп жатқан ағынды судан метал-ионды рН 6,5-8,5 интервалы аралығында едәуір тиімді бөліп алуға болады. рН-ты одан әрі жоғарлату тазалау дәрежесінің елеулі өсуіне  әкелмейді. Сондай-ақ тазалау тиімділігі әдәуір дәрежеде қосылатын полиэлектролииттің дозасына да байланысты. Полиэлектролит аз дозада қосылған жағдайда тазаланған  суда қорғасын ионының мөлшері 0,1мг/л болады, ол МШШ қалыпына сәйкес. Қосылатын полиэлектролиттің дозасын көбейткен сайын ағынды суды   қорғасыннан  тазарту дәрежесінің  төмендейтіні байқалады. Бұл макролиганттың функционалдық топтарының  металдармен толық байланысуымен  түсіндіріледі, соның салдарынан полиэлектролиттің полимерлі шынжыры тігілмейді, полилигандтық бос белсенді орталықтары еріген, сондықтан да полимерметалдарды комплекс тұрақталған және ерітіндіден шығарылмайды. Полиэлектролиттің аз дозасында ерітіндіде тігілген макроқұрамдас полиэлектролит-метал түзіледі.

Мұндай макрожүйенің түзіліуі оның гидравликалық ірілігін елеулі мөлшерде өсіреді және сол себепті сулы

фазадан КОУФ әдәсәмен соңғы ультрафильтрациялық бөлудің тімділігін арттырады.

Металл-иондарды жоғары дәрежеде ажыратып алуды қамтамасыз ететін жұмыс қысымының оптимал мәндері 0,1-0,2 МПа-ға тең болды.

Бөлінген ерітіндінің рН-ның әсері .КОУФ үрдісіне бөлінетін ерітіндінің рН-ның әсері үлкен. Себебі рН мәндерінің белгілі бір интервалында полимерлік лигандтар және олардың құрамдастары мембрананың беті мен саңлауларында орнығады, соның салдарынан мембрананың өткізгіштігі мен сұрыптаушылығы.

Мембрананың сұрыптаушылығына бөлінетін ерітіндінің рН-ның әсерін зерттеуге арналған тәжірбиелер ПЭИ және КО – 1 полиэлектролиттерін пайдалану арқылы, жұмыс қысымы 0,1 МПа және полиэлектролиттердің мөлшерінің кадмий мен мырыш иондарына 6:1 қатынасында жүргізілді.

Алынған нәтижелердің талдауы көрсеткендей рН-тың мәні өскен сайын сұрыптаушылық өсіп отырады, бұл жағдай кадмий мен мырыш иондарының полиэлектролит-реагенттермен комплекс түзу дәрежесінің өсуімен түсіндіріледі.КОУФ үрдісінің сұрыптаушылығы рН>6-да комплекс түзуші ретінде ПЭИ-ді, рН>8,5-те комплекс түзуші ретінде КО-1-ді пайдаланған кезде 97-98%-ға жетіп тұрақталды.

Комплекс түзуші – полиэлектролитті  жаңғыртуға арналған технологиялық тәжірбиелер.Кешен түзуші – полиэлектролитті қайта пайдалану мақсатында жаңғырту мүмкіндігі едәуір мөлшерде ұсынылып отырған әдістің экономикалық тиімділігін арттырады.

Комплекс түзуші агентті жаңғырту полиэлектролит-металл комплексін құрамдастарына ажыратып ерітіндіден комплекс түзушіні (полиэлектролитті) бөліп алу үрдістерінен тұрады.

Қоспадан бастапқы ағынды судың шоғырланған металл құрамдастарын бөліп ала алатын болса, онда үрдістің тиімділігі одан ары жоғарылайды.Іс жүзінде полиэлектролиттерді жаңғырту әдістері комплексті құрамдастарына бөліп,сосын оларды ажырату арқылы іске асырылады.Бұл тұста аппараттық көркемдеу және іске асырылу жағынан қарапайым әдіс полиэлектролиттерді химиялық жаңғырту болып табылады.Мұндай жаңғыртудың негізгі шарты ретінде бөлінетін ерітіндіде комплекс ыдырайтын рН шамасын айқындау керек.

Лигандты бірнеше қайтара пайдалану мүмкіндігін анықтау үшін құрамында 104 мг/л кадмий мен ПЭИ сегіз қайтара мольдік артығы бар.

 

 

 

 

 

 

 

Ағынды су Кешен түзуші

 7