Электромембранный метод очистки водных систем

• Автор: Гуляева, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРА ТУРНЫЙ ОБЗОР

1 Физикохимические основы процесса электродиализа.

2 Интенсификация процесса электродиализа.

2.1 Гидродинамическая интенсификация

2.2 Негидродинамическая интенсификация

3 Массонсренос электролитов в электромембранных системах.

3.1 Диффузионный слой. Концепция Нернста и концепция Левича

3.2 Основные уравнения, характеризующие конвективный массоперенос

3.3 Описание переноса ионов с электродиффузионным контролем.

3.4 Механизм переноса ионов в мембранах.

4 Принципы и классификация методов удаления отложений
4.1 Образование осадка солей жесткости при электродиализе.
4.2 Нестационарные токовые режимы. Реверсный электродиализ
5 Области применения электродиализа
5.1 Электродиализ для очистки воды и водных растворов электролитов.
Выводы. Постановка задачи исследования
Глава II. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ. ИСХОДНЫЕ РАСТВОРЫ, РЕАГЕНТЫ, МАТЕРИАЛЫ.
1 Описание лабораторной электродиализной установки.
1.1 Блок питания с импульсной переполюсовкой
2 Гетерогенные ионообменные мембраны.
2.1 Подготовка гетерогенных мембран.
2.2 Перевод мембран в солевую форму.
3 Выбор и приготовление рабочих растворов
4 Методика определения электропроводности растворов
5 Методика определения рНсреды растворов
6 Методика определения концентрации рабочих растворов
6.1 Определение концентрации хлоридиона .
6.2 Определение концентрации сульфатиона.
6.3 Определение общей жесткости.
6.4 Определение карбонатной жесткости и щелочности
6.5 Оценка погрешности экспериментального определения концентраций
7. Проведение экспериментов но гидродинамике.
7.1 Оценка погрешности экспериментального определения гидродинамических характеристик мембранного модули.
8. Проведение экспериментов по массопереносу.
8.1 Методы измерения чисел переноса ионов через мембраны
Заключение по главе II
Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИД РОДИН А МИКИ МЕМБРА ИНОГО МОДУЛЯ. РЕЗУЛЬТА ТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
1 Особенности работы мембранного модуля с тонкими щелевыми каналами
2 Гидравлическое сопротивление мембранного модуля
3 Анализ влияния гидравлических и конструктивных параметров на эффективность процесса
Заключение по главе III.
Глава IV. ИССЛЕДОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА МЕМБРАННОГО МОДУЛЯ. РЕЗУЛЬ ТА ТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1 Массонеренос в электромембранной системе.
2 Разделение реальных сульфатных растворов.
Заключение по главе IV
Глава V. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗ С ИМПУЛЬСНОЙ ПЕРЕПОЛЮСОВКОЙ
1. Термодинамические и кинетические особенности процесса электродиализа вод, содержащих ионы жесткости
2 Математическое описание образования осадка солей жесткости на ионитовых мембранах в электромембранных системах.
3. Реверсный электродиализ
3.1 Постановка задачи реверсного электродиализа
3.2 Теоретическое описание реверсного электродиализа.
3.3 Верификация модели.
Заключение по главе V
Глава VI. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
1 Варианты схем очистки сточных вод с производства стекловолокна
2 Сравнительный анализ методов очистки сточных вод.
3 Технологическая схема очистки сточных вод ОАО Терм НПО Стеклопластик
4 Оценка техникоэкономической эффективности переработки сернокислотных стоков ОАО Терм НПО Стеклопластик
5 Получение обессоленной воды
6 Масштабирование электрохимических характеристик электродиализаторов.
6 Алгоритм расчета основных характеристик электродиализа.
Заключение по главе VI
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Увеличение количества и мощности источников электроэнергии, значительные успехи в области конструктивных разработок электролизеров, появление новых электротехнических материалов, в том числе малоизвнашивающихся, стойких к анодной поляризации электродов, позволяют предполагать, что установки, действующие на основе принципов воздействия электрофизических и электрохимических факторов, найдут широкое применение в технологии водо под готовки и локальной очистки промышленных сточных вод. Практическая реализация метода связана с разработкой конструкции электродиализной установки, выбора материала электродов, ионообменных мембран, отработки технологического режима процесса применительно для каждого конкретного случая. Большую роль в развитии метода электродиализа в нашей стране сыграли труды и монографии Ю. И. Дытнерского, Н. В.К. Варснцова, Н. И. Николаева, II. П. Гнусина, В. Д. Гребенюка, Мазо, В. И. Заболоцкого, . II. Никоненко, Б. Н. Ласкорина, М. В. Певницкой, Салдадзс, О. В. Бобрешовой, О. В. Григорчук, Н. Д. Письменской, Е. А. Лукашева, В. Н. Смагина, В. А. Шапошника, Г. Г. Каграманова, Свитцова, Н. С. Орлова и др. В настоящей работе рассматривается возможность применения электродиализа для переработки как высококонцентрированных, так и слабых растворов. Электродиализ представляется перспективным и современным высокоэффективным методом переработки как с экологической, так и с экономической точек зрения. Из технологических и сбросных растворов можно получить щелочь и кислоту, которые могут быть повторно использованы в цикле производства, либо выступать как товарный продукт. Кроме того, в производстве образуется большое количество растворов низкой концентрации, которые требуют утилизации. Получение из таких растворов концентрированной щелочи позволило бы получить дополнительную прибыль. В данном случае электродиализ попутно решает и еще одну очень важную проблему утилизацию сточных вод, что очень важно для улучшения экологической обстановки на действующих предприятиях. Цель работы изучение закономерностей процесса электродиализного концентрирования и разделения с последующей разработкой безреагентной бессточной схемы очистки сточных вод и регенерации технологических растворов. Объектом исследования является процесс электродиализного концентрирования и разделения модельных и реальных растворов. В работе использованы теоретические положения гидродинамики, массообмена, математической статистики, а также методы физического моделирования и математической обработки экспериментальных данных. Оригинальные измерительные приборы для экспериментальных исследований были сертифицированы и аттестованы согласно требованиям ГОСТ и технических условий. При изучении химизма реакций использованы турбодиметрический и тетраметрический методы. Обработка экспериментальных данных проведена на ЭВМ с помощью программ , 7. Оценка достоверности результатов исследований проводилась с определением толерантного интервала погрешности. Глава I. В соответствии с международной терминологией по мембранам и мембранным процессам, рекомендуемой ШРАС 8, электродиализ это процесс мембранного разделения, при котором ионы переносятся через мембрану под действием внешнего электрического поля. Принципиальная схема электродиализатора представлена на рис. Конструкции подавляющего большинства современных электродиализаторов базируются на схеме многокамерного аппарата, который состоит из значительного числа чередующихся катионо и анионообменных мембранам, вдоль которых прокачивается обрабатываемый раствор. Под действием электрического поля, направленного перпендикулярно мембранам, катионы переносятся через катионнообменную мембрану, а анионы через анионообменную мембрану. В результате в нечетных секциях концентрация увеличивается камеры концентрирования, в четных секциях уменьшается камеры обессоливания. Рис. Разные числа переноса ионов в мембранах , и в растворе , позволяют обессоливать и концентрировать растворы электролитов, а также разделять ионные смеси. Лт. У7 число Фарадея, , число переноса противоионов в мембране. Число переноса это доля тока, переносимая ионами данного вида. Перенос ионов этого же вида в растворе . Как следствие того, что числа переноса противоионов, а также их электрические потоки в мембране больше, чем в растворе
на границе раствора с принимающей стороной мембраны снижается концентрация электролита и возникает диффузионный поток электролита, направленный к межфазной границе.