DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.16

Оцінка ефективності процесів переробки концентрованих розчинів хлориду натрію з отриманням алюмінієвого коагулянту

Yana Kryzhanovska, Mykola Gomelya, Tetyana Shabliy, Anna Vakulenko

Анотація


У роботі досліджені процеси електрохімічної переробки розчинів хлориду натрію з отриманням хлориду алюмінію і лугу в трикамерному електролізері з аніонообмінною мембраною МА-41 і катіонообмінною мембраною МК-40 та в двокамерному електролізері з катіонообмінною мембраною МК-40. Представлений спосіб переробки сольових концентратів із застосуванням розчинного алюмінієвого аноду є економічно доцільним, так як у результаті електролізу одночасно відбувається демінералізація рідких відходів до рівня нормативних вимог та виробництво з вихідних концентратів товарної продукції. Недоліком представленого способу отримання коагулянту є взаємодія алюмінію із водою. Проте, доведено, що із підвищенням анодної щільності струму під час електролізу вихід хлориду алюмінію практично повністю обумовлений електрохімічним розчиненням аноду, а хімічне розчинення алюмінію майже відсутнє. Стабільність отриманих розчинів коагулянтів протягом тривалого часу підтримується низькими значеннями реакції середовища (рН ≤ 3). Так, при силі струму 1 А (щільність струму 8,34 А/дм2) та вихідній концентрації хлориду натрію 1900 мг-екв/дм3 сумарна концентрація іонів алюмінію в отриманому розчині досягає 3884 мг-екв/дм3. На хімічно розчинений алюміній припадає не більше 12 %. За даних вихідних параметрів вихід іонів алюмінію з урахуванням хімічного розчинення аноду складає 100–108 %. Одночасно в катодній камері відбувається концентрування лугу до рівня приблизно 1500 мг-екв/дм3. Його вихід за струмом при цьому сягає 92 %. Ступінь дифузії хлорид-іонів через аніонообмінну мембрану з робочої камери в анодну область становить 99 %. Показано, що процес електролізу розчину хлориду натрію в двокамерному електролізері з катіонообмінною мембраною проходить не так ефективно, як у випадку із застосуванням трикамерного електролізера. На початковій стадії процесу вихід за струмом становить по хлориду алюмінію 61 %, а по лугу 64 %. У подальшому через отруєння катіонообмінної мембрани катіонами алюмінію, що блокують всі аніонні функціональні групи даної мембрани, процес припиняється.


Ключові слова


електродіаліз; коагулянт; хлорид алюмінію; катод; анод; знесолення води; гідроксохлориди алюмінію

Повний текст:

PDF

Посилання


Makarenko I., Hlushko O., Rycuhin V., Tereschenko O. Zastosuvannia kationitiv dlia kondytsiiuvannia vody v protsesakh yii baromembrannoho znesolennia [Application of subacid cationites for water conditioning in baromembrane demineralization]. Easten-Europe journal of Enterprise Technologies, 2013, no 3/6 (63), pp. 48–52.

Naidu L.D., Saravanan S., Chidambaram M., Goel M., Das A., Sarat J., Babu C. 2015 Nanofiltration in Transforming Surface Water into Healthy Water: Comparison with Reverse Osmosis. Journal of Chemistry, 2015, no 1–2, pp. 1–6, doi: 10.1155/2015/326869.

Epsztein R., Nir O., Lahav O., Green M. Selective nitrate removal from groundwater using a hybrid nanofiltration-revers osmosis filtration scheme. Chemical Engineering Journal, 2015, no 279, рр. 372–378, doi: 10.1016/j.cej.2015.05.010.

Goncharuk V., Osipenko V., Balakina M., Kucheruk D. Ochystka vody ot nytratov metodom obratnoho osmosa nyzkoho davlenyia [Water purification of nitrates by low-pressure reverse osmosis method]. Journal of Water Chemistry and Technology, 2013, no. 35 (2), pp. 71–75.

Akhter M., Habib G., and Qamar S. Application of Electrodialysis in Waste Water Treatment and Impact of Fouling on Process Performance. Journal of Membrane Science & Technology, 2018, no. 8(2), рр. 1–8, doi: 10.4172/2155-9589.1000182.

Lin Chen, Huiyao Wang, Sarada Kuravi, Krishna Kota, Young Ho Park, Pei Xu. 2020. Low-cost and reusable carbon black based solar evaporator for effective water desalination. Desalination, 2020, no. 483, pp. 114412, doi: 10.1016/j.desal.2020.114412.

Ferry J., Widyolar B., Jiang L., Winston R. Solar thermal wastewater evaporation for brine management and low pressure steam using the XCPC. Applied Energy, no 256, рр. 114746, doi: 10.1016/j.apenergy.2020.114746.

Wenyi Deng, Yaxin Su, Weichao Yu. Theoretical Calculation of Heat Tranrfer Coefficient When Sludge Drying in a Nara-Type Padlle Dryer Using Different Heat Carries. Procedia Environmental Science, 2013, no 18, pp. 709–715, doi: 10.1016/j.proenv.2013.04.096.

Bennamoun L., Arlabosse P., Leonard A. Review on fundamental aspect of application of drying process to wastewater sludge. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, no 28, рр. 29-43. 2013, 28, pр. 29–43, doi: ff10.1016/j.rser.2013.07.043.

Kryzhanovskaya Ya. P., Homelia M. D., Radovenchik Ya. V. Bezvidkhodna tekhnolohiia ochystky vysokomineralizovanykh vod z otrymanniam koahuliantu [Insufficient cleaning technology high-milled with receiving koaguliant]. Bulletin of NTUU “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Series “Chemical engineering, ecology and resource saving”, 2019, no 1, pp. 67–72, doi: 10.20535/2617-9741.1.2019.171047.

Kryzhanovska Ya. P., Makarenko I. M., Gomelya M. D., Shabliy T. O. Elektrokhimichna utylizatsiia rozchyniv khlorydu natriiu z otrymanniam khlorydiv zaliza [Electrochemical utilization of sodium chloride solutions with obtaining iron chlorides]. Bulletin of NTUU “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Series “Chemical engineering, ecology and resource saving”, 2020, no 1, pp. 50–59, doi: 10.20535/2617-9741.1.2020.207815.

Gomelya M. D., Radovenchyk I. V., Martyniuk I. P. Pererobka rozchyniv khlorystoho natriiu z otrymanniam khlorydiv aliuminiiu [Treatment of solvents chloride sodium solvents with production of aluminum chloride]. Integrated technologies and energy conservation, 2017, no 4, pp. 66–69.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Макаренко І. М., Глушко О. В., Рисухін В. В., Терещенко О. М. Застосування катіонітів для кондиціювання води в процесах її баромембранного знесолення. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. № 3/6 (63). С. 48–52.
  2. Naidu L. D., Saravanan S., Chidambaram M., Goel M., Das A., Sarat J., Babu C. Nanofiltration in Transforming Surface Water into Healthy Water: Comparison with Reverse Osmosis. Journal of Chemistry. 2015. № 1–2. Р. 1–6. doi: 10.1155/2015/326869.
  3. Epsztein R., Nir O., Lahav O., Green M. Selective nitrate removal from groundwater using a hybrid nanofiltration-revers osmosis filtration scheme. Chemical Engineering Journal. 2015. № 279. Р. 372–378. doi: 10.1016/j.cej.2015.05.010.
  4. Гончарук В. В., Осипенко В. О., Балакина М. Н., Кучерук Д. Д. Очистка воды от нитратов методом обратного осмоса низкого давления. Химия и технология воды. 2013. № 35 (2). С. 71–75.
  5. Akhter M., Habib G., and Qamar S. Application of Electrodialysis in Waste Water Treatment and Impact of Fouling on Process Performance. Journal of Membrane Science & Technology. 2018. № 8(2). Р. 1–8. doi: 10.4172/2155-9589.1000182.
  6. Lin Chen, Huiyao Wang, Sarada Kuravi, Krishna Kota, Young Ho Park, Pei Xu. Low-cost and reusable carbon black based solar evaporator for effective water desalination. Desalination. 2020. № 483. Р. 114412. doi: 10.1016/j.desal.2020.114412.
  7. Ferry J., Widyolar B., Jiang L., Winston R. Solar thermal wastewater evaporation for brine management and low pressure steam using the XCPC. Applied Energy. 2020. № 256. Р. 114746. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.114746.
  8. Wenyi Deng, Yaxin Su, Weichao Yu. Theoretical Calculation of Heat Tranrfer Coefficient When Sludge Drying in a Nara-Type Padlle Dryer Using Different Heat Carries. Procedia Environmental Science. 2013. № 18. Р. 709–715. doi: 10.1016/j.proenv.2013.04.096.
  9. Bennamoun L., Arlabosse P., Leonard A. Review on fundamental aspect of application of drying process to wastewater sludge. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. № 28. Р. 29–43. doi: ff10.1016/j.rser.2013.07.043.
  10. Крижановська Я. П., Гомеля М. Д., Радовенчик Я. В Безвідходна технологія очистки високомінералізованих вод з отриманням коагулянту. Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2019. № 1. С. 67–72. doi: 10.20535/2617-9741.1.2019.171047.
  11. Крижановська Я. П., Макаренко І. М., Гомеля М. Д., Шаблій Т. О. Електрохімічна утилізація розчинів хлориду натрію з отриманням хлоридів заліза. Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2020. № 1. С. 50–59. doi: 10.20535/2617-9741.1.2020.207815.
  12. Гомеля М. Д., Радовенчик Я. В., Мартинюк Я. П. Переробка розчинів хлористого натрію з отриманням хлоридів алюмінію. Інтегровані технології промисловості та енергозбереження. 2017. №4. C. 66-69.