Кучерук Дмитро Дмитрович. Зворотний осмос у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод : Дис... д-ра хім. наук: 21.06.01 / НАН України; Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В.Думанського. — К., 2002. — 362арк. — Бібліогр.: арк. 320-355.
Анотація до роботи:
Кучерук Д.Д. Зворотний осмос у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, Київ, 2002.
Дисертація присвячена експериментальному та теоретичному обгрун-туванню поєднання зворотного осмосу з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод.
Встановлений зв’язок транспортних та інших фізико-хімічних влас-тивостей динамічних мембран з різних мінеральних та органічних речовин у колоїдному стані. Це дозволило створити нові динамічні мембрани з прогнозованими транспортними властивостями і на їх основі розробити ефективні процеси для очищення води від таких шкідливих речовин як солі важких металів, фенол та ін.
Визначені основні закономірності знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення. На основі цього розроблені науково обгрунтовані ефективні технології комплексної переробки слабомінералізованих вод з метою одержання чистої води і цінних речовин.
Основні результати праці знайшли промислове впровадження при очищенні стічних вод від солей важких металів та інших шкідливих забруднень.
Експериментально та теоретично обгрунтуване поєднання зворотного осмосу з іншими фізико-хімічними методами водоочищення при знесоленні слабомінералізованих вод. Показано, що для знесолення слабомінералізованих вод зворотним осмосом залежно від їх типу та хімічного складу доцільно використовувати, як динамічні, так і полімерні мембрани, при цьому їх транспортні властивості визначаються сукупним впливом компонентів системи. На основі результатів дослідження основних фізико-хімічних закономірностей процесу зворотного осмосу розроблені науково обгрунтовані ефективні технології комплексної переробки слабомінералізованих вод з метою одержання чистої води та цінних речовин, придатних для використання у народному господарстві, що сприяє поліпшенню екологічної обстановки в Україні.
2. Вперше встановлений звязок між зарядом колоїдних часток гідроксосполук полізарядних іонів металів і транспортними властивостями ДМ, сформованих із цих гідроксосполук. Показано, що чітко виражені екстремальні значення транспортних властивостей цих мембран відповідають тим значенням рН розчинів, при яких утворюються гідроксополімери полізарядних іонів металів, які найкраще забезпечують поєднання у напівпроникності мембран електрохімічного та структурного механізмів. Макроелектрофорезом та іншими методами встановлено, що основну роль у затримці іонів досліджуваними мембранами відіграє електрохімічний механізм. Методами ЯМР і ДСК виявлена зміна структури води у цих мембранах, що свідчить також про суттєвий внесок структурного механізму у перенесення води через них.
3. Визначені закономірності зміни транспортних властивостей ДМ із гідроксосполук іонів Fe3+ залежно від рН, концентрації та складу розчинів при їх очищенні від таких екологічно небезпечних органічних речовин, як фенол і лігносульфонати. Показано, що висока затримка (R = 0,98) фенолу цією мембраною при наявності у розчині пероксиду водню (окисника) та солі FeCl2 (каталізатора) обумовлена каталітичним розкладанням органічної речовини, як у розчині, так і на мембрані. Розроблений новий спосіб очищення розчинів реагентним зворотним осмосом, який дає змогу затримувати солі та каталітично розкладати органічні речовини.
У результаті визначення закономірностей зміни транспортних властивостей ДМ із колоїдних часток кремнезему залежно від рН, концентрації, складу розчину тощо, а також залучення для інтерпретації одержаних результатів концепції Доннана показано, що знесолення розчинів цією мембраною відбувається переважно завдяки електрохімічному механізмові. На основі виявлених закономірностей розроблений ефективний спосіб очищення розчинів від іонів важких металів самоутворюваними ДМ із колоїдних часток кремнезему та гідроксосполук іонів важких металів. Розроблені також ефективні адсорбційні ДМ із глинистих мінералів (монтморилоніту та палигорськіту) для очищення промислових стічних вод від катіонних барвників (метиленового блакитного та брильянтового зеленого), відносно яких низьку затримку проявляють навіть найефективніші зворотноосмотичні ацетатцелюлозні мембрани.
5. Електрокінетичними, електрохімічними та зворотноосмотичними дослідженнями визначені основні критерії розділення іонів нанофільтраційними полімерними мембранами та ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані. Встановлено, що електрохімічна взаємодія мембрани та розчину мало впливає на розділення катіонів Mg2+ і К+ нанофільтраційною полімерною мембраною ОПМН-П. Максимальне розділення аніонів SO42- і Cl-ДМ із ПАА й АА-ДЕАЕМ відбувається відповідно у кислому та лужному середовищах при значеннях рН розчинів, коли найкраще поєднується роль заряду поверхні пор і структури мембран.
На основі результатів дослідження впливу концентрації, складу та температури розчинів електролітів на їх відносну в’язкість у зворотно-осмотичних ацетилцелюлозних мембранах із різним розміром пор показано, що у механізмі їх напівпроникності суттєву роль відіграє зміна структури води порівняно з її станом в об’ємі. Розроблено методику розрахунку енергії активації в’язкої течії розчинів у мембранах і обгрунтовано необхідність її врахування при дослідженні фізико-хімічних закономірностей зворотного осмосу. Визначені закономірності зміни осмотичного та дифузійного масоперенесення через найефективнішу ацетилцелюлозну мембрану МГА-100 залежно від температури та концентрації розчину симетричного електроліту KCl. Обгрунтована необхідність урахування енергій активації осмотичного та ди-фузійного масоперенесення через мембрану у механізмі зворотного осмосу.
Лабораторними та промисловими дослідженнями визначені зако-номірності процесів знесолення води Азовського моря зворотним осмосом для одержання питної води, зокрема, за умов екстремальних ситуацій. Показано, наприклад, що значення одного з основних технологічних параметрів зворотно-осмотичних установок – співвідношення потоків ретентату та пермеату Qр/Qп~ ~ 3 є прийнятним при знесоленні води Азовського моря. Содово-вапняне пом’якшення морської води забезпечує завдяки утворенню гідроксиду магнію додаткове її освітлення коагулюванням. На основі проведених досліджень розроблений та переданий Мінжитлокомунгоспу УРСР технологічний регламент для проектування та виготовлення дослідно-промислової зворотноосмотичної уста-новки продуктивністю 15-20 м3/год, призначеної для знесолення води Азовського моря.
Проведене еколого-економічне обгрунтування необхідності комплексної переробки слабомінералізованих вод за континентальних умов зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водоочищення. На основі цього розроблені науково обгрунтовані технології комплексної пере-робки слабомінералізованих вод хлоридного та сульфатного класів із метою одержання питної води та цінних мінеральних речовин, придатних для вико-ристання у народному господарстві. Показано, що з води р. Берди (Запорізька область), яка належить до сульфатного класу, можна одержати поряд з питною водою сульфат і хлорид натрію й інші речовини. При використанні у комплексній установці оригінальної конструкції електродіалізатора перед-бачено одержання поряд з питною водою також цінного мінерального добрива у вигляді концентрованого розчину сульфату калію з домішкою хлориду калію.
За допомогою дослідної та дослідно-промислової зворотноосмо-тичних установок визначено закономірності процесу знесолення слабомінералізованих шахтних вод зворотним осмосом. На основі проведених досліджень розроблена науково обгрунтована технологія комплексної переробки слабо-мінералізованих шахтних вод, у тому числі і кислих, зворотним осмосом у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами водочищення з метою одер-жання води для сільськогосподарського зрошення та цінних мінеральних речо-вин, придатних для використання у народному господарстві. Розраховані орієн-товні техніко-економічні показники комплексної установки для переробки води шахти ім. А.Ф. Засядька продуктивністю 500 м3/год. Технологічний рег-ламент цієї установки переданий Мінвуглепрому УРСР для проектування та ви-готовлення.
Визначені закономірності очищення промивних вод гальванічних виробництв зворотним осмосом із використанням ацетилцелюлозної мембрани МГА-100. Показано, що лише ця мембрана проявляє найбільше значення R солей і очищає промивну воду від хромат-іонів до норм на скид у відкриті водойми. На основі проведених досліджень розроблена локальна маловідходна технологія очищення хромовмісних промивних вод гальванічних виробництв зворотним осмосом. Ця технологія з використанням зворотноосмотичної уста-новки продуктивністю ~ 2 м3/год впроваджена на НВО “Радіоприлад ім.
С.П. Корольова” (м. Київ). Вона забезпечує повторне використання очищеної промивної води у технологічному процесі, а одержаний при цьому ретентат після відповідної обробки використовується для приготування робочих розчинів гальванічних ванн. Розроблені також інші маловідходні технології очищення промивних вод гальванічних виробництв поєднанням зворотного осмосу з електродіалізом, електролізом і гальванокоагуляцією.
11. Всебічно досліджені транспортні властивості ДМ, сформованих на керамічних мембранах. Показано, зокрема, що для очищення стічних вод від іонів важких металів доцільно використовувати самоутворювані ДМ, які сформовані на вітчизняних пористих керамічних трубках із електрокорунду (a-Al2O3), що відзначаються високою хімічною, механічною та термічною стійкістю. При цьому ДМ, які утворюються з гідроксосполук Fe3+ і Cr3+ на поверхні трубок, можуть проявляти вторинну затримку інших компонентів. Зокрема, затримка іонів Cl- підлягає закономірностям зворотного осмосу, а затримка мінеральних масел – адсорбції на колоїдних частках гідроксосполук іонів Fe3+. На основі одержаних результатів розроблена та впроваджена на Хмільницькому ремонтно-механічному заводі (Вінницька область) установка продуктивністю 4 м3/год із керамічними мембранами, призначена для очищення стічних вод від цих забруднень до норм на скид у відкриті водойми.
Публікації автора:
Опреснение воды / Л.А. Кульский, В.Д. Гребенюк, В.Н. Копосов, Д.Д. Кучерук, Т.В. Князькова. - Киев: Наук. думка, 1980. – 96 c.
Комплексная переработка минерализованных вод / А.Т. Пилипенко,
И.Г. Вахнин, И.Т. Гороновский, В.Д. Гребенюк, А.К. Запольский, Д.Д. Кучерук, В.И. Максин. – Киев: Наук. думка, 1984. – 284 с.
Комплексная переработка шахтных вод / А.Т. Пилипенко, И.Т. Гороновский, В.Д. Гребенюк, А.К. Запольський, Д.Д. Кучерук, В.И. Максин, А.М. Рудь, А.К. Загороднюк. – Киев: Наук. думка, 1985. – 183 с.
Коваленко А.И., Кучерук Д.Д., Войцеховский Р.В. Исследование процесса опреснения и концентрирования шахтных вод методом обратного осмоса // Хим. технология. – 1978. – N 3. – С. 14–17.
Выделение из воды биологических и органических примесей с помощью ацетилцеллюлозных мембран / А.И. Коваленко, Д.Д. Кучерук, В.М. Багнюк, Я.З. Яворский // Химия и технология воды. – 1979. – Т. 1, N 2. – С. 73–76.
Коваленко А.И., Костюк В.И., Кучерук Д.Д. Целесообразность применения метода обратного осмоса для комплексной переработки минерализованных сточных вод // Хим. технология. – 1980. – N 1. – С. 50–53.
Палейчук В.С., Кучерук Д.Д. Концентрирование водных растворов м-бен-зоилдисульфоната натрия методом обратного осмоса // Химия и технология воды. – 1980. – Т. 2, N 3. – С. 230-233.
Срибная В.П., Кучерук Д.Д. Влияние растворенных органических веществ на полупроницаемые мембраны и способы стабилизации их обратноосмотических свойств // Химия и технология воды. – 1981. – Т. 3, N 3. – С. 204–207.
Опріснення води / А.Т. Пилипенко, А.К. Запольський, Р.В. Войцеховський, Д.Д. Кучерук, В.І. Максін // Вісн. АН УРСР. – 1981. – № 4. – С. 81–85.
Бадеха В.П., Цапюк Е.А., Кучерук Д.Д. Формирование динамической мембраны из гидроксида железа и ее опресняющая способность // Химия и технология воды. – 1981. – Т. 3, № 5. – С. 402-405.
Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Палейчук В.С. Влияние дисперсных добавок на обратноосмотические свойства ацетилцеллюлозных мембран // Химия и технология воды. - 1982. – Т. 4, N 3. – С. 214–216.
Цапюк Е.А., Бадеха В.П., Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран на основе гидроксида железа // Химия и технология воды. – 1982. – Т. 4, N 6. – С. 508-512.
Палейчук В.С., Кучерук Д.Д., Срибная В.П. Особенности разделения водных растворов препарата “Этония” методом обратного осмоса // Химия и технология воды. – 1983. – Т. 5, N 2. – С. 152–155.
Разделение водных растворов лигносульфоновых кислот ультрафильтрацией / А.Т. Пилипенко, Е.А. Цапюк, М.И. Медведев, О.С. Зульфигаров, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. – 1983. – Т. 5, № 2. – С. 155–159.
Формирование и обратноосмотические свойства динамической мембраны из полиакриламида / А.Т. Пилипенко, Е.А. Цапюк, В.Л. Дедечек, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. – 1984. – Т. 6, N 3. – С. 214–217.
Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Прохоренко Н.И. Баромембранное разделение водных растворов красителей на ацетилцеллюлозной мембране // Хим. технология. – 1984. – N 5. – С. 22–23.
Дедечек В.Л., Цапюк Е.А., Кучерук Д.Д. Разделение сульфата и хлорида натрия полиакриламидной динамической мембраной // Химия и технология воды. – 1985. – Т. 7, N 4. – С. 26–29.
Особенности задержки электролитов и неэлектролитов динамической мембраны из полиакриламида / А.Т. Пилипенко, В.Л. Дедечек, Е.А. Цапюк, Д.Д. Кучерук // Докл. АН УССР. – Сер. Б.– 1985. – № 5. – С. 64–65.
Колодий Ю.В., Медведев М.И., Кучерук Д.Д. Удаление нефтепродуктов и ПАВ гидроксидом магния при опреснении морской воды обратным осмосом // Химия и технология воды. – 1986. – Т. 8, N 1. – С. 59–61.
Очистка от лигносульфонатов и опреснение воды мембранами из гелей гидроксида железа / В.П. Бадеха, М.И. Медведев, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Химия и технология воды. - 1986. - Т. 8, № 3. - С. 25-28.
Условия формирования динамических мембран из полиэлектролитов / В.Л. Дедечек, Е.А. Цапюк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. - 1986. - Сер. Б, N 5. - С. 31-33.
Срибная В.П., Кучерук Д.Д. Разделение смешанных растворов солей на ацетилцеллюлозных мембранах // Укр. хим. журн. – 1986. – Т. 52, N 5. – С. 486–
–488.
23. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д. Влияние рН на формирование и обратноосмотические свойства динамических мембран из полиэлектролитов // Химия и технология воды. – 1987. – Т. 9, N 3. – С. 221–224.
Зависимость характеристик ацетилцеллюлозных мембран в процессе обратного осмоса от температуры и природы электролита / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. – Сер. Б.- 1988. – N 1. – С. 50–53.
Ультрафильтрационная очистка подземных вод от Mn2+ и Fe2+ / Ю.В. Колодий, В.П. Бадеха, Д.Д. Кучерук, Н.Н. Прищеп // Химия и технология воды. – 1988. – Т. 10, N 2. – С. 165–166.
Срибная В.П., Кучерук Д.Д., Грищенко Л.И. Разделение растворов лимонной кислоты и лимонного буфера на этилцеллюлозной мембране // Укр. хим. журн. – 1988. – Т. 54, N 6. – С. 585–587.
Энергия активации вязкого течения растворов электролитов в ацетилцеллюлозных мембранах / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. – Сер. Б.– 1988. – № 7. – С. 51–54.
Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д. Использование гидролизованного полиакриламида для модифицирования ацетатцеллюлозных мембран // Химия и технология воды. – 1989. – Т. 11, N 2. – С. 115–117.
Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д., Пономарев М.И. Свойства динамических мембран из полиакриловой кислоты // Химия и технология воды. – 1989. – Т. 11,
N 3. – С. 231–232.
Корбутяк М.А., Прохоренко Н.И., Кучерук Д.Д. Влияние концентрации растворов электролитов и температуры на проницаемость и селективность обратноосмотических мембран // Химия и технология воды. – – 1989. – Т. 11, N 4. – С. 315–318.
Динамические мембраны из сополимера с ароматическими аминогруппами / В.П. Бадеха, В.Г. Синявский, Р.А. Корниенко, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. – 1989. – Т. 11, № 6. – С. 533–536.
Диффузия в растворах хлорида калия через ацетилцеллюлозную мембрану МГА-100 / Н.И. Прохоренко, М.А. Корбутяк, Д.Д. Кучерук, М.И. Пономарев, А.Т. Пилипенко // Докл. АН УССР. – Сер. Б.– 1989. – N 9. – С. 47–50.
Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран из соединений кремнезема // Химия и технология воды. – 1991. – Т. 13, N 5. – С. 436–440.
Кучерук Д.Д. Динамические мембраны из гидроксополимеров алюминия // Химия и технология воды. – 1991. – Т. 13, N 7. – С. 664–669.
Кучерук Д.Д. Обратноосмотические свойства динамических мембран из гидроксополимерных соединений тяжелых металлов // Химия и технология воды. – 1991. – Т. 13, N 9. – С. 788–793.
Кучерук Д.Д. Формирование и функционирование динамических мембран из полисиликатов // Химия и технология воды. – 1994. – Т. 16, № 2. – С. 197–
–202.
Кучерук Д.Д., Музычук Н.Т., Журавлева В.С. Очистка растворов от соединений тяжелых металлов реагентной ультрафильтрацией с применением кремнезема // Химия и технология воды. – 1994. – Т. 16, N 5. – С. 556–560.
Атаманенко М.Д., Пономарев М.И., Кучерук Д.Д. Свойства динамических мембран из соединений алюминия, железа и хрома // Коллоид. журн. – 1999. – Т. 61, N 5. – С. 610–616.
Prospects of baromembrane desalination of brackish waters of the south of Ukraine / V.V. Goncharuk, D.D. Kucheruk, V.F. Skubchenko, V.P. Badekha, V.M. Kochkodan // Desalination. – 2001. – V. 139. – P. 327–331.
А.c. 478617 СССР, МКИ В 04b 7/00. Коническая тарелка к сепаратору / Л.А. Калашникова, Л.В. Андриевская, Д.Д. Кучерук.– № 1916996/28-13. Заявлено 18.04.73; Опубл. 30.07.75, Бюл. N 28.
А.c. 703502 СССР, МКИ2 C02В 3/02. Способ очистки воды от бактерий / А.И. Коваленко, В.М. Багнюк, А.Г. Братунец, Д.Д. Кучерук. – 2569103/23-26. Заявлено 16.01.78; Опубл. 15.12.79, Бюл. N 46.
А.с. 697898 СССР, МКИ2 G 01 N 27/02. - Ячейка для измерения потенциала протекания в полупроницаемых мембранах / Д.Д. Кучерук, Е.А. Цапюк,
А.с. 899064 СССР, МКИ3 B 01 D 13/02, C 02 F 1/46. - Электродиализатор / Д.Д. Кучерук, Р.В. Войцеховский, Н.А. Ланчковская, В.Л. Рябухина. – № 2880810/23-26. Заявлено 06.02.80; Опубл. 23.01.82, Бюл. № 3.
Пат. 32039 А України, МКИ6 C 02F 1/58. – Спосіб вилучення і акумуляції фтору із природних фторовмісних вод / М.І. Донцова, Д.Д. Кучерук, Е.А. Головаш, В.Г. Бредуля, М.О. Панули, П.В. Голюк, О.Г. Мороз, П.В. Ткачук, М.І. Медведєв, Ю.С. Мосерчук. – № 98126625. Заявлено 15.12.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-11.
Костюк В.И., Карнаух Г.С., Кучерук Д.Д. Исследование процесса обратного осмоса при ламинарном режиме течения жидкости // Рукопись депонирована в журн. «Водоснабжение и сан. техн.». 1978. ЦИНИС Госстроя СССР. Рег. N . 961.
Опреснение воды Азовского моря обратным осмосом / Д.Д. Кучерук, Р.В. Войцеховский, В.П. Бадеха, Е.А. Цапюк // Труды Всес. конф. «Современные высокоэффективные методы очистки воды (мембранная технология)». – М.: Об-во “Знание” РСФСР, 1984. – С. 42–46.
Кучерук Д.Д., Корбутяк М.А. Применение реагентной ультрафильтрации для очистки сточных вод гальванических производств // Труды Междунар. конф. по экологии Сибири. – Иркутск, 1993. – С. 57–58.
Кучерук Д.Д. Намывные мембраны из глинистых минералов // Материалы комплекса научных и научно-технических мероприятий стран СНГ. – Одесса: НПО “Вотум”, 1993. – С. 78.
Wastes-free technology of effluents from heavy metal ions / D.D. Kucheruk, M.A. Korbutyak, L.G. Marochko, Z.R.Ulberg // The Proc. 2-nd international symposium exhibition on environmental contaminations in Central and Eastern Europe. – Budapest, (Hungary).– 1994. – P. 56.
Wastes-free technology of purification of effluents from electroplating manufactures / D.D. Kucheruk, M.A. Korbutyak, L.G. Marochko, Z.R. Ulberg // Proc 1-st hyngaro-ukrainian conference on carpathian Euro-region ecology. – Uzhorod (Ukraіne). – 1994. – P. 19.
Korbutyak M.A., Kucheruk D.D. Cleaning of solutions by tangential microfiltration using alumina ceramic membranes // Proc. 1-st hyngaro-ukrainian conference on carpathian Euro-region ecology. – Uzhorod (Ukraine). – 1994. – P. 78.
Korbutyak M.A., Kucheruk D.D. Purification of solutions from heavy metal ions using dynamic membranes // Proc. 2-nd international symposium exhibition on environmental contaminations in Central and Eastern Europe. – Budapest (Hungary).– 1994. – P. 56.
