cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2019-1-75-81cvmet-869Research ArticleЭнерго- и ресурсосбережениеEnergy and Resource SavingЭффективность электрохимическом мембранной очистки технологических растворов от сульфата меди и тринатрийфосфатаEfficiency of electrochemical membrane cleaning of process solutions from copper sulphate and trisodium phosphateАбоносимовО. А.AbonosimovO. A.

Доктор технических наук, доцент кафедры прикладной геометрии и компьютерной графики ТГТУ.

392000, Тамбов, ул. Советская, 106

Dr. Sci. (Tech.), associate prof., Department of applied geometry and computer graphics.

392000, Tambov, Sovetskaya str., 106

abontam@inbox.ruЛазаревС. И.LazarevS. I.

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной геометрии и компьютерной графики ТГТУ.

Dr. Sci. (Tech.), prof., head of the Department of applied geometry and computer graphics, TSTU.

Tambov

sergey.lazarev.1962@mail.ruКотеневС. И.KotenevS. I.

Магистрант кафедры прикладной геометрии и компьютерной графики ТГТУ.

Postraduate student of the Department of applied geometry and computer graphics, TSTU.

Tambov

kotenev.igor@yandex.ruСеливановИ. В.SelivanovI. V.

Соискатель кафедры прикладной геометрии и компьютерной графики ТГТУ.

Applicant of the Department of applied geometry and computer graphics, TSTU.

Tambov

selivanov@transstal.ruПолянскийК. К.PolyanskiyK. K.

Доктор технических наук, профессор кафедры коммерции и товароведения.

394030, Воронеж, ул. Карла Маркса, 67А

Dr. Sci. (Tech.), prof., Department of commerce and commodity science.

394030, Voronezh, Karl Marx str., 67A

tovar201@list.ruТамбовский государственный технический университет (ТГТУ)РоссияTambov State Technical University (TSTU)Russian FederationВоронежский филиал Российского экономического университета им. Г.В. ПлехановаРоссияVoronezh Branch of the Russian Economic University n.a. G.V. PlekhanovRussian Federation201922022019017581Copyright © Абоносимов О.А., Лазарев С.И., Котенев С.И., Селиванов И.В., Полянский К.К., 20192019Абоносимов О.А., Лазарев С.И., Котенев С.И., Селиванов И.В., Полянский К.К.Abonosimov O.A., Lazarev S.I., Kotenev S.I., Selivanov I.V., Polyanskiy K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/869

Рассмотрены возможности практического применения электрохимического мембранного метода в процессе очистки технологических вод от сульфата меди и тринатрийфосфата. Объектами исследования были технологические растворы, содержащие сульфат меди и тринатрийфосфат, и полупроницаемые мембраны полимерного вида с различными селективно-проницаемыми характеристиками. Изучено влияние трансмембранных параметров проведения электромембранного процесса разделения на основные кинетические характеристики мембран МГА-95П и ОПМ-К при очистке технологических вод медеплавильного производства. Получены аппроксимационные выражения для расчета коэффициента задержания мембраны в зависимости от физико-химической основы полимера полупроницаемой мембраны, величины трансмембранного давления, концентрации и температуры технологического раствора. Определены эмпирические коэффициенты, позволяющие рассчитывать и прогнозировать значения коэффициента задержания, которые могут быть использованы в проектировании лабораторных, пилотных и промышленных установок, применяемых в производственных процессах разделения, очистки и концентрирования технологических и сточных вод. Разработана математическая модель массопереноса электрохимического мембранного разделения с учетом принятых допущений на основе решений уравнений Нернста—Планка и Пуассона—Больцмана, позволяющая физически описать процесс и рассчитать поля концентраций в межмембранном канале и изменения концентраций в трактах пермеата и ретентата. Проведена проверка адекватности математической модели путем сравнения экспериментальных данных по коэффициенту задержания с его теоретическими значениями. Расхождение между ними оказалось в пределах ошибки эксперимента и погрешности расчетных величин.

The paper considers the potential practical application of an electrochemical membrane method in the process of copper sulfate and trisodium phosphate removal from industrial water. The research objects were process solutions containing copper sulfate and trisodium phosphate and semipermeable polymeric membranes with various selective permeability characteristics. The study covers the effect that the transmembrane parameters of electromembrane separation have on the main kinetic characteristics of MGA-95P and OPM-K membranes in the process of copper smelting production water treatment. Approximation expressions were obtained to calculate membrane rejection rate depending on the physicochemical basis of the semipermeable membrane polymer, transmembrane pressure as well as process solution concentration and temperature. Empirical coefficients were determined to calculate and predict rejection rate values that can be used in the design of laboratory, pilot and industrial units used in the separation, treatment and concentration of industrial and waste water. The mathematical model of mass transfer was developed for electrochemical membrane separation taking into account assumptions made based on the solutions of the Nernst—Planck and Poisson—Boltzmann equations. This model allows for process physical description and calculations of concentration fields in the intermembrane channel and concentration changes in permeate and retentate lines. The mathematical model was checked for adequacy by comparing experimental data on retention rate with theoretical values where discrepancies between the experimental and theoretical data were within the limits of the experimental error and the error of calculated values.

кинетические зависимостимембранаразделениеэлектромембранный аппаратkinetic dependenciesmembraneseparationelectromembrane apparatusReferencesGogina E, Makisha N. Information technologies in view of complex solution of waste water problems. Appl. Mech. Mater. 2014. Vol. 587-589. P. 636-639.Gogina E, Makisha N. Information technologies in view of complex solution of waste water problems. Appl. Mech. Mater. 2014. Vol. 587-589. P. 636-639.Sazhiya V.V., Polkovnikov A.B., Seldias I. Problems of ecology and rational nature management in the context of russia’s economic development. Uspekhi v khimii i khimi-cheskoi tekhnologii. 2009. No. 12 (105). P. 94—108 (In Russ.).Sazhiya V.V., Polkovnikov A.B., Seldias I. Problems of ecology and rational nature management in the context of russia’s economic development. Uspekhi v khimii i khimi-cheskoi tekhnologii. 2009. No. 12 (105). P. 94—108 (In Russ.).Kolesnikov V.A., Ilyin V.I., Kucherov A.A. Wastewater treatment at metallurgical enterprises. Ekologiya proiz-vodstva. 2010. No. 3. P. 31—36 (In Russ.).Kolesnikov V.A., Ilyin V.I., Kucherov A.A. Wastewater treatment at metallurgical enterprises. Ekologiya proiz-vodstva. 2010. No. 3. P. 31—36 (In Russ.).Pavlov D.V., Kolesnikov V.A. Wastewater treatment of various industries using the best available technologies. Chistaya voda: Problemy i resheniya. 2010. No. 3. P. 74—78 (In Russ.).Pavlov D.V., Kolesnikov V.A. Wastewater treatment of various industries using the best available technologies. Chistaya voda: Problemy i resheniya. 2010. No. 3. P. 74—78 (In Russ.).Komyagin E.A., Mynin V.N., Lyapin I.F. Ways of solving the problem of wastewater treatment from heavy and radioactive metals. Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2008. No. 11. P. 21—23 (In Russ.).Komyagin E.A., Mynin V.N., Lyapin I.F. Ways of solving the problem of wastewater treatment from heavy and radioactive metals. Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2008. No. 11. P. 21—23 (In Russ.).Paidar M., Fateev V, Bouzek K. Membrane electrolysis — History, current status and perspective. Electrochim. Acta. 2016. Vol. 209. P. 737—756.Paidar M., Fateev V, Bouzek K. Membrane electrolysis — History, current status and perspective. Electrochim. Acta. 2016. Vol. 209. P. 737—756.Aliano A., Cicero G. AC Electroosmosis: Basics and lab-on-a-chip applications. In: Encyclopedia of nanotechnology, 2012. P. 25—30.Aliano A., Cicero G. AC Electroosmosis: Basics and lab-on-a-chip applications. In: Encyclopedia of nanotechnology, 2012. P. 25—30.Yoshinobu T. Ion exchange membranes: Fundamentals and applications. Elsevier, 2015.Yoshinobu T. Ion exchange membranes: Fundamentals and applications. Elsevier, 2015.Borchmann A., Rosenwinkel K.H., Gubanov L.N., Katrae-va I.V. Einbindung der Membrantechnik in die Abwas-serreinigung mittels Anaerobtechnik. Statusseminar Membrantechnik-10. Hannover: Hannoversche Indus-trieabwasser Tagung (HIT), 2007. Heft 139.Borchmann A., Rosenwinkel K.H., Gubanov L.N., Katrae-va I.V. Einbindung der Membrantechnik in die Abwas-serreinigung mittels Anaerobtechnik. Statusseminar Membrantechnik-10. Hannover: Hannoversche Indus-trieabwasser Tagung (HIT), 2007. Heft 139.Tanninen J., Manttari M., Nystrom M. Nanofiltration of concentrated acidic copper sulphate solutions. Desalination: Int. J. Sci. Technol. Water Desalt. 2008. No. 1—3. Р. 92—96.Tanninen J., Manttari M., Nystrom M. Nanofiltration of concentrated acidic copper sulphate solutions. Desalination: Int. J. Sci. Technol. Water Desalt. 2008. No. 1—3. Р. 92—96.Su X., Alan Hatton T. Electrosorption. In: Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology, 2016. P. 1—11.Su X., Alan Hatton T. Electrosorption. In: Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology, 2016. P. 1—11.Lazarev S.I., Kovalev S. V, Kazakov V.G. Electrobaromem-brane purification of wash water produced by 2,2’-diben-zothiazole disulfide. Vestnik TGTU. 2013. Vol. 19. No. 3. P. 614—618 (In Russ.).Lazarev S.I., Kovalev S. V, Kazakov V.G. Electrobaromem-brane purification of wash water produced by 2,2’-diben-zothiazole disulfide. Vestnik TGTU. 2013. Vol. 19. No. 3. P. 614—618 (In Russ.).Makushev D.Yu. Impact of sewage of the Sredneuralsk copper smelter on the Chusovaya river. Izv. UrGGU. 2003. Iss. 18. P. 291—297 (In Russ.).Makushev D.Yu. Impact of sewage of the Sredneuralsk copper smelter on the Chusovaya river. Izv. UrGGU. 2003. Iss. 18. P. 291—297 (In Russ.).Simone S., Figoli A., Criscuoli A., Carnevale M.C., Rosselli A., Drioli E. Preparation of hollow fibre membranes from PVDF/PVP blends and their application in VMD. J. Membr. Sci. 2010. Vol. 364. P. 219—232.Simone S., Figoli A., Criscuoli A., Carnevale M.C., Rosselli A., Drioli E. Preparation of hollow fibre membranes from PVDF/PVP blends and their application in VMD. J. Membr. Sci. 2010. Vol. 364. P. 219—232.Kovalev S.V Increase in the efficiency of an electro-barrier-type apparatus of a flat-chamber type. Khimicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2014. No. 1. P. 13—17 (In Russ.).Kovalev S.V Increase in the efficiency of an electro-barrier-type apparatus of a flat-chamber type. Khimicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. 2014. No. 1. P. 13—17 (In Russ.).Pabby А.К., Rizvi S., Requena A. Handbook of membrane separations: Chemical, pharmaceutical, food, and biotechnological applications. 2-nd ed. CRC Press, 2015.Pabby А.К., Rizvi S., Requena A. Handbook of membrane separations: Chemical, pharmaceutical, food, and biotechnological applications. 2-nd ed. CRC Press, 2015.Konturri K., Murtomaki L, Manzanares J.A. Ionic transport processes in electrochemistry and membrane science. Oxford University Press, 2008.Konturri K., Murtomaki L, Manzanares J.A. Ionic transport processes in electrochemistry and membrane science. Oxford University Press, 2008.Shestakov K.V, Firpo R., Bottino A., Comite A. Preliminary study of electrodialysis with model salt solutions and industrial wastewater. In: Proc. Int. Conf. «Frontiers in Wastewater Treatment and Modelling». Palermo, 2017. P. 656—662.Shestakov K.V, Firpo R., Bottino A., Comite A. Preliminary study of electrodialysis with model salt solutions and industrial wastewater. In: Proc. Int. Conf. «Frontiers in Wastewater Treatment and Modelling». Palermo, 2017. P. 656—662.Лазарев С.И., Абоносимов О.А., Рябинский М.А., Горбачёв А.С. Модель расчета массопереноса в электробаромембранных аппаратах рулонного типа. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 5. С. 109—111.Lazarev S.I., Abonosimov O.A., Ryabinsky M.A., Gorbachev A.S. Model for calculating the mass transfer in electro-barreled devices of a roll type. Izv. vuz,ov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. 2008. Vol. 51. Iss. 5. P. 109—111 (In Russ.).Головашин В.Л. Математическая модель совместного электротепломассопереноса в электробаромембранных системах. Вестн. ТГТУ 2014. Т. 20. No. 4. С. 734—746.Golovashin V.L. Mathematical model of joint electrothermal and heat transfer in electrobaromembrane systems. Vestnik TGTU. 2014. Vol. 20. No. 4. P. 734—746 (In Russ.).Абоносимов О.А., Кузнецов М.А., Ковалева О.А., Поликарпов В.М., Дмитриев В.М. Кинетические зависимости и технологическая эффективность электрохимического мембранного разделения сточных вод на предприятиях. Вестн. ТГТУ. 2017. Т. 23. No. 4. С. 641—655.Abonosimov O.A., Kuznetsov M.A., Kovaleva O.A., Poli-karpov V.M., Dmitriev V.M. Kinetic dependencies and technological efficiency of electrochemical membrane separation of wastewater at enterprises. Vestnik TGTU. 2017. Vol. 23. No. 4. P. 641—655 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.