Zastosowanie niskociśnieniowych procesów membranowych do separacji barwników organicznych z roztworów wodnych

Abstract

W pracy przedstawiono możliwość zastosowania niskociśnieniowego procesu membranowego (ultrafiltracji) do separacji wybranych anionowych barwników organicznych z roztworów wodnych. Eksperymenty prowadzono w skali laboratoryjnej z wykorzystaniem płaskich membran polimerowych oraz rurowych membran ceramicznych przy różnych wartościach ciśnień. Dodatkowo wykonano uzupełniające testy długoterminowe w instalacji wielkolaboratoryjnej z membranami ceramicznymi. Wykorzystane w badaniach membrany charakteryzowały się wartością cut-off od 1do 30 kDa.

Oceniono wpływ masy cząsteczkowej barwnika i składu separowanego roztworu na efektywność procesu ultrafiltracji. Najwyższą skutecznością w stosunku do barwników o masie cząsteczkowej ponad 600 Da charakteryzowały się membrany o niskiej wartości cut-off. Stwierdzono, że obecność anionowej substancji powierzchniowo czynnej wpływa niekorzystnie na stopień zatrzymania barwników, podczas gdy kationowy surfaktant może podwyższyć separację barwników. Testy długoterminowe wykazały w miarę stabilne właściwości transportowe i separacyjne membran ceramicznych.
Autorzy: Bogumiła MIARKA, Karolina STASIAK, Katarzyna TOPOLEWSKA

1. WSTĘP

W zakładach produkujących wyroby włókiennicze wytwarzane są relatywnie duże ilości ścieków, w których stężenia zanieczyszczeń, w tym barwników, znacznie przekraczają wartości przewidziane obowiązującymi normami stężeń dopuszczalnych. Ścieki te, zarówno przed ich odprowadzeniem do kanalizacji miejskiej, jak i do wód powierzchniowych, wymagają znacznego usunięcia zanieczyszczeń. Możliwości takie stwarzają ciśnieniowe procesy membranowe pozwalające na oddzielenie substancji rozpuszczonych w oparciu o selektywne działanie membran półprzepuszczalnych. Kontynuowane w ostatnich latach badania, zarówno laboratoryjne, jak i o charakterze wdrożeniowym potwierdzają przydatność wysokociśnieniowych procesów membranowych do separacji barwników ze ścieków przemysłowych z jednoczesnym odzyskiwaniem wartościowych składników i energii. Niewiele jest natomiast doniesień wskazujących na możliwość wykorzystania niskociśnieniowych technik membranowych (w tym ultrafiltracji) z membranami ceramicznymi do rozwiązania problemu nie tylko oczyszczania i zatężania, ale przede wszystkim waloryzacji ścieków pochodzących z procesów barwienia czy też produkcji barwników [2,3]. Membrany ceramiczne, ze względu na doskonałą chemiczną i termiczną odporność, a więc i łatwość regeneracji, powinny być przede wszystkim stosowane w układach oczyszczania i zatężania ścieków przemysłowych.

Powszechne jest natomiast wykorzystywanie procesu ultrafiltracji roztworów micelarnych (MEUF), jako techniki ekstrakcji rozpuszczonych substancji organicznych lub jonów [1]. W roztworach micelarnych stężenia substancji powierzchniowo czynnych wielokrotnie przekraczają wartość krytycznego stężenia micelarnego (CMC). W procesie MEUF wykorzystuje się zdolność miceli do solubilizacji różnych hydrofobowych substancji. Jednak wody poprocesowe i ścieki powstające w zakładach włókienniczych, wytwórniach barwników czy w pralniach mogą zawierać nie tylko barwniki, ale i znaczne ilości substancji powierzchniowo czynnych w stężeniach znacznie poniżej CMC. W związku z powyższym celowe jest określenie skuteczności procesu ultrafiltracji barwników organicznych w obecności SPC przy stężeniach poniżej cmc.

W pracy przedstawiono wyniki badań nad ultrafiltracyjną separacją wybranych anionowych barwników organicznych z roztworów wodnych z wykorzystaniem płaskich membran polimerowych oraz rurowych membran ceramicznych.