Чтобы решить задачу выделения фенола из сточных вод, отечественными учеными были исследованы пленки из политриметилсилилпропина (ПТМСП), изготовленные в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН. Этот стеклообразный полимер зарекомендовал себя как многообещающий высокопроницаемый материал при газоразделении.
Количественный теоретический анализ первапорационного массопереноса является весьма трудной задачей ввиду существенного и нелинейного градиента большого числа параметров вдоль толщины мембраны. Механизм транспорта низкомолекулярных веществ через непористые полимерные мембраны в процессах первапорации тот же, что и в газоразделении, и состоит из следующих стадий: сорбция молекулы проникающего вещества с одной стороны мембраны, диффузия в массе мембраны и десорбция с другой стороны мембраны. Это так называемый сорбционно-диффузионный механизм.
Ввиду значительного термодинамического сродства материала мембраны к компонентам жидкой разделяемой смеси первапорация характеризуется анизотропным набуханием полимера мембраны, степень которого варьируется от равновесного состояния со стороны жидкой питающей среды до практически сухого полимера со стороны паровой фазы. Концентрация данного компонента с входной стороны мембраны (со стороны питающего потока) определяется величиной его равновесной сорбции из жидкой фазы и практически совпадает с соответствующей концентрацией, наблюдаемой в условиях равновесной сорбции этим полимерным материалом компонентов жидкой смеси того же состава, что и питающая смесь. При этом концентрация любого компонента с выходной стороны мембраны близка к нулю, так как определяется величиной равновесной сорбции из паровой фазы, а по условиям проведения разделительного процесса испарением через мембрану парциальное давление паров пермеата должно поддерживаться на достаточно низком уровне. Транспорт разделяемых компонентов i и j бинарной смеси через такой неравномерно набухший разделительный слой мембраны определяется величинами локальных коэффициентов диффузии (Di и Dj) и соответствующими профилями концентраций.
Таким образом, в отличие от большинства газоразделительных процессов, в которых также используются непористые мембраны, трансмембранный перенос в случае первапорации характеризуется следующими признаками:
· сильное сродство компонентов разделяемой жидкой смеси к полимерному материалу мембраны;
· анизотропное набухание разделительного слоя мембраны;
· существенно нелинейный профиль концентрации вдоль толщины мембраны;
· значительная концентрационная зависимость локальных коэффициентов диффузии компонентов жидкой смеси в мембране.
Представляет большой интерес определение транспортного механизма массопереноса для полимерной пленки из политриметилсилилпропина и изучение ее возможностей для решения технологических природоохранных задач по первапорационному извлечению фенола и других органических веществ из производственных сточных вод. Это возможно только путем экспериментального изучения сорбционной способности пленки и ее массообменных характеристик в процессе первапорации в зависимости от параметров проведения процесса.
В известных технологиях глубокой биологической очистки сточных вод от азота и фенолов предусматривается двухфазовость этого процесса, заключающаяся в обязательном пропускании всего объема сточных вод через аэробную и анаэробную зону очистки. Нами установлено, что двухфазовость приводит к потере 30 -50 % окислительной мощности биологических очистных сооружений по аммиачному азоту. В результате проведенных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения технологии нитри-денитрификации сточных вод в технологии коксохимического производства была показана возможность однофазового ведения данного процесса в аэробных (кислородных) условиях. При этом достигается очистка от фенолов, роданидов, нафталина, пиридина и т.п., не менее чем на 99-100 %, а также от аммиачного азота с исходного содержания 250-1000 мг/л до 10-50 мг/л и от азота нитритов и нитратов, образующихся в процессе очистки до 5 - 30 мг/л. Основное достоинство технологии - это простота и возможность ее реализации без расширения большинства существующих биохимических установок коксохимических предприятий с незначительными затратами на ее реконструкцию. Расход щелочного реагента (кальцинированной соды) составляет 4 кг на 1 кг азота связанного аммиака, содержащегося в сточной воде (на летучий аммиак сода не требуется). Tехнология успешно внедрена на КХП ОАО "Северсталь" и в настоящее время внедряется на ОАО "Кокс" (г. Москва).
Институт биологии УНЦ РАН представляет Коллекцию микроорганизмов-деструкторов для разложения фенола и его хлорированных производных. Коллекция применима для конверсии загрязнителей в водной среде и почве.
Соединения, содержащие в своем составе галогены - одна из крупнейших групп загрязнителей природной среды. Представители этой группы попадают в окружающую среду прямо или косвенно, т.к. входят в состав медицинских препаратов, гербицидов, растворителей, лаков, красителей, огнетушителей. Известно, что галогензамещенные соединения склонны к накоплению и постепенному распространению по пищевым цепям. Поэтому необратимые изменения биологических систем в зонах, подвергнутых их воздействию, происходят медленно. Можно сказать, что присутствие галогенорганических соединений в окружающей среде создает эффект мины замедленного действия.
Основной метод борьбы с загрязнением галогенсодержащими органическими соединениями в настоящее время – сжигание остатков, накапливаемых в результате производственных процессов, а также обжигание или обработка растворителями загрязненных почв. Этот метод достаточно дорог: обжигание 1т почвы стоит примерно около 2000 канадских долларов. Кроме этого, используемые методы имеют существенные недостатки. Оба метода не исключают вторичное загрязнение окружающей среды продуктами неполного сжигания отходов (диоксинами). Применение указанных методов не может решить проблему конверсии больших объемов загрязнений.
Более перспективным представляется использование биологических технологий. Скорость и эффективность процессов конверсии опасных веществ в данном случае будет определяться свойствами и активностью микроорганизмов-деструкторов. По оценкам специалистов микробиологический способ примерно в 50 раз дешевле стандартных методов. Использование микроорганизмов позволяет решить проблему вторичных загрязнений, т.к. разрушение ксенобиотиков можно провести без накопления вредных или токсичных веществ. Кроме этого, с использованием специальных штаммов возможно осуществить обезвреживание значительных объемов загрязнителей.
Институт биологии УНЦ РАН предлагает специальную Коллекцию микроорганизмов-деструкторов для разложения фенола и его хлорированных производных.
В НПО Техэкопром разработан новый загрузочный материал для систем биологической очистки сточных вод, представляющий собой набор элементов из полиэтиленовых решетчатых призм ПР-50 (призма решетчатая высотой 50 мм), изготовленных из полиэтилена методом экструзии. Конструкция и материал призмы наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к загрузочным элементам, используемым в качестве среды обитания иммобилизованных микроорганизмов.
Использование иммобилизованных микроорганизмов дает возможность повысить дозу ила в аэрационном сооружении, что ведет к увеличению их окислительной мощности и создает благоприятные условия для развития и удержания специфических медленнорастущих штаммов микроорганизмов, обладающих способностью к деструкции различных трудноокисляемых загрязнений. Конструкция призмы ПР-50 в загрузке сочетает в себе большую удельную поверхность с требуемой пористостью. Это позволяет отказаться от необходимости периодической принудительной промывки загрузочного материала, что максимально упрощает режим эксплуатации очистных сооружений.
Применение призмы ПР-50 позволяет:
• в 1,5 ... 2,5 раза увеличить окислительную мощность очистных сооружений;
• на 25 ... 40% уменьшить иловый индекс и соответственно сократить площадь вторичных отстойников.
Сооружения, оборудованные загрузочным материалом ПР-50, могут работать как по схеме полной биологической очистки, так и по схеме нитриденитрификации, что дает возможность осуществлять удаление как органических загрязнений, так и соединений азота.
Наиболее перспективным является применение очистных сооружений, оборудованных призмами ПР-50 в случае:
• очистки сточных вод от небольших объектов, характеризующихся высоким коэффициентом неравномерности;
• очистки сточных вод, содержащих различные виды специфических загрязнений (нефтепродукты, СПАВ, фенолы и т.п.), удаление которых на традиционных сооружениях затруднено;
• очистки слабоконцентрированных сточных вод биологическим методом;
• параллельной очистки сточных вод от органических загрязнений и соединений азота.