Použití nanofiltrace pro separaci těžkých kovů z odpadní vody

Ing. Edwin Wallace

Doctoral thesis

The use of nanofiltration for separation of heavy metals from wastewater

Abstract:

The aim of this research is to investigate the performance of two commercially available thin-film composite polyamide NF membranes (AFC 30 and AFC 80) for separating toxic heavy metals from wastewater. Structural parameters and charged surface properties of the membranes were estimated. Experiments with neutral aqueous solutions in conjunction with two independent pore models (Donnan Steric Pore and Steric Hindrance Pore model) were performed at various process conditions. The fixed charge density (?X) on the membrane surfaces were determined from different concentrations of sodium chloride (NaCl) experiment by using the Spiegler?Kedem model together with Teorell?Meyer?Sievers model (TMS). The dependence of charge density on NaCl concentration is represented by the known Freundlich isotherm. The influence of the operating conditions such as transmembrane pressure, feed concentration, cross flow velocity, pH, and effect of composition solution on heavy metals were studied. The operating parameters have been used to find optimum conditions of the two tested commercially available nanofiltration membranes for the removal of heavy metals from wastewater. Heavy metals rejection was modelled using Spiegler?Kedem model and Steric Hindrance Pore model to estimate the reflection coefficient as well as the effective pore radius.

Abstract:

Práce se zabývá separací toxických těžkých kovů z odpadní vody pomocí dvou komerčně dostupných tenkovrstvých polyamidových NF membrán (AFC 30 a AFC 80). Byly zjišťovány strukturní parametry a náboj membrán. V práci jsou použity dva nezávislé modely popisující porézní strukturu membrány (Donnan Steric Pore model ? DSP model a Steric Hindrance Pore model ? SHP model) společně s experimentálními výsledky separace neutrálních látek při různých pracovních podmínkách. Oba použité modely, DSP a SHP, přesně popsaly experimentálně stanovené rejekce různých neutrálních látek. Z toho lze usuzovat, že oba dva modely lze využít pro popis strukturních parametrů NF membrány. Hustota náboje na povrchu membrány (?X) byla určena pomocí experimentů s různými koncentracemi chloridu sodného (NaCl) s využitím modelu Spiegler?Kedemové a modelu Teorell?Meyer?Sieverse (TMS). Závislost hustoty náboje na koncentraci NaCl vystihuje známá Freundlichovaizoterma. Byl studován vliv provozních parametrů, jako tlakový rozdíl nad a pod membránou, koncentrace kovu v nástřiku, rychlost průtoku nástřiku a hodnota pH. K experimentům byly použity síran zinečnatý (ZnSO4), dusičnan zinečnatý (Zn(NO3)2), dusičnan kobaltnatý (Co(NO3)2) a dusičnan nikelnatý (Ni(NO3)2). Zvolené pracovní podmínky sloužily k nalezení optimálních podmínek při odstraňování těžkých kovů na komerčně dostupných membránách.

Keywords

Těžké kovy, rejekce, nanofiltrace, polyamidová membrána, modelování

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 10. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Petr Mikulášek, CSc.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Chemical and Process Engineering / Environmental Engineering