Резюме:
Методът КОУФ е един от съвременните мембранни методи за задържане на тиксични метали. Той представлява съчетание между процесите на комплексообразеване и ултрафилтрация. Процесът има за цел изолиране на високотоксични метални катиони при значително по-ниски разходи в сравнение с йонообменните, електродиализните и методът на обратната осмоза.
Условията на процеса КОУФ са избрани в зависимост от средната, максималната концентрация на токсичните метали в промишлени отпадни води. Изследваната концентрация от 10 mg/l осигурява достоверни резултати за процеси, като едновременно с това гарантира ефективността на метода при ниски и много ниски концентрации.
Стабилността на комплексите при ниски концентрации на металите Ni, Co, Zn, Cu, U от 1,27 до 10,8.10-3 mg/l е доказана и от други изследователи /33/.
По високите концентрации обаче изискват допълнителни изследвания относно съотношението Ме2+ - полимер, поради това, че тук се намесват стеричните фактори върху стабилността на комплекса, а и избрания комплексообразувател притежава свойството рязко да повишава вискозитетът на разтворите при малко увеличение на неговата концентрация. От технологична гледна точка се получава противоречие между количеството пектин, максималната стабилност на комплексите и производителността на процеса. Изследванията са проведени последователно към метални катиони, които предварително са посочени, техните комплексообразуващи свойства в реда Cu2+; Zn2+; Cd2+; Pb2+; Ni2+; Co2+.
Съгласно изследванията на Т.Б. Йпохамедова някой от йоните образуват комплекси с пектина не само чрез неговите карбоксилни групи, а и с оксигрупите на макромолекулата. Това би довело до избирателна селективност не само към Cu2+ и Zn2+; но и към Co2+и Ni2+.
Поради това, че пектиновите вещества са природни йонообменници, способни да заместват водорода на карбоксилните групи с катиони на поливалентни метали, те ще притежават и свойството да възстановяват карбоксилните си групи при определени условия, което е важно за процеса КОУФ.
За определяне на оптималните параметри на процеса са изследвани производителността и селективността на процеса спрямо молното съотношение и рН на средата.
Диапазона на изследваните параметри е определен от предварителни изследвания характеристиките на мембраните и възможностите на процеса.
Като силен комплексообразувател Cu2+(фиг. 1) притежава относително висока селективност почти в целия диапазон от рН стойности. Най-висока е селективността обаче при Рн=8 независимо от молното съотношение между двата компонента. От (фиг.1 А) се вижда, че при максимално съотношение 1:10 се получават по-високи стойности за селективността, естествено при по-ниска поизводителност(фиг.1 Б).
Максималната производителност на процеса при рН = 10 не е съчетана с висока селективност, което може би се дължи на хидролизни процеси. Посочената обаче производителност от 70 до 90 l/m2h е ако не висока достатъчно, технологично оптимална.
Запазващата се стабилност на Cu2+ комплекси дори при рН = 2 може да се използва за селективно извличане на Cu2+ в смес от други метали.
Интересни резултати се получават при задържането на Zn2+ катиони (фиг.2 А и Б) като при системата Ме:Пектин стабилността на процеса се отчита при по-широк интервал на рН от 6 до 8 при оптимална производителност. Характерното за тази система е възможността за разрушаване на комплекса при рН=2 – 3.
От резултатите можем да направим извода, че за Zn2+ са необходими почти моларни съотношения при образуване на комплексите.
При Cd2+ йони оптимален се оказва интервала рН = 8 – 9. Като високата селективност свързана и с висока производителност при рН=10 трудно може да бъде обяснена. Тук е необходимо да се направят допълнителни изследвания.
Ниската селективност и ниската производителност, която се отчита в интервала на рН = 2 – 6, която е теоретично необоснована може би се дължи на свободните пектинови молекули, за които предварително знаем, че рязко повишават вискозитета. Свързани обаче в комплекси, те може би повишават своята степен на агрегираност, което спомага за понижение на концентрационната поляризация на процеса и повишаване на производителността.
Подобен резултат се получава при Pb2+ катиони (фиг. 4 А и Б) като при съотношение 1:1 на Ме:Пектин притежаваме по-висока производителност спрямо другите съотношения.
При начална концентрация 10 g/l Пектин при съотношенията 1:6; 1:8 и 1:10 се получава висок излишък на комплексообразувател, при което последният се утаява в разтворител. Този процес е нежелателен поради това, че понижава производителността. Необходимостта от ниски концентрации на пектина пави процеса по-икономичен, което компенсира по-високата цена на комплексообразувателя.
Оптимални за тези комплекси се оказва диапазона рН 6 – 8. Но и селективността се задържа висока 60 – 65 % и при рН=2 до 5. Това свойство може да се използва за селективно отделяне на Pb2+.
При Ni2+ комплекси както при Zn2+ селективността е най-висока при рН=8 и незначителна за интервала рН= 2 – 4. И тук съотношението Ме:Пектин 1:1 се оказва оптимално за производителността на процеса.
Кобалтовите комплекси се характеризират с максимално висока селективност при рН = 8 – 9 независимо от теоретично по-ниските комплексообразуващи свойства. Тук обаче фактор върху процеса оказват специфичните свойства на пектина, който спрямо Cо2+ проявявя афинитет не само с карбоксилните си групи.
За да проследим ефективността на получените резултати, бяха проведени изследвания, в режим на концентриране на Ме:Пектиновите комплекси най-малко два пъти. Резултатите от изследването са посочени на фиг.7 и фиг.8. Естествено производителността на процеса се понижава в резултат от високата селективност. Нараства концентрационната поляризация на мембраната и производителността достига до 30 – 45 l/m2h. Това показва, че при статични условия на ултрафилтриране най – малко 50% от замърсените води могат да бъдат пречистени. В динамични условия тези резултати трябва, чувствително да нарастнат в посока на запазване на стойностите на производителността и при по-висока степен на концентриране. При този режим се подобрява масовото разпределение на компонентите над мембраната и в потока.
