Effects of operating parameters on efficiency of lead removal by complexation-microfiltration process

Abstract

The majority of lead content found in the environment is a result of human activities. Heavy metals can be hazardous because they tend to bioaccumulate. A complexation-microfiltration process for the removal of Pb(II) ions was studied. The aim of microfiltration of the model wastewater containing heavy metal ions was to find an optimum ratio between the concentrations of the complexing agent and metal, and determining the most favorable pH value. The microfiltration experiments were carried out in a stirred dead-end cell. Diethylaminoethyl cellulose (DEAE 23) was selected as the complexing agent. Versapor membranes were used to separate formed polymermetal complex. The concentration of heavy metal ions after microfiltration in aqueous solution was determined using atomic absorption spectroscopy (AAS). Effects on the amount of complexing agent, concentration of metal ion, pH value and operating pressure on the flux, J, and rejection coefficient, R, were investigated. Experimental results indicate that the pH of the solution has considerable influence on the rejection coefficient. An increase in pH and the amount of complexing agents enabled us to obtain a very high retention coefficient (99%).

Industrijske otpadne vode ne mogu se prečistiti konvencionalnim postupcima za prečišćavanje vode jer sadrže jone metala, posebno toksičnih, teških metala, kao i druga hemijska jedinjenja koja su biološki nerazgradiva, što destruktivno deluje na mikroorganizme koji su aktivni u procesu prirodnog prečišćavanja i procesima sekundarnog prečišćavanja. U zavisnosti od tipa industrije, u industrijskih otpadnim vodama mogu se naći različite štetne, opasne i toksične supstance. Zagađujuće materije se mogu naći u vodi u rastvornom obliku, u obliku jona ili molekula, koloida, suspenzija i mogu biti adsorbovane na čvrstim telima. Da bi se rešili novi izazovi i bolje iskoristili ekonomski izvori, različite tehnologije su predložene, testirane i primenjene u procesu obrade vode. Među njima, tehnologija membranske filtracije se pokazala veoma uspešna za uklanjanje širokog opsega potencijalnih zagađujućih materija i veoma pogodna u procesima pripreme vode za piće i procesima obrade industrijskih otpadnih voda. U radu je proučavan kompleksirajuće-mikrofiltracioni proces za uklanjanje jona olova. Mikrofiltracija je membranska tehnika koja se vrlo uspešno koristi za koncentrisanje i frakcionisanje rastvora makromolekula (proteina, poliaminokiselina i viših šećera). Poznato je da se ovom tehnikom ne mogu ukloniti joni teških metala iz vode. Međutim, ukoliko se joni teških metala vežu sa makromolekulima nekih od navedenih jedinjenja, onda se ova metoda može uspešno primenjivati. Cilj rada je bio da se na modelu otpadne vode, koja sadrži jone olova, odredi optimalni odnos koncentracije kompleksirajućeg sredstva i metala kao i optimalna pH vrednost rastvora. Mikrofiltracija je vršena u ćeliji sa mešanjem. Kao kompleksirajuće sredstvo izabrana je dietilaminoetil celuloza. Separacija formiranih kompleksa je vršena na Versapor mikrofiltracionim membranama. Koncentracija jona metala posle mikrofiltracije je određena atomskom apsorpcionom spektroskopijom. Ispitani su uticaji količine kompleksirajućeg sredstva, koncentracije jona metala, pH vrednosti rastvora i radnog pritiska na fluks i koeficijent zadržavanja. Eksperimentalni rezultati su pokazali značajan uticaj pH na koeficijent zadržavanja. Povećanje pH kao i količine kompleksirajućeg sredstva omogućili su postizanje veoma visokog koeficijenta zadržavanja jona olova od 99%.