ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Инженерные системы в строительстве

Изучение образования органических осадков на низконапорных обратноосмотических мембранах при обработке воды из поверхностных водоисточников

  • Ю Дан Су - RAIFIL China официальный представитель компании CSM в России
  • Первов Алексей Германович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Суан Кует Нгуен - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.9.1180-1195
Страницы: 1180-1195
Введение. На основе экспериментальных данных и обобщения информации, изложенной в литературе, рассмотрены вопросы взаимодействия органических загрязнителей природной воды с нанофильтрационными и обратноосмотическими мембранами. Цель исследования — определение требуемой эффективности удаления из поверхностных вод органических веществ на стадии предочистки перед обработкой воды методом обратного осмоса путем установления скоростей адсорбции на мембранах органических веществ и прогнозирования количества накопленных на мембранах органических отложений. Материалы и методы. Описаны методики определения скоростей адсорбции органических загрязнений с использованием методов газожидкостной хроматографии и определения общего углерода, представлено обоснование применения анализа спектрограмм для оценки качества воды. На испытательном мембранном стенде зафиксированы скорости образования в мембранных аппаратах осадков высокомолекулярных органических веществ, образующих цветность, и низкомолекулярной органики, характеризующей окисляемость. Результаты. Представлены результаты определения скоростей образования органических осадков различной природы (гуминовых кислот, образующих цветность, и низкомолекулярных органических соединений, характеризующихся показателем окисляемости) на мембранах при обработке речной воды и воды, прошедшей предочистку. Полученные данные определения скоростей образования на мембранах органических отложений как при обработке речной воды с цветностью 60° платино-кобальтовой шкалы (ПКШ), так и очищенной (водопроводной) воды с цветностью 18° ПКШ, показывают, что адсорбированные на мембранах органические вещества мало влияют на эффективность процесса обратного осмоса и скорость образования отложений органических веществ идет на мембранах гораздо медленнее осадкообразования малорастворимых солей (карбоната кальция). Выводы. Результаты экспериментов продемонстрировали, что образующиеся на мембранах органические осадки слабо влияют на показатели работы мембран, поэтому при очистке природных вод с показателями цветности до 60° ПКШ предочистки по органическим веществам не требуется.
  • мембранное обессоливание воды;
  • обратный осмос;
  • нанофильтрация;
  • предочистка;
  • органические загрязнения;
  • эффективность удаления органики на нанофильтрационных и обратноосмотических мембранах;
  • снижение цветности;
  • адсорбция органических загрязнений на мембранах;
  • молекулярно-массовое распределение;
Литература
  1. Ibrahim Khamis, Rami El-Emam. Nuclear desalination and efficient water management: facing the challenges toward sustainable development // The International Desalination Association World Congress, Sao Paolo, Brazil, REF: IDA17WC-57863_Khamis.
  2. Fritzmann C., Lowenberg J., Wintgens T., Melin T. State-of-the-art of reverse osmosis desalination // Desalination. 2007. Vol. 216. Issue 1–3. Pp. 1–76. DOI: 10.1016/j.desal.2006.12.009
  3. Kaakinen J.W., Moody C.D. Characteristics of reverse-osmosis membrane fouling at the yuma desalting test facility // ACS Symposium Series. 1985. Pp. 359–382. DOI: 10.1021/bk-1985-0281.ch027
  4. Baker R.W., Cussler E.L., Eykamp W., Koros W.J., Riley R.L., Strathmann H. Membrane Separation Systems — A research and development Needs Assessment. United States, 1990. DOI: 10.2172/6885113
  5. Winters H. Control of organic fouling at two seawater reverse osmosis plants // Desalination. 1987. Vol. 66. Pp. 319–325. DOI: 10.1016/0011-9164(87)90214-1
  6. Taylor J.S. Community and homeowner use of membrane processes // Proceedings of the 1991 Ninth Annual Membr. Conf., Boston, Nov. 4–6, 1991.
  7. Cheng R. et al. The effects of small halogenocarbons on RO membrane performance // IDA World Conf. on Des. and Water Reuse, August, Washington D.C., Vol. 2.
  8. Ricci B.C., Ferreira C.D., Marques L.S., Martins S.S., Reis B.G., Amaral M.C.S. Assessment of the chemical stability of nanofiltration and reverse osmosis membranes employed in treatment of acid gold mining effluent // Separation and Purification Technology. 2017. Vol. 174. Pp. 301–311. DOI: 10.1016/j.seppur.2016.11.007
  9. Simon F.X., Penru Y., Mico M.M., Llorens J., Esplugas S., Baig S. Biological activity in expanded clay (EC) and granulated activated carbon (GAC) seawater filters // Desalination. 2013. Vol. 328. Pp. 67–73. DOI: 10.1016/j.desal.2013.08.018
  10. Armendáriz-Ontiveros M.M., García García A., de los Santos Villalobos S., Fimbres Weihs G.A. Biofouling performance of RO membranes coated with Iron NPs on graphene oxide // Desalination. 2019. Vol. 451. Pp. 45–58. DOI: 10.1016/j.desal.2018.07.005
  11. Kim L.H., Nava-Ocampo M., van Loosdrecht M.C.M., Kruithof J.C., Vrouwenvelder J.C. The membrane fouling simulator: development, application, and early-warning of biofouling in RO treatment // Desalination and Water Treatment. 2018. Vol. 126. Pp. 1–23. DOI: 10.5004/dwt.2018.23081
  12. Katebian L., Gomez E., Skillman L., Li D., Ho G., Jiang S.C. Inhibiting quorum sensing pathways to mitigate seawater desalination RO membrane biofouling // Desalination. 2016. Vol. 393. Pp. 135–143. DOI: 10.1016/j.desal.2016.01.013
  13. Poussade Y., Vergnolle F., Baaklini D., Pitt N., Gaid A., Ventresque C., Vigneron-Larosa N. Impact of granular media vs membrane filtration on the pretreatment of SWRO desalination plants // The International Desalination Association World Congress, San Paulo, Brazil. REF: IDA 17 WC-57853_Poussade.
  14. Siebdrath N., Farhat N., Ding W., Kruithof J., Vrouwenvelder J.S. Impact of membrane biofouling in the sequential development of performance indicators: Feed channel pressure drop, permeability, and salt rejection // Journal of Membrane Science. 2019. Vol. 585. Pp. 199–207. DOI: 10.1016/j.memsci.2019.05.043
  15. Saffarimiandoab F., Gul B.Y., Erkoc-Ilter S., Guclu S., Unal S., Tunaboylu B. et al. Evaluation of biofouling behavior of zwitterionic silane coated reverse osmosis membranes fouled by marine bacteria // Progress in Organic Coatings. 2019. Vol. 134. Pp. 303–311. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2019.05.027
  16. Lee H., Jin Y., Hong S. Recent transitions in ultrapure water (UPW) technology: Rising role of reverse osmosis (RO) // Desalination. 2016. Vol. 399. Pp. 185–197. DOI: 10.1016/j.desal.2016.09.003
  17. Shrivastava A., Rosenberg S., Peery M. Energy efficiency breakdown of reverse osmosis and its implications on future innovation roadmap for desalination // Desalination. 2015. Vol. 368. Pp. 181–192. DOI: 10.1016/j.desal.2015.01.005
  18. Al-Amoudi A.S. Factors affecting natural organic matter (NOM) and scaling fouling in NF membranes: A review // Desalination. 2010. Vol. 259. Pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.desal.2010.04.003
  19. Kumar M., Adham S.S., Pearce W.R. Investigation of seawater reverse osmosis fouling and its relationship to pretreatment type // Environmental Science & Technology. 2006. Vol. 40. Issue 6. Pp. 2037–2044. DOI: 10.1021/es0512428
  20. Guastalli A.R., Simon F.X., Penru Y., de Kerchove A., Llorens J., Baig S. Comparison of DMF and UF pre-treatments for particulate material and dissolved organic matter removal in SWRO desalination // Desalination. 2013. Vol. 322. Pp. 144–150. DOI: 10.1016/j.desal.2013.05.005
  21. Yang J., Lee S., Lee E., Lee J., Hong S. Effect of solution chemistry on the surface property of reverse osmosis membranes under seawater conditions // Desalination. 2009. Vol. 247. Issue 1–3. Pp. 148–161. DOI: 10.1016/j.desal.2008.12.020
  22. Knops F., Pozzi J., Dharmabalan D. TOC and Color removal from surface water with hollow fiber nanofiltration // The international Desalination Association World Congress — Sao Paulo, Brazil, REF: IDA 17 WC - 57848_Knops.
  23. Wen Y., Chen Y., Wu Z., Liu M., Wang Z. Thin-­film nanocomposite membranes incorporated with water stable metal-organic framework CuBTTri for mitigating biofouling // Journal of Membrane Science. 2019. Vol. 582. Pp. 289–297. DOI: 10.1016/j.memsci.2019.04.016
  24. Юрчевский Е.Б., Первов А.Г., Пичугина М.А. Очистка воды от органических загрязнений с использованием мембранных технологий водоподготовки // Энергосбережение и водоподготовка. 2016. № 5 (103). С. 32–45.
  25. Bian R., Yamomoto K., Watanabe Y. The effect of shear rate on controlling the concentration polarization and membrane fouling // Desalination. 2000. Vol. 131. Issue 1–3. Pp. 225–236. DOI: 10.1016/s0011-9164(00)90021-3
  26. Laine J.-M., Vial D., Moulart P. Status after 10 years of operation — overview of UF technology today // Desalination. 2000. Vol. 131. Issue 1–3. Pp. 17–25. DOI: 10.1016/s0011-9164(00)90002-x
  27. Pontie M., Buisson H., Diawara C.K., Essis-Tome H. Studies of halide ions mass transfer in nanofiltration — application to selective defluorination of brackish drinking water // Desalination. 2003. Vol. 157. Issue 1–3. Pp. 127–134. DOI: 10.1016/s0011-9164(03)00391-6
  28. Ducom G., Cabassud C. Interests and limitations of nanofiltration for the removal of volatile organic compounds in drinking water production // Desalination. 1999. Vol. 124. Issue 1–3. Pp. 115–123. DOI: 10.1016/s0011-9164(99)00095-8
  29. Itoh M., Kunikane S., Magara Y. Evaluation of nanofiltration for disinfection by-products control in drinking water treatment // Water Science and Technology: Water Supply. 2001. Vol. 1. Issue 5–6. Pp. 233–243. DOI: 10.2166/ws.2001.0119
  30. Boussahel F.R., Bouland S., Moussaoui K.M., Montiel A. Removal of pesticide residues in water using the nanofiltration process // Desalination. 2000. Vol. 132. Issue 1–3. Pp. 205–209. DOI: 10.1016/s0011-9164(00)00151-x
  31. Bonne P.A.C., Beerendonk E.F., van der Hoek J.P., Hofman J.A.M.H. Retention of herbicides and pesticides in relation to aging of RO membranes // Desalination. 2000. Vol. 132. Issue 1–3. Pp. 189–193. DOI: 10.1016/s0011-9164(00)00148-x
  32. Thanuttamavong M., Oh J.I., Yamamoto K., Urase T. Comparison between rejection characteristics of natural organic matter and inorganic salts in ultra low pressure nanofiltration for drinking water production // Water Science and Technology: Water Supply. 2001. Vol. 1. Issue 1–6. Pp. 77–90. DOI: 10.2166/ws.2001.0102
  33. Юрчевский Е.Б., Первов А.Г., Андрианов А.П., Пичугина М.А. Исследование технологических характеристик мембранных элементов с «открытыми» напорными каналами // Теплоэнергетика. 2009. № 11. С. 46–52.
  34. Pervov A.G. A simplified RO process design based on understanding of fouling mechanisms // Desalination. 1999. Vol. 127. Issue 1–3. Pp. 227–247. DOI: 10.1016/s0011-9164(99)00179-4
  35. Первов А.Г., Андрианов А.П., Спицов Д.В., Юрчевский Е.Б. Влияние свойств мембран и конструкции мембранных каналов на интенсивность процессов осадкообразования и снижение производительности // Мембраны. 2010. № 2. С. 3–14.
  36. Champlin T.L. Using circulation tests to model natural organic matter adsorption and particle deposition by spiral-wound nanofiltration membrane elements // Desalination. 2000. Vol. 131. Issue 1–3. Pp. 105–115. DOI: 10.1016/s0011-9164(00)90011-0
  37. Первов А.Г., Андрианов А.П., Спицов Д.В., Рудакова Л.В. Новые технологии и аппараты на основе методов ультра- и нанофильтрации для систем водоснабжения и теплоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 7. С. 12–19.
  38. Первов А.Г., Рудакова Г.Я., Ефремов Р.В. Разработка программ для технологического расчета систем обратного осмоса и нанофильтрации с использованием реагентов «Аминат» // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 7. С. 21–28.
  39. David Lawrence Russell. Membrane autopsies as investigative tool to improve cleaning and system performance. A case study. The International Desalination Association World Congress — Sao Paolo, Brazil, REF: IDA17WC-58273_Russell.
  40. Darton T., Annunziata U., Pisano F.D.V., Gallego S. Membrane autopsy helps to provide solutions to operational problems // Desalination. 2004. Vol. 167. Pp. 239–245. DOI: 10.1016/j.desal.2004.06.133
СКАЧАТЬ (ENG)