mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.9.1354-1372mgssuvest-721Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionСовершенствование систем обратного осмоса, используемых для питьевого и технического водоснабженияImprovement of reverse osmosis systems used for drinking and technical water supplyhttps://orcid.org/0000-0002-7518-2342ПервовА. Г.PervovA. G.

Алексей Германович Первов — доктор технических наук, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 168126, Scopus: 6603768203, ResearcherID: R-8851-2016

Alexei G. Pervov — Doctor of Technical Sciences, Professor of Department of Water Supply and Sanitation

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 168126, Scopus: 6603768203, ResearcherID: R-8851-2016

ale-pervov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6252-9485СпицовД. В.SpitsovD. V.

Дмитрий Владимирович Спицов — кандидат технических наук, доцент, директор института Инженерно-экологического строительства и механизации

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 531559, Scopus: 57194449123, ResearcherID: AAC-2402-2022

Dmitriy V. Spitsov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Engineering and Ecological Construction and Mechanization

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 531559, Scopus: 57194449123, ResearcherID: AAC-2402-2022

spitsovdv@mgsu.ruАунгТет ЗоAungHtet Zow

Тет Зо Аунг — аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Htet Zow Aung — postgraduate student of the Department of Water Supply and Sanitation

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

newmoon68109@gmail.comКулагинаА. С.KulaginaA. S.

Анна Сергеевна Кулагина — аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Anna S. Kulagina — postgraduate student of the Department of Water Supply and Sanitation

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

anya.k.11@yandex.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation20252909202520913541372Copyright © Первов А.Г., Спицов Д.В., Аунг Т., Кулагина А.С., 20252025Первов А.Г., Спицов Д.В., Аунг Т., Кулагина А.С.Pervov A.G., Spitsov D.V., Aung H., Kulagina A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/721Введение

Введение. Приводятся результаты новых исследований, проведенных для повышения эффективности получения питьевой воды. Экспериментально обоснованы новые технологические решения, позволяющие избежать осадко-образования на мембранах, сократить затраты на предочистку и радикально уменьшить сброс концентрата. Показано, как использование нанофильтрационных мембран с низкими селективными характеристиками дает возможность сократить эксплуатационные затраты, связанные с закупкой реагентов для предочистки и химических промывок и оплатой сброса концентрата в канализацию.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментально определены все технические параметры систем водоподготовки, включая: типы мембран и моделей мембранных элементов; число мембранных аппаратов на каждой ступени; рабочее давление; режимы проведения гидравлических и химических промывок; дозы реагентов. Представлены результаты обработки подземной воды с применением мембран в первой серии экспериментов, а также итоги исследования взаимосвязи между коэффициентом снижения объема K, общим солесодержанием и концентрацией кальция. Изучена зависимость снижения эффективности мембран от коэффициента K. Результаты второй серии экспериментов демонстрируют зависимости скоростей роста осадка карбоната кальция в мембранных элементах на первом и втором этапах очистки.

Результаты

Результаты. На основании обработки экспериментальных данных представлены результаты расчетов количества мембранных элементов стандарта 8040 на каждой ступени очистки для установки производительностью 3 м3/ч, а также получены результаты экономических расчетов.

Выводы

Выводы. Использование нанофильтрационных мембран на каждой ступени очистки позволяет избежать осадко-образования на мембранах и уменьшить затраты на эксплуатацию за счет отказа от ингибиторов и моющих растворов.

Introduction

Introduction. The present paper shares new results of research devoted to improving the operation of conventional reverse osmosis. A new technological solution is proposed to escape scaling on the membrane surface. Applications of nanofiltration membranes provide a reduction of operation costs connected with chemical purchases to ensure pretreatment and chemical cleaning and also to pay for concentrate discharge into the sewer.

Materials and methods

Materials and methods. In the paper, the experimental methods developed earlier were used, such as the evaluation of membrane rejection and control of permeate quality as a function of the initial feed water volume reduction coefficient K; evaluation of calcium carbonate scaling rates and organic fouling rates in membrane modules. The experimentally obtained relationships are presented: dependencies of calcium concentrations and TDS values on the initial volume reduction coefficient K values and product flow reduction with K value relationships. Also, the second series results are presented that demonstrate dependencies of calcium carbonate growth rates on K.

Results

Results. Results of the required numbers of membrane modules are obtained to tailor the 3 cubic metres per hour capacity membrane facility and the results of economic calculations are also obtained.

Conclusions

Conclusions. The use of nanofiltration membranes on each stage of water treatment allows for the escape of deposition of sparingly soluble salts on the membrane surface and excludes antiscalant dosing and routine membrane cleanings. The use of the developed technology featured by the low operational cost due to reduced reagent consumption and concentrate discharge into the sewer.

обратный осмоснанофильтрацияингибиторы осадкообразованияосадкообразование на мембранахсокращение расхода концентратовснижение жесткостиустановка обратного осмосаreverse osmosisnanofiltrationscaling on membranesmembrane foulingantiscalantreduction of concentrate dischargeswater softeningreverse osmosis plantReferencesVentresque C., Gisclon V., Bablon G., Chagneau G. An outstanding feat of modern technology: the Mery-sur-Oise nanofiltration Treatment plant (340,000 m3/d) // Desalination. 2000. Vol. 131. Issues 1–3. Pp. 1–16. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90001-8Ventresque C., Gisclon V., Bablon G., Chagneau G. An outstanding feat of modern technology: the Mery-sur-Oise nanofiltration Treatment plant (340,000 m3/d). Desalination. 2000; 131(1-3):1-16. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90001-8Wang X., Hu R., Wei J., Huang T., Li K., Cheng H. Experimental study on softening high-calcium sulfate reverse osmosis concentrate using induced crystallization method // Water. 2024. Vol. 17. Issue 1. P. 4. DOI: 10.3390/W17010004Wang X., Hu R., Wei J., Huang T., Li K., Cheng H. Experimental study on softening high-calcium sulfate reverse osmosis concentrate using induced crystallization method. Water. 2024; 17(1):4. DOI: 10.3390/W17010004Suratt W.B., Andrews D.R., Pujals V.J., Richards S.A. Design considerations for major membrane treatment facility for groundwater // Desalination. 2000. Vol. 131. Issue 1–3. Pp. 37–46. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90004-3Suratt W.B., Andrews D.R., Pujals V.J., Richards S.A. Design considerations for major membrane treatment facility for groundwater. Desalination. 2000; 131(1-3):37-46. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90004-3Lopes C.N., Petrus J.C.C., Riella H.G. Color and COD retention by nanofiltration membranes // Desalination. 2005. Vol. 172. Issue 1. Pp. 77–83. DOI: 10.1016/j.desal.2004.07.030Lopes C.N., Petrus J.C.C., Riella H.G. Color and COD retention by nanofiltration membranes. Desalination. 2005; 172(1):77-83. DOI: 10.1016/j.desal.2004.07.030Бабаев А.В., Подковыров В.П., Доможаков Д.И., Арутюнова И.Ю., Ягунков С.Ю. Повторное использование сливной воды, образующейся при обработке водопроводного осадка // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 10–1. С. 20–26. EDN MVRESH.Babaev A.V., Podkovyrov V.P., Domozhakov D.I., Arutyunova I.Yu., Yagunkov S.Yu. Reuse of waste water generated during the treatment of tap sludge. Water Supply and Sanitary Technique. 2010; 10-1:20-26. EDN MVRESH. (rus.).Wilf M., Aerts P., Bartels C., Bloxom D., Christopher J., Festger A. et al. The Guidebook to Membrane Technology for Wastewater Reclamation. Balaban Publishers, 2010. 788 p.Wilf M., Aerts P., Bartels C., Bloxom D., Christopher J., Festger A. et al. The Guidebook to Membrane Technology for Wastewater Reclamation. Balaban Publishers, 2010; 788.Abdel-Fatah M.A. Nanofiltration systems and applications in wastewater treatment : review article // Ain Shams Engineering Journal. 2018. Vol. 9. Issue 4. Pp. 3077–3092. DOI: 10.1016/j.asej.2018.08.001Abdel-Fatah M.A. Nanofiltration systems and applications in wastewater treatment: Review article. Ain Shams Engineering Journal. 2018; 9(4):3077-3092. DOI: 10.1016/j.asej.2018.08.001Turek M., Mitko K., Skóra P., Dydo P., Jakóbik-Kolon A., Warzecha A. et al. Improving the Performance of a Salt Production Plant by Using Nanofiltration as a Pretreatment // Membranes. 2022. Vol. 12. Issue 12. P. 1191. DOI: 10.3390/membranes12121191Turek M., Mitko K., Skóra P., Dydo P., Jakóbik-Kolon A., Warzecha A. et al. Improving the Performance of a Salt Production Plant by Using Nanofiltration as a Pretreatment. Membranes. 2022; 12(12):1191. DOI: 10.3390/membranes12121191Lopes C.N., Petrus J.C.C., Riella H.G. Color and COD retention by nanofiltration membranes // Desalination. 2005. Vol. 172. Issue 1. Pp. 77–83. DOI: 10.1016/j.desal.2004.07.030Lopes C.N., Petrus J.C.C., Riella H.G. Color and COD retention by nanofiltration membranes. Desalination. 2005; 172(1):77-83. DOI: 10.1016/j.desal.2004.07.030Ribeiro R.M., Bergamasco R., Gimenes M.L. Membranes synthesis study for colour removal of a textile effluent // Desalination. 2002. Vol. 145. Issue 1–3. Pp. 61–63. DOI: 10.1016/s0011-9164(02)00368-5Ribeiro R.M., Bergamasco R., Gimenes M.L. Membranes synthesis study for colour removal of a textile effluent. Desalination. 2002; 145(1-3):61-63. DOI: 10.1016/s0011-9164(02)00368-5Ahmed M.A., Amin S., Mohamed A.A. Fouling in reverse osmosis membranes: monitoring, characterization, mitigation strategies and future directions // Heliyon. 2023. Vol. 9. Issue 4. P. e14908. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e14908Ahmed M.A., Amin S., Mohamed A.A. Fouling in reverse osmosis membranes: monitoring, characterization, mitigation strategies and future directions. Heliyon. 2023; 9(4):e14908. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e14908Quist-Jensen C.A., Sørensen J.M., Svenstrup A., Scarpa L., Carlsen T.S., Jensen H.C. et al. Membrane crystallization for phosphorus recovery and ammonia stripping from reject water from sludge dewatering process // Desalination. 2018. Vol. 440. Pp. 156–160. DOI: 10.1016/j.desal.2017.11.034Quist-Jensen C.A., Sørensen J.M., Svenstrup A., Scarpa L., Carlsen T.S., Jensen H.C. et al. Membrane crystallization for phosphorus recovery and ammonia stripping from reject water from sludge dewatering process. Desalination. 2018; 440:156-160. DOI: 10.1016/j.desal.2017.11.034Джубари М.К., Алексеева Н.В. Технологии обратного осмоса при очистке промышленных сточных вод: состояние проблемы и борьба с обрастанием мембран // Южно-Сибирский научный вестник. 2021. № 2 (36). С. 60–70. DOI: 10.25699/SSSB.2021.36.2.020. EDN IOUHND.Gubari M.Q., Alekseeva N.V. Reverse osmosis technologies for industrial wastewater treatment: state of the problem and control of membrane fouling. South-Siberian Scientific Bulletin. 2021; 2(36):60-70. DOI: 10.25699/SSSB.2021.36.2.020. EDN IOUHND. (rus.).Иркешев Н.С., Власова А.Ю. Исследование твердых отложений на обратноосмотических мембранах водоподготовительных установок // Инновационная наука. 2024. № 7–1. С. 29–35. EDN AWCQJM.Irkeshev N.S., Vlasova A.Yu. Study of solid deposits on reverse osmosis membranes of water treatment plants. Innovation Science. 2024; 7-1:29-35. EDN AWCQJM. (rus.).Халиков Р.М., Иванова О.В. Эффективные мембранные технологии для подготовки качественной питьевой воды // European Research : сб. ст. XIV Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 89–92. EDN YRWITD.Khalikov R.M., Ivanova O.V. Effective membrane technologies for production of quality drinking-water. European Research : collection of articles from the XIV International Scientific and Practical Conference. 2018; 89-92. EDN YRWITD. (rus.).Громов С.Л., Пантелеев А.А. Современные технологии водоподготовки как средство снижения эксплуатационных расходов // Энергетик. 2012. № 10. С. 15–18. EDN PEZHIF.Gromov S.L., Panteleev A.A. Modern water treatment technologies as a means of reducing operating costs. Energetik. 2012; 10:15-18. EDN PEZHIF. (rus.).Спицов Д.В., Андрианов А.П. Совершенствование конструкции мембранных аппаратов с целью сокращения эксплуатационных затрат при эксплуатации мембранных установок // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. № 2. С. 41–44. EDN YGXEMZ.Spitsov D.V., Andrianov A.P. Improving the design of membrane devices in order to reduce operating costs during operation of membrane installations. Advances in Modern Science. 2017; 4(2):41-44. EDN YGXEMZ. (rus.).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. EDN KVOGRV.Pervov A.G., Rudakova G.Ya., Efremov R.V. Development of programs for technological calculation of reverse osmosis and nanofiltration systems using “Aminat” reagents. Water Supply and Sanitary Technique. 2009; 7:21-28. EDN KVOGRV. (rus.).Головесов В.А., Рудакова Г.Я., Первов А.Г., Спицов Д.В. Выбор мембран и сервисных реагентов для мембранных установок, применяемых для обработки подземных вод // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 11. С. 1556–1569. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.11.1556-1569Golovesov V.A., Rudakova G.Ya., Pervov A.G., Spitsov D.V. The choice of membranes and reagents designated for membrane systems used to treat ground water. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(11):1556-1569. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.11.1556-1569 (rus.).Горбунова Т.П., Андрианов А.П. Разработка малоотходных технологий очистки природных вод на основе нанофильтрации и обратного осмоса // Водоочистка. 2013. № 1. С. 30–36. EDN PUMIAT.Gorbunova T.P., Andrianov A.P. Development of low-waste technologies for natural water purification based on nanofiltration and reverse osmosis. Water Purification. 2013; 1:30-36. EDN PUMIAT. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.