Совершенствование систем обратного осмоса, используемых для питьевого и технического водоснабжения

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. 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. 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. 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.

1. Ventresque 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)90001-8

2. Wang 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/W17010004

3. Suratt 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)90004-3

4. Lopes 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.2004.07.030

5. Бабаев 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.

6. 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.

7. 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.2018.08.001

8. Turek 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/membranes12121191

9. Lopes 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.2004.07.030

10. Ribeiro 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)00368-5

11. Ahmed 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.e14908

12. Quist-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.2017.11.034

13. Джубари 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.

14. Иркешев Н.С., Власова А.Ю. Исследование твердых отложений на обратноосмотических мембранах водоподготовительных установок // Инновационная наука. 2024. № 7–1. С. 29–35. EDN AWCQJM.

15. 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.

16. Громов С.Л., Пантелеев А.А. Современные технологии водоподготовки как средство снижения эксплуатационных расходов // Энергетик. 2012. № 10. С. 15–18. EDN PEZHIF.

17. 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.

18. 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.

19. 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: 10.22227/1997-0935.2020.11.1556-1569

20. 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.