Совершенствование конструкций современных нанофильтрационных аппаратов для повышения надежности их работы при очистке природных вод (стр. 2 из 2)

Таблица 1. Показатели качества исходной и очищенной на различных типах нанофильтрационных мембран воды р. Десна

Показатели качества	Исходная речная вода	Фильтрат
		Ацетатная мембрана	Композитная мембрана
Мутность, мг/л	39,1	0,4	0,5
Цветность, мг/л	40,6	9,5	19,4
Перманганатная окисляемость, мгО/л	20,4	2,48	3,52
Общая жесткость, мг-экв/л	5,5	1,5	1,65
Электропроводность, мкСм/см	696	390	310
рН	7,1	6,9	6,8

Для сравнительных экспериментальных исследований авторами были изготовлены рулонные элементы типа 1812 стандартной конструкции и новой – с «открытым» каналом.

Определение скоростей осадкообразования и накопления осадков производилось в режиме циркуляции в соответствии с ранее описанной методикой [6]. Схема экспериментальной установки показана на рис. 4. Исходная вода помещается в бак 1, откуда насосом 2 подается в мембранный аппарат 3. Давление поддерживается с помощью регулирующего вентиля 4. Для изменения величины транзитного потока используется вентиль байпаса 5. Фильтрат после мембранного аппарата поступает в бак 6, а концентрат – обратно в бак 1. В процессе работы установки в пробах исходной воды (из бака 1) определяются содержания взвешенных веществ и цветность. С помощью массового баланса можно определить количество отложений на мембранах в аппарате [6] и эффективность гидравлических промывок.

На рис. 5 показаны зависимости скорости образования осадка взвешенных веществ в аппаратах от величины расхода транзитного потока через аппарат. На рис. 6 даны сравнительные величины накопления органических веществ различными типами мембран. В процессе накопления осадка взвешенных веществ на мембранах нарастает гидравлическое сопротивление потоку, в результате чего снижается производительность мембран. На рис. 7 показаны прирост сопротивления и снижение производительности аппаратов «стандартной» и новой конструкции.

Для оценки содержания органических веществ в воде используется метод спектрометрии. При «сканировании» природных вод спектрограммы дают в диапазоне желтого света (длина волны 420 – 500 нм) характерные «максимумы», соответствующие «прыжкам» в концентрациях органических веществ с молекулярной массой 1 200 и 6 000 Да. Исследуя в циркуляционном режиме концентрации различных фракций гуминовых соединений в воде, можно определить типы наиболее интенсивно осаждающихся веществ и скорости их осаждения (рис. 8).

Выбор оптимальной скорости транзитного потока через аппарат определяется на основе минимизации эксплуатационных затрат. С одной стороны, увеличение расхода транзитного потока вызывает повышенный расход электроэнергии. С другой стороны, при снижении скорости транзитного потока повышается вероятность загрязнения мембран и возрастают затраты на химические промывки. Больший вклад дают энергозатраты на перекачку жидкости, что видно на рис. 9, где показан выбор оптимальной скорости при различных величинах выхода фильтрата.

Выводы

Разработанная технология позволяет создать систему обработки поверхностных вод с цветностью до 150 град [14] и содержанием взвешенных веществ до 40 – 50 мг/л. При этом расходы электроэнергии не превышают 0,5 кВт/м³. Благодаря компактности и простоте, возможности автоматизированной непрерывной работы и отсутствию постоянного дозирования реагентов, такие системы имеют перспективы при водоснабжении вахтовых поселков в удаленных районах, при развертывании водоснабжения в районах чрезвычайных ситуаций и т.д.

Кроме того, реальная опасность загрязнения поверхностных источников пестицидами, нефтепродуктами, хлорорганическими соединениями с одной стороны, и резкое повышение содержания органических веществ в период паводков с другой стороны, а также низкая стоимость описанных установок, простота их изготовления и наращивания мощностей, позволяет всерьез рассматривать эту технологию для создания вспомогательных и дополнительных мощностей на крупных городских станциях водоподготовки [15].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Futselaar H., Schonewille H., Meer W. (2003). Direct capillary nanofiltration for surface water. Desalination, 157, 135-136.

2. Bruggen B., Hawrijk I., Cornelissen E., Vandecasteele C. (2003). Direct nanofiltration of surface water using capillary membranes: comparison with flat sheet membranes. Separation and Purification Technology, 31(2), 193-201.

3. Bonné P.A.C., Hiemstra P., Hoek J.P., Hofman J.A.M.H. (2002). Is direct nanofiltration with air flush an alternative for household water production for Amsterdam? Desalination, 152, 263-269.

4. TriSep Corporation - Reverse Osmosis, Spiral Wound Membrane Separation Products and Chemical Support Products [Electronic resource] / TriSep Corporation, 2005. – Mode of access: http://www.trisep.com.

5. PCI Membranes - Water Treatment Liquid Separations Membranes Housings Filtration Systems Disinfection (A Thames Water business) [Electronic resource] / ITT Industries, 2001. – Mode of access: http://www.pcimem.com.

6. Pervov Alexei G., Melnikov Andrey G. (1991). The determination of the required foulant removal degree in RO feed pretreatment. IDA world conference on Desalination and Water reuse August 25-29, 1991, Washington. Pretreatment and fouling.

7. Pervov A.G. (1999). A simplified RO process design based on understanding of fouling mechanisms. Desalination, 126, 227-247.

8. Riddle Richard A. (1991). Open channel ultrafiltration for reverse osmosis pretreatment. IDA world conference on Desalination and Water reuse August 25-29, 1991, Washington. Pretreatment and fouling.

9. Мембранный рулонный элемент: пат. 2108142 РФ, МПК6, B 01 D 063/10 / Первов А.Г.; заявитель – Первов А.Г., № 97103745, заявл. 19.03.97, опубл. 10.04.98.

10. Pervov A.G. (1991). Scale formation prognosis and cleaning procedure schedules in reverse osmosis operation. Desalination, 83, 77-118.

11. Первов А.Г., Андрианов А.П., Козлова Ю.В., Мотовилова Н.Б. (2007). Новые технологии обработки поверхностных вод с применением нанофильтрации. Водоснабжение и сан. техника, 5, 9-13.

12. Первов А.Г., Андрианов A.П., Спицов Д.В., Кондратьев B.В. (2007). Разработка новых технологий и аппаратов на основе метода нанофильтрации для систем водо- и теплоснабжения городских зданий. Сантехника, 3, 12-18.

13. Первов А.Г. и др. (2002). Мембраны: новые перспективы освоения рынка питьевой воды. Водоснабжение и сан. техника, 10, 26-29.

14. Аюкаев Р.И., Петров Е.Г., Аюкаев Р.Р. (2000). Проблемы удаления гуминовых веществ из поверхностных и подземных вод в России. Вода и экология, 1.

15. Андрианов А.П., Первов А.Г. (2004). Перспективы применения мембранных методов ультрафильтрации и нанофильтрации на крупных водопроводных станциях. Проекты развития инфраструктуры города. Сборник научных трудов. Вып. 4. М.: Прима-Пресс-М, 101-109.