Сен 03 2001

ПИТНА ВОДА І МЕМБРАННІ ТЕХНОЛОГІЇ:

ПИТНА ВОДА І МЕМБРАННІ ТЕХНОЛОГІЇ:

ДОСЯГНЕННЯ ТА ПЕРСПЕКТИВИ

М.Т. Брик, А.Ф. Бурбан, В.В. Коновалова, А.Л. Алпатова

Національний університет "Києво-Могилянська академія", м. Київ

Мембранна очистка і опріснення морської води. В ряді країн (США, країни Близького Сходу, Мальта) в останні 10 – 15 років побудовані та діють мембранні, перш за все зворотноосмотичні, установки різної продуктивності по опрісненню морських та підземних солених вод [1].

Принципово важливою і необхідною умовою для одержання опрісненої мембранними методами морської води є її багатостадійна попередня очистка від домішок та забруднень різної дисперсності та природи.

Для зворотноосмотичного опріснення морської води використовують мембранні елементи різноманітних типів: рулонні, порожнинно-волоконні та плоскокамерні [2]. Найбільше поширення одержали рулонні мембранні установки. Опріснення морської води відбувається, як правило, за двостадійною схемою. Так, на зворотноосмотичній станції Доха (Кувейт) [1] при початковому вмісті солей в воді 41,4 г/л її опріснення дало можливість знизити їх вміст до 975,0 та 130,0 мг/ л на першій та другій стадіях опріснення відповідно. Змішуванням води першої та другої стадії опріснення досягали вмісту солей в опрісненій воді 390,0 мг/л, що відповідає вимогам до питної води. Після опріснення води за будь-якою із вказаних схем проводиться її знезараження, регулювання рН, мінерального складу та фільтрування на патронних мікрофільтрах.

Опріснення морської, соленої та солонуватої вод можливе також з використанням електродіалізу при вмісті солей в воді 1 – 10 г/л [3].

Техніко-економічні та енергетичні аспекти опріснення морської води. Удосконалення мембранних технологій з точки зору їх здешевлення, яке б давало змогу отримувати питну воду високої якості, та ріст дефіциту прісної води сприяли збільшенню кількості мембранних установок з одиничною продуктивністю від 10 – 100 до 50 000 – 300000 м3/добу [1].

Техніко-економічний аналіз капітальних витрат та собівартості зворотноосмотичного опріснення солонуватих вод з мінералізацією 5 – 10 г/л

на установках з продуктивністю від 10 до 100 м3/добу показав, що збільшення продуктивності установок у вказаному діапазоні призводить до зростання капітальних витрат з 50,0 до 200,0 тис. доларів США та до зниження собівартості опрісненої води з 4,0 до 1,5 дол./м3. Відбір опрісненої води при цьому складав 40 – 50 % при селективності мембран 90 – 92 % (при тискові 4,0 МПа). Питомі витрати електроенергії при зворотноосмотичному опрісненні морської води на великих установках в залежності від вмісту солей в початковій воді знаходяться в межах 5,80 – 8,25кВт.год./м3, а на малих – 10 кВт.год./м3. Собівартість води в значній мірі залежить також і від вмісту солей в початковій морській вод. Так, при експлуатації двох установок в Нідерландах для опріснення солонуватої води собівартість складала лише 0,80 – 1,00 гульденів/м3 (0,4 – 0,5 дол.США/м3 знесоленої води) [1]. При опрісненні морської води з вмістом солей 35,0 г/л на двостадійній зворотноосмотичній установці (селективність 53 та 85 %, тиск – 6,0 МПа, концентрація розсолу на виході – 105 г/л) з продуктивністю 100 м3/год. собівартість опрісненої води знаходиться в межах 1,21 – 1,82 дол.США/м3 [1].

Мембранні технології в очищенні та опрісненні поверхневих річкових і підземних вод. Сучасний розвиток систем постачання питної води з використанням капітальних споруд характеризується двома основними тенденціями: 1) суттєве удосконалення традиційних технологій водопідготовки; 2) застосування мембранних технологій для очистки, пом\’якшення та часткового знесолення річкових та підземних (в тому числі й солонуватих) вод.

Реалізація традиційної технології водопідготовки стикається з суттєвими труднощами, які викликані зростаючою забрудненістю поверхневих вод специфічними речовинами внаслідок господарської діяльності людини та зі значною мінливістю якості цієї води в залежності від сезонних та інших природних і техногенних факторів. В зв\’язку з цим пропонуються можливі шляхи удосконалення традиційної технології підготовки питної води, якими є: 1) покращання коагуляційно-флокуляційної обробки за рахунок застосування нових синтетичних флокулянтів (наприклад, аніонного поліелектроліту AN 910 Floerger); 2) покращання коагуляційно-флокуляційної обробки шляхом попередньої ремінералізації води сумішшю вапна та СО2; 3) введення озоно-флотаційної обробки; 4)відміна попереднього хлорування в поєднанні з коагуляційно-флотаційною обробкою солями заліза з наступними ремінералізацією та озонуванням (до освітлення фільтруванням); 5) часткове хлорування; 6)обробка води активованим вугіллям, яке працює в режимі біосорбції. Вважається, що використання цих удосконалень в різноманітних поєднаннях та з врахуванням реальних ситуацій і можливостей забезпечить одержання питної води, якість якої задовольняє сучасні більш жорсткі світові стандарти.

Серед безреагентних мембранних технологій очистки, пом\’якшення та часткового знесолення поверхневих і підземних вод для питного водопостачання основними є: зворотний осмос для опріснення солонуватої води; нанофільтрація для часткового пом\’якшення і знесолення води та видалення низькомолекулярних (200 – 500 дальтон) органічних сполук; ультрафільтрація для видалення з води колоїдів, мікроорганізмів, зниження вмісту загального органічного вуглецю та забарвленості. Типова технологічна схема опріснення солонуватих підземних вод з використанням низьконапірного зворотного осмосу включає: попереднє підкислення, введення інгібітору осадоутворення, фільтрування на патронних мікрофільтрах, зворотноосмотичне опріснення, дегазацію та знезараження. Одержана вода характеризується зниженням вмісту загального органічного вуглецю з 15,4 до 1,5 мг/ л, забарвленості з 38 – 85 до 2 – 3 одиниць, тригалогенметанів з 630 до 56 мк-г/л та відсутністю бактерій і вірусів [2]. Вартість такої води знаходиться в межах 0,1 – 0,3 дол. США/м3.

Найбільш ефективною безреагентною мембранною технологією підготовки питної води є нанофільтрація, використання якої швидко розширюється в США і країнах Західної Європи (наприклад, сумарна продуктивність нанофільтраційних установок в США вже перевищила 270 тис. м3/добу, а у Франції – 200 тис. м3/добу [1].

Виконано багато досліджень, в тому числі й в Україні [4], з очищення природних вод з використанням нанофільтраційних мембран фірми Filmtec, яка є їх основним виробником, серії NF (NF-40, NF-40HF, NF-50, NF-70). Показано [4], що нанофільтрація забезпечує заміну коагуляції, флокуляції та фільтрації. Так, при нанофільтраційній обробці солонуватих вод (загальний вміст солей до 1000 мг/л) забарвленість очищеної води знижується на 96 %, хлоридів – на 50 %, кальцію – на 90 %, фтору – на 90 %, а можливість утворення тригалогенметанів (при хлоруванні) знижується від 630 до 56 мк-г/л. Нанофільтрація дає змогу виключити ряд стадій при отриманні питної води, таких як вапнування (для пом\’якшення води) та обробка на активованому вугіллі (для видалення органічних домішок). Для отримання високоякісної питної води практично використовується тільки одна додаткова стадія – фінішне знезараження очищеної води.

В 1990 – 1992 роках в передмісті Парижа (Мері-сюр-Уаз і Овер-сюр-Уаз) була побудована і запущена (компанія ОТV) експериментальна нанофільтрувальна установка з продуктивністю 75 м3/год., яка призначена для глибокої очистки річкової (р. Уаза) води (максимальне видалення завислих частинок, бактерій, вірусів, мікроводоростей, пестицидів тощо) і її знезараження без використання хлору [1]. З дозволу санітарних органів Франції (Міністерство охорони здоров\’я, Вища громадська гігієнічна рада) і під їх жорстким контролем якості питної води на всіх ділянках (від місця її виробництва до надходження до споживача) були здійснені протягом 1991 – 1993 років нанофільтраційна підготовка питної води та її подача в містечко Овер-сюр-Уаз. За результатами річних успішних випробувань прийнято рішення про використання нанофільтрації на новій водопровідній станції з продуктивністю 200 тис. м3/добу та про розширення водоочисної станції Мері-сюр-Уаз з 270 до 400 тис.м3/добу, що позитивно вплине на якість водопостачання північної частини Парижу. Компанія Дегремон (Франція), яка досягла значних успіхів в розробці та використанні ультра- і нанофільтрації для одержання питної води, почала широке виробництво та поставки цих установок як у Франції, так і США.

Ці дані переконливо свідчать про суттєве підвищення якості підготовки питної води, одержаної за нанофільтраційною технологією.

Для очистки природних вод від колоїдів, йоногенних речовин, в тому числі й органічних, та мікроорганізмів, а також від солей жорсткості і важких металів є перспективним використання заряджених мікро- та ультрафільтраційних мембран [5,6]. Причиною цього є різке зниження вірогідності попадання йоногенних і заряджених частинок в пори мембрани внаслідок дії сил електростатичного відштовхування між однойменно зарядженими поверхнею мембрани і частинки. Значну перспективу має використання біокаталітичних ультрафільтраційних мембран [7].

Перспективним методом для одержання чистої води, яка може бути використана після корегування її мінерального складу як питна, є мембранна дистиляція [8], суттєвою перевагою якої є отримання високочистої води в одну стадію з вод будь-якої початкової якості за умови, що вони не містять летких речовини і ПАР. Мембранна дистиляція забезпечує високий ступінь відбору чистої води (90 – 95 %), концентрування домішок до утворення практично насичених їх розчинів при відсутності тиску в мембранних апаратах, оскільки рушійною силою процесу є різниця парціальних тисків пари води по обидва боки гідрофобних пористих мембран, яка забезпечується різницею температур (гарячий бік мембрани – 50 – 80° С, а холодний – 20 – 25° С). Для мембранної дистиляції економічно і екологічно вигідно використання низькокалорійного тепла, яке є відходом багатьох виробництв.

Використання мембранних технологій у побуті. В умовах технічної і технологічної відсталості водоочисного і водопровідного господарств України, які не можуть забезпечити одержання і подачу доброякісної питної води, досить широко використовуються індивідуальні побутові та колективні пристрої доочистки, очистки та опріснення води [1]. Цей паліативний напрям, як показує європейський досвід, не може бути альтернативою удосконаленню та розвитку централізованих систем питного водопостачання.

Серед численних типів побутових установок для доочистки водопровідної води приблизно 90 – 95 % складають різні типи сорбційних та йонообмінних апаратів, які потребують постійного контролю та регенерації, що є малоефективним в домашніх умовах. В іншому випадку вони можуть стати джерелом вторинного забруднення води.

Вибір мембранних побутових апаратів очистки водопровідної води в домашніх умовах обмежений реальним тиском води в водопровідній мережі, який в містах України в середньому не перевищує 0,1 – 0,5 МПа. Мікрофільтрація і ультрафільтрація (робочий тиск 0,05 – 0,5 МПа) та частково нанофільтрація (робочий тиск 0,4 – 1,0 МПа) задовольняють ці вимоги і можуть бути використані без нагнітальних насосів для доочистки водопровідної води. Зворотноосмотичні апарати (тиск 1,5 – 2,0 МПа), які потребують нагнітальних насосів, видаляють із води всі домішки, в тому числі й солі, на 99 – 100 %. У більшості побутових зворотноосмотичних апаратів відсутні пристрої для регулювання мінералізації одержаної води, яка в цьому випадку за своїм складом відповідає практично дистильованій і, отже, не відповідає санітарно-гігієнічним нормам.

В кінці 80-х років у зв\’язку зі значним погіршенням якості природних вод в Європі і США як тимчасова альтернатива розпочато виробництво побутових пристроїв для очистки води. В даний час якість питної води в цих країнах суттєво покращилася і відповідає жорстким стандартам Європейського Союзу та США і, отже, практично відпала необхідність в очисних фільтрах. Ринок їх збуту змістився в країни Азії, Східної Європи, в тому числі і в Україну, та інші країни колишнього Радянського Союзу, де якість водопровідної води, як правило, не відповідає європейським нормам.

Література

1. Брик М.Т.//Наукові записки НаУКМА. Хім. науки.– 2000 – Т. 18 – С.4 – 24.

2. Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология в промышленности. – К.: Техніка, 1990. – 248 с.

3. Гребенюк В.Д., Пономарев М.И. Электромембранное разделение смесей. – К. : Наук. думка, 1992. – 184 с.

4. Брык М.Т., Нигматуллин Р.Р. // Химия и технология воды. – 1995. – Т.17, № 4. – С. 375 – 397.

5. Брык М.Т., Бурбан А.Ф., Нигматуллин Р.Р., Мельник А.Ф.// Химия и технология воды. – 1991. - Т. 13, № 9. – С.780 – 787.

6. Брик М.Т., Нігатуллін Р.Р., Алпатова А.Л. // Наукові записки НаУКМА. Спецвипуск. – 1999. – Т.9, Ч. ІІ. – С. 409 – 411.

7. Коновалова В.В., Брик М.Т. та ін. // Наукові записки НаУКМА. Спецвипуск. – 2000. – Т.18, Ч. ІІ. – С. 352 – 357.

8. Брик М.Т., Нигматуллин Р.Р. // Успехи химии. – 1994. – Т. 63, № 12. – С.1114 – 1129.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.