Для России и стран СНГ проблемой государственного масштаба стало снабжение населения качественной водопроводной водой. Традиционные методы очистки воды плохо справляются с удалением значительного количества новых техногенных загрязняющих веществ.

Изношенность большинства водопроводных магистралей приводит ко вторичному загрязнению воды и учащению аварийных выбросов. Традиционные бытовые магистральные фильтры не справляются с задачей качественной очистки воды. Решением этой проблемы является использование новейшего и перспективного метода ультрафильтрации - мембранного метода очистки воды.

Компания Waterman предлагает Вашему вниманиюустановки ультрафильтрации, успешно решающие целый комплекс задач по очистке воды. Наши специалисты разработают оптимальную технологическую схему обработки воды с использованием технологий ультрафильтрации, осуществят проектирование, монтаж и запуск системы в эксплуатацию.

В промышленном масштабе метод ультрафильтрации для очистки воды стал применяться с конца ХХ века. В год суммарный прирост объемов воды, очищенной с помощью ультрафильтрации, составляет около 25 %.

Острота проблемы с чистой водопроводной водой в странах Азии (таких как Малайзия, Сингапур, Тайвань, Китай), поспособствовала созданию в 1985 году исследовательского центра в Сингапуре.

Центр разработал надёжную и недорогую для этих стран технологию ультрафильтрации. Сейчас бытовой модуль ультрафильтрации в азиатских семьях (например, в Малайзии) - такой же атрибут быта, как телевизор или холодильник.

Технология ультрафильтрации, усовершенствованная и проверенная временем, не осталась незамеченной Европой и Америкой.

Области применения технологии ультрафильтрации

С конца ХХ в. метод ультрафильтрации стал использоваться в промышленном масштабе. На сегодняшний день в мире работают сотни производительностью до 4105 м 3 /сут. Около 25 % составляет ежегодный суммарный прирост объемов воды, обработанной методом ультрафильтрации. Ультрафильтрацией обеспечивается качественная очистка вод поверхностных источников, питьевой, оборотной и технологической воды при минимуме эксплуатационных затрат. Ниже приведён перечень основных областей использования ультрафильтрационной технологии.

Использование метода ультрафильтрации для дезинфекции воды

С помощью стандартных модулей ультрафильтрации производится удаление вирусов и бактерий на уровне не менее 99,99%. В отличие от традиционных методов дезинфекции воды (хлорирование, ультрафиолетовое обеззараживание, озонирование и др.), при ультрафильтрации микроорганизмы физически устраняются из воды. Это достигается за счет того, что в ультрафильтрационной мембране диаметр пор значительно меньше размеров вирусов или бактерий (пора – 0,01 мкм, бактерия – 0,4…1,0 мкм, вирус – 0,02…0,4 мкм). Таким образом, микроорганизмы, находящиеся в воде, не могут проникнуть через такой барьер. В результате устраняется необходимость первичного хлорирования воды, а обеззараживание осуществляется уже непосредственно перед подачей воды потребителю.

Обработка ультрафильтрацией хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод

Во всем мире стараются повторно использовать очищенные сточные воды, которые гораздо выгоднее не сбрасывать в открытый водоем, а после обработки ультрафильтрацией направлять для промышленного использования. Тем самым техногенная нагрузка на водоёмы хозяйственно-питьевого назначения значительно снижается.

Использование ультрафильтрации в качестве предварительной ступени перед системами обратного осмоса

Обычно в для предварительной очистки используются мешочные или патронные фильтры (рейтинг фильтрации 5 мкм). Замена их на ультрафильтрационные модули, имеющие более длительный срок службы, позволит снизить эксплуатационные расходы.

Применение ультрафильтрационных модулей позволяет стабилизировать коллоидный индекс SDI на уровне 1-2, в результате значительно сокращается частота промывок и замен мембран обратного осмоса.

Использование в качестве предварительной фильтрации перед обратным осмосом технологии осветлитель + флокулянт требует тщательного выбора флокулянтов. Катионные флокулянты нельзя использовать, так как обратноосмотические мембраны имеют отрицательный заряд. Анионные и неионогенные флокулянты используются при минимальных дозах. Сложно после блокировки пор флокулянтом восстановить работоспособность мембран. Эта проблема полностью отсутствует при ультрафильтрационной обработке.

Обратноосмотические мембраны при определенных условиях подвержены биообрастанию. Возникновению этой проблемы способствует высокая температура исходной воды, большое содержание “органики” (перманганатная окисляемость более 3,0 мгО 2 /л), длительные межпромывочные циклы, значительная обсемененность исходной воды.

Значительное количество крупномолекулярной “органики”, содержащейся в воде при традиционной технологии осветления, может заблокировать поры обратноосмотических мембран. Процесс ультрафильтрации делает возможной эффективную очистку обратноосмотическими системами воды с очень высоким потенциалом биообрастания (например, очищенными хозяйственно-бытовыми сточными водами).

Ультрафильтрация промывных вод фильтров обезжелезивания, осветления и сорбции

Степень использования воды повышается до 99,8 %, если промывные воды подвергать ультрафильтрации. Этим целям служат ультрафильтрационные фильтр-прессы, которые обеспечивают механическое обезвоживание осадков.

Использование ультрафильтрации для осветления воды

При оценивании новой технологии обращают внимание на себестоимость и качество получаемого продукта. Более низкая себестоимость осветленной воды высокого качества обеспечивается за счет компактности установок ультрафильтрации, простоты их обслуживания и незначительного расхода химических реагентов. В конечном итоге себестоимость осветленной воды, полученной с помощью ультрафильтрации, определяется качеством исходной воды и производительностью установки. Себестоимость очищенной воды для небольших коммерческих установок (производительность менее 100 м 3 /час) находится в пределах 1,5–3,5 руб/м 3 , для установок производительностью более 100 м 3 /час себестоимость очищенной воды ниже: 0,5–2,0 руб/м 3 .

Осветление воды при розливе в бутыли (осветление питьевой и минеральной воды)

Чистота природного источника воды не избавляет от необходимости перед розливом питьевой воды в бутыли пропускать ее через фильтр тонкой очистки.

Очистка воды с помощью чаще всего применяемых для этой цели механических фильтров картриджного типа (например, Big Blue 20) или мешочного типа 1-5 мкм не обеспечивает требуемую степень фильтрации. Наиболее перспективным методом улучшения качества воды (природных вод) является осветление воды методом ультрафильтрации (улучшение качества воды методом стерилизующей ультрафильтрации).

Ультрафильтрация как предварительная ступень очистки перед ионообменными фильтрами

Большие сложности возникают при использовании (особенно в промышленности и энергетике). Гранулометрический состав воды редко учитывается, когда проектируются системы фильтрации воды. Микрофильтрационные и осветлительные фильтры предварительной очистки эффективно удаляют взвешенные частицы размером свыше 1,0 мкм. Ионообменные смолы не пропускают коллоиды величиной 0,1…1,0 мкм, но вместе с тем происходит их «закупоривание». Результатом «закупоривания» является снижение интенсивности ионного обмена и ресурса смол. Чтобы этого избежать, нужно уменьшить мутность исходной воды ниже 3 NTU (нефелометрические единицы мутности). Это позволяет сделать ультрафильтрация (обеспечивает мутность до 0,1 NTU).

Часто имеющиеся в речной воде и воде артезианских скважин коллоиды SiO2 вызывают проблемы в процессе ионного обмена. При значении рН меньше 7 (после H-катионирования) может происходить полимеризация SiO 2 (молекулы объединяются в длинные цепочки). С поверхности смолы такие образования удалить чрезвычайно сложно: требуются длительные слабоэффективные промывки и восстановление ионообменного материала. Для предотвращения необратимого «закупоривания» ионитов достаточно установить перед ионообменными фильтрами систему ультрафильтрации, удаляющую более 95 (а иногда и более 98) % коллоидов SiO 2 . При определенных условиях, например, при наличии в системе не промываемых химическими растворами пространств, происходит рост количества микроорганизмов, которые также служат причиной “закупоривания” ионообменных смол. Кроме того, бывает так, что уплотнения, клапаны и необработанные поверхности, соприкасающиеся с водой, не соответствуют санитарным требованиям и техническим нормам. В таких областях при благоприятных температуре и уровне рН процесс биообрастания активизируется. Использование ультрафильтрации позволяет значительно замедлить протекание этого процесса на поверхности смол.

В нефтехимической, химической промышленности и при очистке сточных вод ионообменные смолы загрязняются содержащимися в воде маслами. Часть масел легко удаляется в процессе осаждения, флотации или коалесценции. Но химически или механически эмульгированные масла плохо удаляются. Часто бывает дешевле заменить смолы, чем пробовать очистить их от масел. Эту проблему решает предварительная ультрафильтрация, обеспечивающая удаление до 99% эмульгированных масел перед последующей очисткой воды смолами.

Часто поверхность фильтрующих гранул и пространство между ними загрязняются высокомолекулярными органическими соединениями. Решить проблему пытаются использованием активированного угля или определённой смеси ионообменных смол. Однако активированный уголь имеет небольшой срок службы и обрастает микроорганизмами, а смолы приходится часто регенерировать (порой неэффективно). Учитывая повышенные эксплуатационные расходы и простои оборудования, мы видим, что ультрафильтрация является экономически более оправданным методом очистки воды от органических примесей.

Обработка ультрафильтрацией вод поверхностных источников и речной, озерной воды

Широко используемые в коммунальном хозяйстве и промышленности России методы осаждения и фильтрования с предварительной коагуляцией с середины ХХ века не претерпели радикальных изменений. Коагуляция эффективно удаляет примеси природного происхождения. Но произошел значительный рост количества техногенных загрязняющих воду веществ, для удаления которых методы отстаивания и фильтрования не всегда могут быть эффективными. Около 1000 контролируемых химических веществ насчитывается по новым санитарным нормативам. При первичном хлорировании воды происходит образование сотен хлорорганических соединений, что вызывает большие проблемы.

О содержании органических веществ судят, как правило, по перманганатной окисляемости воды. Из-за трудностей окисления техногенных органических соединений перманганатом калия истинное качество воды по содержанию «органики» не отражается этим показателем. В процессе наблюдений в течение недели за составом воды в р. Кама замечено, что перманганатная окисляемость менялась в диапазоне от 3,36 до 4,16 мгО 2 /л, в то время как бихроматная окисляемость колебалась от 15 до 43 мгО 2 /л. Колебания показателя обусловлены постоянным изменением состава органических соединений. В таких условиях трудно выбрать оптимальную дозу коагулянта, что способствует нестабильной работе осветлителей и дополнительной нагрузке на последующие стадии очистки. Введение таких дополнительных стадий очистки как озонирование, сорбция активированным углем и др. увеличивает эксплуатационные расходы и, соответственно, себестоимость очищенной воды.

Трудности в обеспечении населения России качественной питьевой водой привели к том, что это стало действительно государственной проблемой. Традиционно используемые способы получения чистой питьевой воды с использованием хлорирования, коагулирования, флотации, отстаивания и фильтрования, обладают следующими существенными недостатками:

• нестабильность качества очищенной воды;
• большие ресурсоёмкость и габариты оборудования;
• опасность образования канцерогенов при использовании хлорсодержащих реагентов при обеззараживании воды;
• большие расходы дорогих химических реагентов, а также решение задач организации их приготовления и хранения.

Ультрафильтрация лишена вышеперечисленных недостатков. С ее помощью вода очищается от взвешенных частиц, бактерий, вирусов, водорослей, коллоидов и высокомолекулярных органических соединений. Значительно увеличивается эффект осветления и степень извлечения органических соединений при предварительной коагуляции. Эффективность метода ультрафильтрации мало зависит от изменений дозы коагулянта, так как отфильтровывание образующихся хлопьев производится независимо от их размера. Также не требуется продолжительное время для формирования крупных хлопьев и отпадает необходимость в камере хлопьеобразования. Вода, очищенная с помощью метода ультрафильтрации, безопасна по микробиологии и обладает стабильно высоким качеством, которое не зависит от состава исходной воды.

Таким образом, достоинства метода ультрафильтрации - высокая эффективность очистки, низкие эксплуатационные затраты и надежность оборудования - делают его применение выгодным мероприятием. Специалисты компании Waterman помогут Вам его осуществить !

Наша компания предоставляет свои услуги по продаже, проектированию и установке систем водоочистки как промышленным производствам любого масштаба, так ичастным лицам. Мы работаем качественно и оперативно !

30 12 730 3050/1000/2400 ПВО-UF-40 40 16 920 3400/1000/2400 ПВО-UF-50 50 20 1110 4050/1300/2400 ПВО-UF-60 60 24 1300 4400/1300/2400 ПВО-UF-70 70 28 1520 4750/1300/2400 ПВО-UF-80 80 32 1710 5100/1300/2400 ПВО-UF-90 90 36 1910 5400/1300/2400

Модели оборудования

Назначение ультрафильтрации воды

Ультрафильтрация воды применяется для очистки жидкости от белков, высокомолекулярных органических соединений. Установки способны частично задерживать вирусы и бактерии. Выполняется очистка от тонкодисперсионных механических примесей.

Достаточно широкие возможности метода обуславливают его широкую востребованность в различных отраслях:

• подготовка питающей воды в установках умягчения и обратного осмоса (котельные, бойлерные, телообменное оборудование);
• очистка потока воды из открытых источников от бактерий и вирусов (подготовка питьевой и технологической воды);
• очистка производственных стоков.

Финишная ступень доочистки после биологических очистных сооружений.

Состав установок ультрафильтрации серии ПВО-UF

Основное оборудование:	Комплектация
	01	02
Механический фильтр предварительной механической очистки, 300 мкм;	●	●	●
Дозирование коагулянта
Статический смеситель;
Контактная емкость;
Ультрафильтрационные модули;
Система автоматической промывки мембран;
Cтанции дозирования реагентов CEB-промывки
Насос обратной промывки;
Защита насоса от работы в режиме сухого хода;
Гидрозаполненные манометры входного и рабочего давления;
Визуальные измерители потока очищенной и промывочной воды;
Система регулировки рабочих параметров;
Система задержки и плавного включения насоса;
Рабочие трубопроводы из PVC-U / полипропилена;
Рама из cтали с порошковой окраской;
Рама из нержавеющей cтали;
Мембранные клапаны для управления потоками;
Электрические задвижки с ручным дублированием для управления потоками;
Станция дозирования гипохлорита;
Панель для отбора проб воды;
Система автоматического управления установкой на базе контроллера;
Шкаф управления с контрольной панелью;
Частотное регулирование работы насосного оборудования;
Счетчик выработки пермеата;
Комплект датчиков (сухой ход, давление пермеата, перепад давления в модуле, поплавковый для емкости)

Опции (по запросу):	Комплектация
	01	02	03
Расширенная система управления на базе промышленного контроллера;		●
Система предварительной подготовки исходной воды перед установкой ультрафильтрации;
Диспетчеризация процесса управления оборудования с выводом на компьютер инженера-технолога или оператора;
Емкости чистой и/или воды для промывки;
Насос подающий из нержавеющей стали;
Резервирование главного оборудование;
Система CIP-промывки;
Станция дозирования корректировки уровня pH;
Блок адсорбции;
Расширенная гарантия - 5 лет.

Конструкция модулей ультрафильтрации воды:

Принцип работы ультрафильтрации

Ультрафильтрация как класс относится к баромембранным процессам разделения. Действующей силой является перепад давления по разные стороны фильтровальной перегородки (мембраны).

Для предотвращения быстрого выхода оборудования из строя входная вода должна подвергаться предварительной очистке от мелких механических примесей. Эту функцию выполняет механический фильтр-“грязевик”.

При необходимости во входную линию добавляются вспомогательные реагенты - коагулянты и флокулянты. С их помощью возможно задержание частиц размеры которых меньше, чем диаметр пор мембраны. Добавление, в поток реагентов вызывает образование небольших хлопьев(флокул). Коллоидные и органические примеси, которые необходимо удалить закрепляются на поверхности полученных хлопьев.

Периодически, для восстановления работоспособности установки должна выполняться промывка фильтрующего модуля. Она осуществляется обратным током воды из сборника пермеата.

При образовании прочных химических осадков используются дополнительные реагенты (кислота, щелочь или гипохлорит натрия). Промывочный раствор проходит с внешней стороны волокон, внутрь вымывая в дренажную линию все накопившиеся загрязнения.

Конструкция установки ультрафильтрации

Основной элемент ультрафильтрационной установки - фильтрующий модуль. Установка ультрафильтрации, реализуемая компанией, модули выполнены по технологии Multibore®.

Поток воды пропускается через пучок многоканальных волокон. Волокна изготавливаются из полиэстерсульфона. Особенностью этогоматериала является наличие мелких структурных пор диаметром до 0,02мкм.Фактически стенки волокон представляют собой фильтр из полупроницаемой мембраны.

Компоновка модуля обеспечивает направление входного потока воды внутрь пучка волокон. Процесс фильтрации проходит изнутри наружу. Задерживаемые загрязнения остаются внутри каналов. Чистая вода (пермеат) через стенки выходит наружу и отводится из корпуса.

Состав ультрафильтрационной установки

В зависимости от условий эксплуатации, требований, предъявляемых к качеству очищенной воды и необходимому уровню автоматизации, состав основных структурных элементов может несколько различаться. В базовом, стандартном исполнении имеет следующий состав:

• блок фильтрующих модулей;
• реагентный блок (дозирование растворов коагулянта и флокулянта);
• фильтр предварительной очистки;
• узел автоматической промывки;
• блок автоматического управления;
• обвязка и трубопроводная арматура.

Дополнительно, по желанию заказчика, или в случае необходимости, комплектация установки может быть расширена. Дополнительно в состав вводятся:

• емкость-накопитель,для сбора фильтрата;
• нагнетающий насос на входной линии;
• контрольно-измерительная аппаратура (количество и функциональное назначение приборов определяет степень автоматизации системы).

Преимущество ультрафильтрации

Производство в РФ.
. Рассрочка платежа.
. Возможность использования в комплексных системах очистки воды.
. Бесплатная доставка.
. Широкий модельный ряд.
. Длительный период эксплуатации.
. Гарантия 5 лет.
. Компактность.
. Возможность полной автоматизации.
. Модульная конструкция, возможность увеличения производительности.
. Низкое энергопотребление.
. Малый расход воды.
. 100%-ая очистка от взвешенных веществ.
. Удаление бактерий и вирусов из воды.
. Очистка воды с высокой мутностью и цветностью.
. Удаление высокомолекулярных органических соединений.
. Интеграция с существующими системами управления.
. Наивысший уровень очистки среди всех технологий осветления.
. Индивидуальные предварительные испытания (пилотные испытания).

Эффективность оборудования, предлагаемого компанией НПЦ «Промводочистка» подтверждается результатами работы большого количества реализованных и успешно работающих объектов на всей территории России.

Варианты технологических компоновок

Установки ультрафильтрации НПЦ «ПромВодОчистка» можно использовать в различных по сложности технологических процессах. В зависимости от качества входящей воды, компоновка этапов процесса очистки может быть выполнена в нескольких вариантах:

• вариант 1:
• грубая механическая очистка;
• ультрафильтрация.

Применяется для очистки воды поступающей из скважины. Для входящего потока характерно высокое содержание взвешенных веществ при нахождении остальных параметров в пределах нормы.

• вариант 2:
• грубая механическая очистка;
• механическая фильтрация сквозь слой инертного материала;
• ультрафильтрация;
• фильтрация через слой сорбционного материала.

Подобная схема применяется при обработке воды с высоким содержанием соединений железа, взвешенных веществ и повышенной мутности. Применяется для очистки воды, забираемой из открытых источников водозабора.

• вариант 3
• грубая механическая очистка;
• ультрафильтрация;
• умягчение воды.

Основная область применения - воды поверхностных источников, имеющие повышенное содержание солей магния и кальция.

• вариант 4
• грубая механическая очистка;
• ультрафильтрация;
• фильтрация через слой сорбционного материала;
• обработка на установках обратного осмоса.

Основное назначение - обработка воды с повышенным содержанием ионов тяжелых металлов и превышениями по регламентируемым органолептическим показателям. Параллельно может быть выполнена очистка от взвешенных веществ, солей железа, кальция и магния.

Возможности использования установок ультрафильтрации не ограничиваются приведенными вариантами. При обращении в НПЦ «ПромВодОчистка» специалисты проектного отдела помогут подобрать весь технологический цикл очистки с применением мембранного оборудования для любых условий.

Модули располагаются вертикально. Вода в них поступает с одного конца, а отводится - с другого. Количество модулей в одном фильтре обычно не превышает двух единиц. За счет этого требуется меньше прокладок, что уменьшает вероятность протечек. Вертикальные модули удобно обслуживать и тестировать. Их легко устанавливать и извлекать.

Режимы фильтрования

Когда производится ультрафильтрация воды, фильтры могут работать в тупиковом и тангенциальном режимах. В первом случае производится очистка всей подаваемой воды. Отложения с мембраны периодически удаляются в процессе промывки или с дренажным потоком. Мембрана быстро загрязняется, и перепад давления на ней должен поддерживаться небольшим, что снижает производительность аппарата. Способ применяется для водоподготовки, при небольшой концентрации взвесей.

При тангенциальном режиме фильтруемая среда циркулирует вдоль поверхности мембраны и отложений на ней образуется немного. Турбулентность потока в канале подачи позволяет очищать воду с высокой концентрацией взвесей. Недостатками способа являются рост энергозатрат на создание большой скорости потока и необходимость установки дополнительных трубопроводов.

Параметры ультрафильтрации

Основными параметрами ультрафильтрации являются:

1. Селективность - соотношение концентраций примесей в загрязненной воде (С вх.) и в фильтрате (С вых.): R = (1 - С вых. / С вх.) ∙ 100 %. Для процесса ультрафильтрации она велика, что позволяет задерживать мельчайшие частицы, в том числе бактерии и вирусы.
2. Расход фильтрата - количество очищенной воды в единицу времени.
3. Удельный расход фильтрата - количество продукта, проходящего через 1 м 2 площади мембраны. Зависит от характеристик фильтрующего элемента и чистоты исходной воды.
4. Перепад давления на мембране - разность между давлением со стороны питания и со стороны фильтрата.
5. Проницаемость - отношение между удельным расходом фильтрата и перепадом давления на мембране.
6. Гидравлический КПД - отношение между расходами фильтрата и подаваемой исходной воды.

Ультрафильтрация для дезинфекции воды

Традиционные методы удаления микроорганизмов включают технологии с применением реагентов. Ультрафильтрация воды заключается в физическом отделении от нее микроорганизмов и коллоидов за счет малого размера пор мембраны. Достоинством способа является удаление трупов микроорганизмов, водорослей, органических веществ и механических частиц. При этом нет необходимости в специальной подготовке воды, которая в других случаях обязательна. Требуется только предварительно пропустить ее через 30-микронный фильтр механической очистки.

При покупке фильтров требуется определить размеры пор мембран. Чтобы полностью удалить вирусы, диаметры отверстий должны быть на уровне 0,005 мкм. При больших размерах пор функция обеззараживания выполняться не будет.

Кроме того, технология ультрафильтрации предусматривает осветление воды. Все взвеси полностью удаляются.

Установка ультрафильтрации воды содержит параллельно подключенные аппараты, что обеспечивает необходимую производительность процесса и возможность их замены в процессе работы.

Очистка воды перед ионообменными фильтрами

Смола эффективна при задержке размером 0,1-1,0 мкм, но они быстро закупоривают гранулы. Промывка и регенерация здесь мало помогают. Особенно тяжело удалить частицы SiO 2 , которых особенно много в скважинах и речной воде. После закупоривания смола начинает обрастать микроорганизмами в местах, не промываемых моющими растворами.

Иониты также активно забиваются эмульгированными маслами, которые невозможно удалить. Закупоривание происходит настолько сильно, что проще заменить фильтр, чем отделить от него масло.

Фильтрующие гранулы смол активно забиваются высокомолекулярными соединениями. Их хорошо удаляет активированный уголь, но он имеет малый срок службы.

Ионообменные смолы эффективны вместе с ультрафильтрацией, удаляющей более 95 % коллоидов.

- ультрафильтрация перед обратным осмосом

Эксплуатационные расходы снижаются при ступенчатой установке фильтров с последовательным уменьшением размеров задерживаемых частиц. Если перед ультрафильтрационным модулем устанавливается более грубая очистка, то он повышает эффективность систем обратного осмоса. Последние чувствительны к анионным и неионогенным флокулянтам, если на предварительной ступени производится коагуляция загрязнений.

Крупномолекулярная органика быстро забивает поры обратноосмотических мембран. Они быстро обрастают микроорганизмами. Предварительная ультрафильтрация воды решает все проблемы и экономически целесообразна при использовании с обратным осмосом.

Обработка стоков

Очистка сточных вод ультрафильтрацией дает возможность повторно их использовать в промышленности. Для применения в технике они подходят, а техногенная нагрузка на открытые водоемы питьевого назначения снижается.

Мембранные технологии применяются для гальванического и текстильного производства, в пищевой промышленности, системах обезжелезивания, при удалении из растворов карбамида, электролитов, соединений тяжелых металлов, нефтепродуктов и др. При этом повышается эффективность очистки и упрощается технология.

При низкой молекулярной массе примесей ультрафильтрацией можно получать концентраты чистых продуктов.

Особенно важна проблема отделения от воды эмульгированных масел. Преимуществом мембранной технологии является простота способа, низкие энергозатраты и отсутствие потребности в химикатах.

Обработка вод поверхностных источников

Осаждение и фильтрование ранее были эффективными способами очистки воды. Примеси природного происхождения здесь удаляются эффективно, но сейчас появились техногенные загрязняющие вещества, для удаления которых требуются другие способы очистки. Особенно много проблем создает первичное хлорирование воды, образующее хлорорганические соединения. Применение дополнительных стадий очистки активированным углем и озонированием повышает себестоимость воды.

Ультрафильтрация позволяет получать питьевую воду прямо из поверхностных источников: из нее удаляются водоросли, микроорганизмы, взвешенные частицы и др. соединения. Способ эффективен с предварительной коагуляцией. При этом не требуется длительное отстаивание, поскольку не обязательным является формирование крупных хлопьев.

Установка ультрафильтрации воды (фото ниже) позволяет достигать устойчиво хорошего качества очищенной воды без применения сложного оборудования и реагентов.

Применение методов коагуляции становятся неэффективным, поскольку многие органические соединения в воде не определяются традиционным методом окисления перманганатом калия. Кроме того, содержание органики колеблется в широких пределах, из-за чего сложно подобрать необходимую концентрацию реагентов.

Заключение

Ультрафильтрация воды через мембраны позволяет добиться ее необходимой чистоты при минимальном расходе реагентов. Сточные воды после обработки можно использовать для промышленных целей.

Ультрафильтрация не всегда эффективна. Способ не позволяет удалять некоторые вещества, например, и некоторые гуминовые кислоты. В таких случаях применяется многоступенчатая очистка.

Обратный осмос

Обратный осмос является одним из перспективных методов водоподготовки. Применяется для обессоливания вод с солесодержанием до 40 г/л, причем границы его использования постоянно расширяются. Анализ развития технологий обессоливания воды показывает, что наблюдается интенсивное внедрение метода обратного осмоса и даже вытеснение им таких отработанных методов, как дистилляция воды и электродиализ.

Обессоливание (очистка воды от растворенных солей) достигается путем фильтрования под давлением исходной воды через специальную полупроницаемую мембрану, при этом происходит процесс перехода воды из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор.

Степень задержания солей может достигать 99,6%.

Мембранная очистка позволяет наряду с удалением из воды токсичных органических и неорганических загрязнений гарантировать и ее полное обеззараживание.

Обратноосмотическое фильтрование происходит на молекулярном уровне и требует повышенного качества исходной воды.

Это требование обеспечивается установкой надежных систем предварительной очистки, поскольку разовые выбросы загрязнений могут быть опасными для тонкопористых обратноосмотических мембран.

Для повышения устойчивости работы установки и увеличения срока службы фильтрующих элементов предусматривается возможность комплектации установки блоком химической промывки.

Нанофильтрация

Нанофильтрационный метод очистки воды основан на том же принципе, что и обратноосмотический. Т.е. это процесс перехода воды из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор под действием внешнего давления. Но нанофильтрационные мембраны удаляют частицы с большей молекулярной массой, чем обратноосмотические, поэтому работают на более низком давлении. Рабочее давление нанофильтрационных систем составляет 4-10 атм, в то время как рабочее давление обратноосмотических систем - 10-80 атм.

Современные нанофильтрационные мембраны снижают содержание одновалентных ионов (Cl, F, Na) на 40-70%, а двухвалентных (Ca, Mg) - на 70-90%. Таким образом, солесодержание очищенной воды по сравнению с исходной уменьшается после обработки на мембранных установках всего в 2-3 раза. Это позволяет получить физиологически полноценную питьевую воду, т.е. воду с солесодержанием, соответствующим биологическим потребностям человека.

Нанофильтрацию используют для концентрирования сахаров, двухвалентных солей, бактерий, белков и других компонентов, молекулярный вес которых свыше 1000 Дальтон. Селективность нанофильтрационных мембран увеличивается при повышении давления.

В процессе фильтрации происходит концентрирование веществ, которые не проходят через мембрану. В результате возможно образование пересыщенных растворов малорастворимых соединений и, как следствие, осадкообразование на поверхности мембраны. Это существенно снижает производительность очистки. Для того чтобы избежать подобных проблем, мембранная система должна быть укомплектована соответствующими блоками предварительной очистки.

Ультрафильтрация

Как все мембранные технологии, процесс ультрафильтрации состоит в пропускании исходной воды через мембрану под давлением. Однако рабочее давление в ультрафильтрации значительно ниже рабочего давления в нанофильтрации и обратном осмосе. Связано это с тем, что:

ультрафильтрационные мембраны не задерживают неорганические ионы, создающие самое большое осмотическое давление. Осмотическое же давление, создаваемое крупными частицами, которые задерживаются ультрафильтрационной мембраной, часто ниже 1 атм.

гидродинамическое сопротивление ультрафильтрационной мембраны значительно меньше, чем сопротивление обратноосмотических и нанофильтрационных мембран из-за большего размера пор. Это позволяет достигать высокой производительности при достаточно низком давлении.

Ультрафильтрационная мембрана задерживает коллоидные частицы, бактерии, вирусы и высокомолекулярные органические соединения. При этом нижний предел отделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч.

В процессе фильтрации поры мембраны загрязняются отложениями сконцентрированных примесей. Ультрафильтрационные мембраны можно промыть обратным током - потоком воды со стороны фильтрата.

Таким образом, использование мембранной ультрафильтрации для очистки воды позволяет сохранить ее солевой состав и осуществить осветление и обеззараживание воды без применения химических веществ, что делает эту технологию перспективной с экологической и экономической точек зрения.

Сегодня в статье будет проведен сравнительный анализ двух технологий для подготовки питьевой воды - традиционной с использованием осветлителей и фильтров механической очистки воды и ультрафильтрации. Прежде чем перейти непосредственно к сравнению этих технологий кратко напомним о каждой из них.

Традиционная схема очистки для подготовки питьевой воды.

Исходная вода содержит в себе различные примеси, которые необходимо удалять перед ее использованием в питьевом водоснабжении. В качестве первой ступени очистки воды в таком случае традиционно используют отстойники разных видов. При этом для удаления коллоидных примесей в отстойники добавляют специальный реагент - коагулянт, который вызывает сцепление коллоидных частиц во флоккулы с последующим выделением их из воды.
Вода, прошедшая коагуляцию, может содержать в себе частицы не успевших сформироваться хлопьев. Поэтому ей необходима дальнейшая фильтрация. Традиционно такую воду прогоняют через механические фильтры с разной степенью (одно или двухслойные) и типом загрузки.

Ультрафильтрация

Это технология мембранной очистки воды, когда жидкость проходит через имеющие множество пор мембраны, собранные в определенном модуле. Размеры мембран сопоставимы с размером удаляемых примесей, поэтому большинство примесей осаждается на мембранах. Ультрафильтрация очищает воду не только от коллоидных и взвешенных веществ, а также от бактерий и вирусов (log показывает степень удаления бактерий и вирусов).
При использовании ультрафильтрационной очистки, так же как и для традиционной обработки, в поток обрабатываемой воды дозируется коагулянт, доза которого в 3-5 раз меньше дозы коагулянта, используемого при коагуляции в осветлителе или напорной коагуляции.
Когда производительность мембранного модуля падает, проводится обратная промывка, после которой восстанавливаются исходные характеристики работы мембраны. При сильных загрязнениях проводится химическая промывка с добавлением реагентов.

Сравнение 2-х технологий

Факт 1 Выбор способа очистки определяется технико-экономическими показателями

В расчет берутся капитальные затраты, затраты, определяющие эффективность работы установок (качество очищенной воды), и затраты на обслуживание установок.
В таблице 1 представлена информация об эффективности очистки воды - данные взяты из доклада Ю. А. Рахманина .

Таблица 1

Эффективность очистки (традиционная технология/ ультрафильтрация)
Высокая/ Высокая	Умеренная/ Высокая	Отсутствие/ Умеренная	Отсутствие/ Отсутствие	Ухудшение/ Отсутствие
Коли-индекс Сальмонеллы Яйца гельминтов Цисты лямблий Ооцисты криптоспоридий Цветность Мутность	Окисляемость Марганец Нефтепродукты Колифаги Клостридии (сульфитредуцирующие)	Тяжелые металлы Радионуклиды Алюминий	Солевой состав Показатели коррозионной активности	Тригалометаны и другие галогенсодержащие углеводороды Формальдегид Мутагенная активность

Из таблицы видно, что эффективность очистки воды с помощью ультрафильтрации значительно выше традиционной технологии. Это достигается более тонкой фильтрацией на установках ультрафильтрации - 0,01-0,03 мкм, тогда как стандартная тонкость фильтрации на песчаных фильтрах составляет 100 мкм, а теоретически получаемая - 10 мкм.

Факт 2 Значительно меньшее использование коагулянта в ультрафильтрации по сравнению с традиционной технологией

Обратимся к таблице 2 , в которой представлена информация по некоторым физическим и химическим параметрам речной воды и показателям, достигнутым после очистки 2-мя способами.

Таблица 2

Из таблицы видно, что при достижении почти одинаковых значений представленных показателей доза используемого при ультрафильтрации коагулянта ниже в 2-3 раза.

Факт 3 Высокая заводская готовность установок ультрафильтрации

Установки ультрафильтрации поставляются в полной заводской готовности, что существенно снижает объем строительных работ (и затрат, соответственно).
На рис.1 - проект примерно одинаковой производительности около 24 000 м³/сут на механических фильтрах и ультрафильтрации. Площадь, занимаемая установкой ультрафильтрации, в 4 раза меньше по сравнению с площадью, занимаемой механическими фильтрами и горизонтальным отстойником.

Примерные габариты традиционной установки: механические фильтры 18x42 м + осветлители 18x54 м. Общая площадь 1730 м². Примерные габариты ультрафильтрации 9x42 м. Общая площадь 380 м².

Факт 4 При новом строительстве капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию

По стоимости оборудования многочисленные расчеты для промышленных установок показали, что при новом строительстве и использовании комплектующих и степени автоматизации одного класса, капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию.
В таблице 3 сведены все затраты на установку осветления по традиционной технологии и ультрафильтрации в натуральных показателях. Из таблицы видно, что ультрафильтрация экономически более целесообразна для эксплуатации. Данное положение подтверждалось неоднократными технико-экономическими расчетами практически для всех промышленных объектов.

Таблица 3

Подытожим, установки ультрафильтрации выгоднее традиционного оборудования (отстойников и механических фильтров), потому что
1. эффективнее очищают воду
2. занимают гораздо меньшую площадь
3. требуют меньших затрат на капитальное строительство и меньших затрат на реагенты
К минусам использования установок ультрафильтрации можно отнести необходимость грамотного инжиниринга и эксплуатации и потребность в дополнительных реагентах для химических промывок, поэтому выбирать компанию-поставщика ультрафильтрационного оборудования нужно, ориентируясь на подтвержденный положительный опыт реализации проектов с ультрафильтрацией.

Используемая литература:
1. Академик РАН, РАЕН Ю.А.Рахманин, Актуализация проблем водообеспечения и пути их решения для повышения качества жизни россиян, III Всероссийский съезд водоканалов, Алушта, республика Крым 22-24.04.2015.
2. к.т.н. О. Ф. Парилова, Питьевое водоснабжение. Из прошлого в будущее