2015 — Статьи об очистке воды! Оборудование для водоочистки, водоподготовки, подбор фильтров для воды

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ — УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ИЗ ГОРОДСКОГО ВОДОПРОВОДА.

Первов А.Г., профессор, д-р. техн. наук;
Андрианов А.П., доцент, канд. техн. наук

Качество воды из городского водопровода часто оставляет «желать лучшего», однако, не все потребители знают эффективные технические приемы для улучшения качества питьевой воды и могут грамотно выбрать систему доочистки водопроводной воды.

Проблема качества водопроводной воды в Москве и других городах России – это, прежде всего, проблема состояния распределительных сетей. Поэтому вода доходит до потребителя, загрязненная продуктами коррозии (окалина, коллоидное железо), взвеси (ранее осевшей в трубах) и бактериями (результат биообрастаний). Наиболее часто население жалуется на запах воды, железо, «ржавую» воду и просто на неудовлетворительное качество питьевой воды. Вторую главную проблему составляют хлорорганические вещества (продукты хлорирования воды), которую придают воде хлорный запах.

В небольших городах, использующих подземные источники водоснабжения, основной проблемой является отсутствие станций обезжелезивания. Даже при небольшом содержании железа в исходной воде при наличии кислорода (например, в водонапорной башне, в резервуарах) начинается процесс его окисления и выпадения в осадок. Эти осадки накапливаются в трубах и при колебаниях расхода воды выносятся к потребителям.

Рис. 1. Фото ультрафильтрационной установки под мойку.


Рис. 2. Технологическая схема ультрафильтрационной установки: 1 – шаровые краны для врезки в водопровод; 2 – сетчатый фильтр; 3 – магнитный клапан; 4 – ультрафильтрационные аппараты; 5 – напорный бак; 6 – реле давления.



Технология удаления этих загрязнений хорошо отработана. Обычные фильтры (картриджи) имеют размер пор не менее 5 мкм и пропускают бактерии и мелкие коллоидные вещества, задерживая из воды только часть взвеси и крупные включения (окалину). Для удаления бактерий и взвесей используются ультрафильтрационные мембраны. Размер пор таких мембран составляет 0,1–0,01 мкм, что позволяет эффективно очищать воду от всех взвешенных и коллоидных веществ, включая окисленное железо («желтая» вода) и гидроокись алюминия (белый хлопьевидный осадок, выпадающий после долгого отстаивания), бактерий и вирусов. Хлорорганические вещества удаляются путем пропускания воды через патронный фильтр, загруженный активированным углем.

Таким образом, технология очистки водопроводной воды заключается в пропускании воды через угольный фильтр, а затем – через ультрафильтрационный аппарат. Для защиты угольного фильтра от забивания большим количеством взвеси перед ним устанавливается картридж грубой очистки – 20–50 мкм. Установка доочистки водопроводной воды производительностью 100 л/ч показана на рис. 1. Ультрафильтрационные мембраны заменяются в среднем 2 раза в год, картриджи – 3–4 раза в год.

Описанная система рассчитана на малый расход воды только для питьевых целей. Тем не менее, вода для хозяйственно-питьевых нужд (в том числе горячая вода) тоже подлежит очистке – от окалины, взвеси, коллоидного железа для защиты сантехники, стиральных и посудомоечных машин от загрязнения, засорения и поломки. В этом случае также используются ультрафильтрационные мембраны, однако пропускаемые через них объемы воды существенно больше, поэтому установки работают с периодическими гидравлическими промывками. На поверхности ультрафильтрационных мембран образуются осадки взвешенных веществ, которые удаляются в автоматическом режиме путем открытия магнитных клапанов по сигналу при отключении установки или по заданному времени (рис. 2). Такие системы улучшения качества холодной и горячей воды показаны на фото 3. Они монтируются в ванной комнате или в специальном помещении. «Сердцем» данных установок являются мембранные элементы. Производительность таких установок зависит от числа мембранных элементов и варьируется от 500 до 1500 л/ч.

Рис. 3. Фото систем ультрафильтрации для доочистки холодной и горячей воды в квартире.

Рис. 4. Ультрафильтрационная установка производительностью 1000 л/ч




Рис. 5. Схема ультрафильтрационной установки для очистки поверхностной воды 1 – сетчатый фильтр предварительной очистки; 2 – смеситель; 3 – магнитный или пневматический клапан; 4 – ультрафильтрационные аппараты; 5 – бак чистой воды; 6 – насос обратной промывки; 7 – насос подачи воды потребителям; 8 – установка УФ-обеззараживания.


В загородном доме или таунхаусе при наличии собственного постоянно работающего бойлера система устанавливается только на трубу подачи холодной воды. Такие установки могут обеспечивать чистой водой как всю квартиру, так и отдельные ванные комнаты. Они устанавливаются в разрыв трубопроводов подачи холодной и горячей воды около стояков или в другом удобном месте. Малые габариты и гибко трансформируемая конструкция позволяют разместить их в стесненных условиях городской квартиры – под ванной, под мойкой на кухне, в сантехнических нишах. Для повышения электробезопасности при размещении системы очистки воды в помещениях с повышенной влажностью все элементы автоматики работают под напряжением 24 В.

Многие городские потребители имеют повышенные требования к составу водопроводной воды по содержанию жесткости, железа, бактерий, взвешенных частиц. Это медицинские оздоровительные центры, клубы здоровья,поликлиники, школы, офисные здания, элитные жилые дома. Для таких объектов используются автономные системы водоснабжения, гарантирующие постоянно высокое качество воды вне зависимости от паводков, перебоев в подаче воды и других причин сбоя в работе городских очистных сооружений. Эти системы производительностью 1–20 м3/ч изготавливаются на основе промышленных ультрафильтрационных аппаратов, поставляемых компанией «Райфил». Установки для доочистки
водопроводной воды поставляются компанией «Райфил» в готовом виде и включают мембранные аппараты, насосы, системы автоматизированной промывки (рис. 4).

Мембранные ультрафильтрационные аппараты и установки «Райфил» могут эффективно использоваться для доочистки поверхностной воды прямо из водоема. Для этого перед подачей исходной воды в мембранные аппараты вводят флокулянты для связывания мелких коллоидов и природных органических веществ, образующих цветность – для более эффективного их фильтрования с помощью мембран. Технологическая схема процесса показана на рис. 5.

Как выбирать фильтры для очистки воды из водопровода.

Первов А.Г.

доктор технических наук, проф.

ФГБОУ ВПО МГСУ, г. Москва


В статье рассмотрены наиболее эффективные методы подготовки качественной питьевой воды с учётом её состава, а также проблемы, с которыми наиболее часто сталкиваются при водоподготовке. В зависимости от исходного источника водозабора в воде могут преобладать те или иные загрязнения. Для каждого вида загрязнений существуют свои методы очистки, и эти методы лежат в основе создания водоочистных устройств. Перечислены современные способы доочистки питьевой воды с применением патронных фильтров и мембранных методов (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос).


Каждый пункт рекламного каталога или каждой продающейся единицы продукции сопровождается описанием технических характеристик продукции, в частности, уровнем снижения различных загрязнений.

На каждом фильтре, каждой единице продукции указана эффективность работы фильтрующих элементов: «удаление железа», «удаление взвеси»,«снижение содержания тяжелых металлов»,«удаление радионуклидов» и так далее.

Неискушенный покупатель сам себе задает вопрос: какую же мне следует установить систему дома? И следует ли ее вообще устанавливать?

Ведь в городском водопроводе тоже питьевая вода. Выбор товаров очень большой: каждая фирма предлагает различные системы различного назначения, сильно отличающиеся по цене. Но если верить их характеристикам, все они одинаково эффективны.

Как быть покупателю, как правильно подойти к выбору водоочистной установки?

Прежде всего, покупатель перед покупкой должен сам себе задать вопрос: «Для чего мне нужен фильтр?». Для большинства людей ответ заключается в необходимости пить и использовать в приготовлении пищи воду высокого качества. Тогда покупатель вправе задать еще один важный вопрос: «А почему вода из моего крана в моей квартире не годятся для питья?». Критерием, «эталоном» качества питьевой воды являются «стандарты», т.е. допустимые концентрации различных веществ в питьевой воде,рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ). Именно на этих показателях качества основаны требования к качеству питьевой воды «САНПиН». Качество питьевой воды («воды из-под крана») зависит от типа водоисточника. Источники можно разбить на три группы.

1. Водопроводная вода крупных городов. В крупных городах (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Владимир, Иркутск, Новосибирск, Красноярск, Калуга, Тула, Рязань и др.) питьевая вода подготавливается путем очистки воды из поверхностных источников (рек). Водоочистные сооружения крупных городов «добросовестно» очищают воду, но проблемы с качеством воды все же имеют место. Для водопроводной воды крупных городов проблема качества питьевой воды определяется «вторичным» загрязнением водопроводной воды после пропускания ее через водопроводную сеть - вода загрязняется продуктами коррозии труб (гидроокисью железа), взвешенными веществами (от осадков, находящихся в трубах). Кроме того, в больших городах имеются «сезонные» проблемы с качеством воды во время паводков (весной и осенью). В это время в поверхностные водоисточники с дождями «смываются» органические вещества. Для очистки от органических веществ на очистных сооружениях применяют их интенсивное окисление хлором, что придает воде неприятный запах. Часто именно этот запах является причиной недоверия потребителей к качеству водопроводной воды. Таким образом, если Вы живете в крупном городе, и Ваш город снабжается водой из реки, то основными типами загрязнений в питьевой воде из-под крана являются: взвешенные вещества (повышенная мутность воды), коллоидное железо (продукты коррозии трубопроводов), хлорорганические вещества. Кроме того, часто водопроводная вода больших городов (речная вода) содержит недостаточное количество биологически важных компонентов, таких как фтор, кальций, магний и др. Концентрации этих компонентов также регламентированы в САНПиН. Например, в Москве в питьевой воде наблюдается пониженное (в соответствии с нормами САНПиН) содержание фтора, в Санкт-Петербурге, Архангельске и Петрозаводске (северных городах) наблюдается пониженное содержание в воде ионов кальция и магния. Поэтому, кроме очистки воды от взвеси, железа и хлорорганических веществ, в питьевую воду в этих случаях следует добавлять биологически (физиологически) важные компоненты (фтор,кальций, магний).

В ряде городов вода из поверхностных водоисточников содержит антропогенные загрязнения: пестициды, ПАВы и др. органические загрязнения. Водопроводные очистные сооружения в таких случаях часто не обеспечивают эффективной очисткой от этих загрязнений. Получение качественной питьевой воды в этих случаях требует применения дополнительных водоочистных устройств.

2. Подземные воды областных городов или городских районов.


Ряд районов Москвы (Бутово, Митино) снабжается водой из артезианских скважин. Областные города Подмосковья (Троицк, Нарофоминск, Зеленоград, Железнодорожный, Жуковский и т.д.) снабжаются также из подземных источников, состав воды в которых часто не соответствует гигиеническим требованиям. Как правило, основными компонентами, которые следует удалять из большинства подземных водоисточников, являются ионы железа и жесткости (кальций и магний). Практически во всех случаях в подземных водах железо содержится в концентрациях, превышающих гигиенический норматив САНПиН (0,3 мг/л). В областных городах существуют системы очистки воды от железа, но железо всегда присутствует в водопроводной воде вследствие коррозии трубопроводов. Норматив содержания ионов жесткости в питьевой воде установлен на уровне 7 мг-экв/л. Такое содержание ионов жесткости имеют большинство подземных вод. Современные требования Всемирной Организации Здравоохранения рекомендуют содержание жесткости в питьевой воде на уровне 1 мг-экв/л. Это связано также с выпадением осадков (накипи) при кипячении воды с высокой жесткостью. Поэтому даже если водопроводная вода по показателю жесткости находится в пределах норматива (ниже значения 7 мг-экв/л), то для питьевых целей и приготовления пищи воду рекомендуется умягчать.

Ряд подземных вод содержит повышенные содержания фтора, стронция, мышьяка. Например, повышенные концентрации фтора встречаются в подземных водах на западе Московской области (Нахабино, Руза, Одинцово и др.) В районах Егорьевска, Жуковского в под-земных водах встречаются повышенные концентрации стронция и фтора.

3. В небольших населенных пунктах, дачных поселках и частных коттеджах для питьевого водоснабжения используют воду из артезианских скважин.

В большинстве случаев такая вода по целому ряду показателей не соответствует гигиеническим нормативам: помимо основных природных загрязнений (жесткости, железа, фтора) в зависимости от местоположения в воде встречаются загрязнения антропогенного характера - аммоний, нитраты, фенолы.

Подземные воды Северных районов (Тюменской обл., Ханты-Мансийского района) содержат железо, связанное с органическими веществами, и имеют высокую цветность.

Частные дома очень часто используют для водоснабжения воду из колодцев. Вода из открытых колодцев по своему составу соответствует поверхностным водам. Основными загрязнениями в такой воде являются органические вещества (цветность), бактерии и взвешенные вещества (мутность).

Теперь о водоочистных устройствах.

Для каждого вида загрязнений существуют свои методы очистки. Эти методы лежат в основе создания водоочистных устройств.

Очистка воды от взвешенных веществ (глинистых частиц, железной окалины) обычно ведется с помощью патронных фильтров из пористых материалов. Обычно для этого используются патроны из нитей или из вспененного полипропилена. Размер пор в таких фильтрах составляет 5 или 10 микрон.

Такие фильтры используются для очистки водопроводной воды от взвеси и железа (железной окалины и частиц гидроокиси железа). Однако,каждый стандартный патрон может пропустить через себя (очистить) в среднем от 400 до 6000 литров воды (в зависимости от размеров содержащихся в воде частиц и их концентрации). Поэтому при использовании таких патронов, их следует часто менять, т.к. при загрязнении патронов взвешенными частицами производительность их резко падает. Для улучшения работы патронных фильтров, увеличения их «грязеемкости» используют «каскад» фильтров - сначала используют фильтры «грубой очистки» с размером пор 10-20 микрон, а затем - фильтры с размером пор 5 микрон.

Когда в воде содержатся растворенные органические и хлорорганические вещества, основным методом для их удаления является использование угольных фильтров. Фильтры (патроны), загруженные активированным углем, сорбируют из воды растворенные органические вещества - фенолы, ПАВы, хлороформ и др. Поэтому, при улучшении качества городской водопроводной воды обязательно используются патронные фильтры с активированным углем. Применение угольных фильтров имеет также ряд недостатков.

Сорбционная емкость угольных фильтров быстро истощается. Исследования показывают, что после пропуска 400-600 литров водопроводной воды через один патронный угольный фильтр эффективность задержания органических веществ падает в несколько раз. Угольные сорбционные материалы сорбируют далеко не все растворенные органические вещества - например, не сорбируют крупные органические молекулы, образующие цветность воды. Кроме того, загрузка сорбционных фильтров является хорошей средой для развития колоний бактерий - содержащиеся в водопроводной воде бактерии задерживаются фильтрами, и их колонии развиваются в сорбционной загрузке, что, в конце концов, приводит к их выносу из фильтра и бактериальному заражению очищенной воды. Поэтому сорбционные угольные фильтры следует применять осторожно и часто их менять (не реже 1 раза в полгода). Для очистки водопроводной воды фирма «Райфил» предлагает установки со сменными картриджами PU905W2-WF14-PR-EZ DUO; PU905W3-WF14-PR-EZ TRIO. Установки предназначены для монтажа в кухне под мойкой и имеют отдельный кран чистой воды. Для офисов компания «Райфил» предлагает настольные варианты со сменными фильтрами AM-3520-220-AM.

Для очистки водопроводной воды в настоящее время эффективно применяются ультафильтрационные мембраны. ультрафильтрационные полимерные мембраны имеют размер пор менее 0,1 микрона, поэтому эффективно задерживают не только взвешенные вещества, но также бактерии и вирусы. Поэтому применение ультрафильтрационных мембран позволяет получить воду более высокого качества, чем при использовании патронных фильтров. Как уже говорилось выше, в водопроводной воде содержатся хлорорганические вещества, поэтому ультрафильтрационные мембраны используются в сочетании с угольными сорбционными фильтрами. Установка для очистки воды из городского водопровода содержит сменные фильтры «грубой очистки» для продления срока службы мембран, угольные фильтры для удаления хлора и хлорорганических веществ, и ультрафильтрационные мембраны. «Райфил» предлагает системы для улучшения качества водопроводной воды с ультрафильтрационными мембранами PU905W5-WF14-PR-EZ. Производительность такой установки составляет порядка 100 литров в час. Замена ультрафильтрационной мембраны производится после получения 4000-6000 литров (в среднем 1 раз в 12 месяцев), а патронных фильтров - в среднем 1 раз в 6 месяцев. Для офисов имеется настольная система QM-95 c патроном-минерализатором для воды с низкой минерализацией.

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор менее 0,1 мкм имеют невысокую производительность. Чтобы увеличить производительность, нужно увеличить размер пор, но это ведет к ухудшению эффективности фильтрования - «проскоку» высокомолекулярных органических соединений и коллоидов, а также вирусов. Корейская фирма «Ковей» (Coway), разработала новый тип фильтрующих материалов и фильтры на их основе - «Nanotrap». Такое новое решение можно считать альтернативой ультрафильтрам. Такие фильтры сочетают высокую производительность (в 3-4 раза выше производительности ультрафильтров с размером пор 0,04 мкм, а качество очищенной воды - на том же уровне: фильтры удаляют из воды взвесь, бактерии и вирусы. В основе разработки фильтрующего материала лежат «Нановолокна» - материал с очень развитой поверхностью. Волокна имеют положительно заряженное нано-алюминиевое покрытие. Фильтрующий материал имеет достаточно большой размер пор (2 микрона), что обеспечивает фильтрам высокую производительность. А волоконная структура позволяет эффективно задерживать органические и биологические загрязнения. Установки, аналогичные ультрафильтрационным, но укомплектованные фильтрами «Nanotrap», представлены маркой «Райфил».

Для наиболее эффективной доочистки водопроводной воды может быть использована система обратного осмоса. Обратноосмотические мембраны имеют размер пор, соизмеримый с размером молекул воды, поэтому такие мембраны обеспечивают очистку не только от взвешенных веществ, железа, бактерий и вирусов, но и от растворенных в воде ионов жесткости. Поэтому применение мембранных установок обратного осмоса обеспечивает высокое качество очищенной воды при долгой, надежной и стабильной работе установки, не требующей частой замены картриджей. Обратноосмотическая мембрана производит порядка 6 литров в час, очищенная вода набирается в напорный бак-накопитель, для чистой воды используется отдельный кран. В установке используются картриджные фильтры для «предочистки» исходной воды - удаления взвешенных веществ и хлора для продления службы мембранного элемента. Установив в кухне такую «стационарную» очистку, можно не беспокоиться за качество очищенной воды. Замену картриджей предочистки следует проводить 1 раз в 4-6 месяцев, а мембранный аппарат - через 1,5 - 2 года работы. Компания«Райфил» предлагает несколько видов обратноосмотических установок для доочистки питьевой воды, к примеру таких как: RO905-450-EZ GRAND04, RO 905-550-EZ GRANDO5 и настольные варианты (QM-72; QM-80-BP QM; QM-86; AM-3000).

Для подготовки качественной питьевой воды в настоящее время наиболее эффективны нанофильтрационные мембраны. Это обратноосмотические мембраны, только с большим размером пор.Такие поры пропускают часть солей, задерживая частично ионы жесткости, железа, органические молекулы. Нанофильтрационные мембраны эффективно применяются для доочистки водопроводной воды от органических загрязнений, железа, бактерий и вирусов. Для очистки воды из городского водопровода мембранные системы «РАЙФИЛ» комплектуются аппаратами с нанофильтрационными мембранами.

Существует еще одна проблема, с которой часто сталкиваются при водоподготовке - это высокая жесткость. Наиболее известным методом удаления жесткости является фильтрование воды через загрузку с ионообменной смолой. При этом образующие жесткость ионы кальция и магния обмениваются на содержащиеся в смоле ионы натрия. Для очистки воды от солей жесткости «Райфил» предлагает трехстадийную систему со сменными картриджами PU905-S3-WF14-EZ (TRIO-R). Для офисов предлагается настольный вариант AM-70 B, в комплектацию которого входят ультрафильтрационная мембрана и картридж с ионообменной смолой. Однако, в случаях, когда в воде содержатся в избытке ионы фтора, стронция, мышьяка и др., картриджные системы бессильны. В этом случае следует использовать мембранные системы «Райфил» с обратноосмотическимимембранами. Мембраны обеспечивают удаление бактерий, вирусов, ионов жесткости, растворенного железа, фтора, стронция, нитратов, аммония и других растворенных солей. Установки обратного осмоса работают под давлением водопроводной сети, оптимальным является давление порядка 2-3 атмосфер. В случаях, когда в загородных домах величина давления водопроводной сети оказывается меньше 2 атмосфер, используются системы обратного осмоса, доукомплектованные насосом (RO905-550BP-EZ GRANDO5 Plus; QM-90 (RO905-650BP-EZ-S).

О сертификации обратноосмотических мембран

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ТАМОЖЕННОГО СОЮЗА : О безопасности машин и оборудования

Статья 7. Оценка соответствия

1. Машины и (или) оборудование, выпускаемые в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза, подлежат оценке соответствия требованиям настоящего технического регламента.

Оценка соответствия требованиям настоящего технического регламента проводится в форме подтверждения соответствия и в форме государственного контроля (надзора).

Машины и (или) оборудование, бывшие в эксплуатации, или изготовленные для собственных нужд их изготовителей, а также комплектующие изделия и запасные части к машинам, используемые для ремонта (технического обслуживания) машин и (или) оборудования, не подлежат подтверждению соответствия требованиям настоящего технического регламента.

Полный текст ТР ТС:

Технический регламент о безопасности машин.pdf

КОМПАНИЯ CSM – МИРОВОЙ ЛИДЕР В СОЗДАНИИ НОВЕЙШИХ ТИПОВ МЕМБРАН ДЛЯ ОБРАТНОГО ОСМОСА

Для того, чтобы очистить воду от различных загрязнений, содержащихся в ней, можно использовать современные мембранные технологии нанофильтрации или обратного осмоса. Однако, подбор свойств мембран представляет достаточно сложную задачу: с одной стороны необходимо извлечь из воды заданные загрязнения, с другой стороны – требуется «невысокая» селективность для достижения оптимального состава питьевой воды по минеральным солям. Практически во всех случаях требуется решать задачи оптимизации: добиваться эффективности задержания загрязнений при общем соответствии состава очищенной воды российским требованиям СанПиН и нормам семирной Организации Здравоохранения по величине общего солесодержания, концентраций кальция, фтора и др. компонентов. Современные мембраны для очистки воды поставляются в виде аппаратов (мембранных элементов) с унифицированными размерами. Селективные свойства мембран определяются по задержанию ими поваренной соли или сульфата магния. Применимость мембран для конкретных случаев воды определяется экспериментальным путем или приближенно с помощью компьютерных программ, предложенных производителями мембран. Анализ публикаций по применению нанофильтрационных мембран для различных случаев (очистка от хлорорганики, цветности, мышьяка и т. д.) показывает, что широко применяются различные типы мембран с различными значениями селективностей. Для разных случаев получения питьевой воды требуются мембраны с различными свойствами. Получению мембран с заданными свойствами посвящено много работ. Исследователи идут разными путями: можно получать новые мембраны, используя новые маномеры, а можно модифицировать поверхность существующих, придавая им различные новые свойства. Модификацию выполняют с помощью ряда приемов, как химическим путем, так и используя физические методы (например, фотохимические); часто модифицирование поверхности производится с целью изменения свойств (агрегатных, сорбционных) заряда мембраны с целью снижения ее склонности к загрязнению . Знания о природе загрязнений, закономерностей их образования и о механизмах этого процесса заставляют искать пути преодоления этого явления. Причем в последнее время борьба с этим явлением идет по пути модификации поверхностных свойств мембран, способных отталкивать загрязнения, а не в направлении совершенствования и усложнения предочистки. Наличие в исходной воде веществ, образующих осадки на мембранах, не обязательно требует создания «многоступенчатых» схем предочистки. Ведутся разработки мембран с модифицированными поверхностями, «отторгающими» органические, коллоидные и бактериальные загрязнения, стойкие к хлору и т. д. Проведенные исследования и акопленный опыт показывают, что состав мембран, конструкции аппаратов и процессы загрязнения – вещи взаимосвязанные. Поэтому в настоящее время большое значение приобретает применение мембран с новым составом, поверхностным зарядом и поверхностными свойствами, позволяющими снизить загрязнения , изменить сорбционные свойства и т. д. Ведутся работы по модификации поверхности мембран с целью уменьшения их загрязнения. Например, коллоидные и взвешенные глинистые частицы имеют поверхностный заряд, обычно отрицательный. Изменение величины поверхностного заряда мембраны влияет на степень адгезии загрязнений к поверхности мембраны. Органические вещества, образующие цветность, адсорбируются на поверхности мембраны. Таким образом, модификация поверхности мембран адгезионные и адсорбционные способности мембран и повышает их стойкость к образованию коллоидных, бактериальных и органических загрязнений. Разработка новых мембран требует новых методик их изучения и оценки заданных свойств, углубленного исследования механизмов взаимодействия различных веществ с поверхностью мембраны и формирования селективных свойств мембран. Компанией CSM разработаны высокоэффективные обратносмотические мембраны серий BLF и FE c модифицированной поверхностью, устойчивые к адгезии бактериальных и коллоидных загрязнений, что позволяет использовать их для очистки загрязненной, даже сточной воды. В результате модифицирования поверхности полимерной пленки получена мембрана с новыми поверхностными свойствами: нейтрализован поверхностный заряд мембраны, повышена ее гидрофильность, уменьшена шероховатость поверхности. Это уменьшает возможность адгезии частиц и их «застревания» и «сцепления» с поверхностью мембраны. Специальное покрытие «отторгающее» содержащиеся в воде загрязнения, наносится на поверхностный слой мембраны, состоящий из ароматических полиамидов, путем химического «сшивания». Результаты экспериментального определения рабочих характеристик новой мембраны типа BLF и сравнения их с характеристиками стандартной обратноосмотической мембраны низкого давления типа BЕ представлены на рис. 1, 2 и 3. На рис. 1 (а, б и в) представлены результаты снижения производительности аппаратов (в процентах от исходной производительности) с мембранами BE и FE при их работе в течение 8 ч при очистке воды, содержащей сухое молоко с его концентрацией 30 мг/л (а); воды, содержащей ПАВ (Tryton X-100) в количестве 50 мг/л; воды, содержащей коллоиды кремнезема в количестве 100 мг/л при величине рН = 7.

Рис. 1. Снижение производительности мембран (в процентах от исходной) при их работе на воде, содержащей:

Рис. 1. Снижение производительности мембран (в процентах от исходной) при их работе на воде, содержащей: а) сухое молоко; б) ионогенный ПАВ; в) коллоидный кремнезем.

Рис. 2. Определение поверхностных характеристик мембран: а) Шероховатость поверхности (мкм); б) Зависимость электрокинетического потенциала от PH(мВ); в) Гидрофильность: угол смачивания.

На рис. 2 представлены результаты определения поверхностных характеристик стандартных мембран типа BE и мембран с модифицированной поверхностью типа FE. На рис. 2а представлены результаты определения размера шероховатости поверхности мембран, выраженные в микронах. Результаты определения величин поверхостного заряда мембран представлены на рис. 2б в виде зависимостей значений электрокинетического потенциала, выраженного в милливольтах, от величины рН. Сравнительные величины определенных значений гидрофильности мембран представлены на рис. 2в в виде значений угла смачиваемости. Основные рабочие характеристики мембран ВЕ и FE представлены на рис. 3 в виде зависимостей производительности аппаратов (галлонов в сутки): рис. 3а и селективности мембран (%), рис. 3б от величины удельной электропроводности очищаемой воды, а также в виде зависимостей производительности мембранных аппаратов (рис. 3в) и их селективности (рис. 3г) от величины приложенного рабочего давления (атм). В экспериментах, представленных на рис. 3 (а,б) величина рабочего давления составляла 15 атм, температура воды равнялась 25 градусов. В экспериментах, результаты которых представлены на рис.3 (в,г) величина удельной электропроводности воды составляла 3000 микросименсов/см.

Разработанные специалистами CSM мембраны с повышенной устойчивостью к загрязнениям признаны лучшими в мире по своим рабочим и эксплуатационным характеристикам. Именно эти мембраны выбраны для оснащения крупнейших в мире установок доочистки бытовых сточных вод, для их повторного использования в техническом водоснабжении в Сингапуре и Австралии. В последнее время проблема использования очищенных бытовых сточных вод для технических целей является одной из наиболее важных и острых в связи с поиском новых решений по рациональному использованию водных ресурсов и охране природы. Осуществить такие проекты оказалось возможно только путем использования технологии обратного осмоса. И компания CSM занимает в разработке таких проектов лидирующие позиции.

Рис 3. Определение характеристик мембран (производительность и селективность) в зависимости от электропроводности (а, б) и величины рабочего давления (в, г)

Рис. 4. Технологическая схема доочистки биологически очищенных сточных вод с применением установки обратного осмоса: 1 – резервуар исходной воды; 2 – половолоконные ультрафильтрационные погружные модули; 3 – вакуум-насос; 4 – патронный фильтр (5 мкм); 5 – рабочий насос высокого давления; 6 – задвижки; 7 – мембранные обратноосмотические модули; 8 – регулирующий вентиль; 9 – насос обратной промывки; 10 – бак сбора воды после УФ-модулей.


Доочистка сточных вод приобрела чрезвычайную актуальность в связи с непрерывным увеличением водопотребления, образованием большого количества стоков и созданием замкнутых систем водообеспечения промышленных предприятий. Большое значение приобретает повторное использование очищенных сточных вод для технического водоснабжения промышленности. Для доочистки городских сточных вод применяют методы фильтрования, флотации, сорбционный, окисления, комбинированный, доочистку воды в биологических прудах и др. Но такие традиционные технологии требуют чрезвычайно высоких эксплуатационных затрат, чтобы обеспечить высокий эффект очистки воды и производить качественную очищенную воду в больших промышленных масштабах.

В современных условиях является целесообразным использовать биологически очищенные сточные воды для целей технического водоснабжения: для подпитки теплосетей, для оборотного водоснабжения и охлаждения. Но биологически очищенная вода часто не соответствует требованиям по величине солесодержания, содержанию колиформные бактерий, органических веществ, биогенных элементов. Для эффективной доочистки сточных вод после биологической очистки их направляют на доочистку с помощью мембранного метода обратного осмоса. Обратноосмотические мембраны позволяют задержать содержащиеся в воде бактерии, растворенные органические вещества, азотные и фосфорные соединения в ионной форме.

Пропущенная через мембраны вода соответствует самым жестким требованиям, предъявляемым к воде, сбрасываемой в водоемы рыбохозяйственного назначения (табл.), при этом она может быть использована для технических целей в городском хозяйстве и на промышленных предприятиях для целей охлаждения и отопления.

Крупнейшие в мире станции очистки сточных вод для их повторного использования введены в строй в Сингапуре (148 000 м3/сут), США (280 000 м3/сут), Австралии (230 000 м3/сут).

Технологическая схема доочистки сточных вод представлена на рис. 4. Вода после вторичных отстойников станций биологической очистки направляется на установку предочистки. Для предочистки перед установкой обратного осмоса используются ультрафильтра- ционные мембранные аппараты погружного типа в виде кассет с мембранами в виде полых волокон. Очищенная вода после мембран забирается вакуум-насосом и направляется в резервуар исходной воды, откуда насосами высокого давления направляется в мембранные блоки с обратноосмотическими мембранами. В исходную воду для предотвращения отложений карбоната кальция на мембранах дозируют ингибиторы и кислоты. Выход очищенной воды составляет 85–87 % от общего количества биологически очищенных сточных вод, подвергаемых доочистке на мембранах. На рис. 5 и 6 показаны фрагменты мембранных блоков с мембранами CSM, используемые на крупнейшей в мире установке доочистки сточных вод в.г. Бедок (Сингапур) производительностью 40000 м3/сут.

Библиографический список

1. Первов А.Г., Андрианов А.П., Ефремов Р.В., Козлова Ю.В.

Новые тенденции вразработке современных нанофильтрационных

систем для подготовки воды высокого качества: обзор. //Серия.

Критические Технологии. Мембраны. – 2005. – № 1. – С. 18–34.

2. Mark Wilf. Membrane Technology for water reclamation. –

Balaban Desalination Publications. – 2010

Некоторые исторические аспекты применения физико-химических методов очистки питьевых и сточных вод в Европе 19-го века.

В Европе заботы об удалении нечистот из густо населенных городов и фабричных поселений появились только в XIX-м столетии, в эпоху индустриализации. С быстрым ростом городов количество сточных вод значительно увеличилось, перед чем старые способы утилизации оказались малоэффективными. Вскоре в Англии была разработана система слива городских отбросов и промышленных стоков через каналы в естественные водоемы. Однако за короткий период времени в некоторых фабричных городах Англии реки вскоре настолько засорились, что воздух в окрестностях стал невыносимо зловонным, а в реках вымерла рыба; даже большие, многоводные реки, вливающиеся непосредственно в море, разносили зараженную воду далеко от материка, следствием чего явился мор устриц, принявший угрожающие масштабы. По свидетельствам очевидцев «…на поверхности рек вздувались громадные пузыри в несколько футов диаметром; лопаясь, они загорались, выбрасывая огненные столбы горящих газов высотою в 6 футов, и нередко такие огненные столбы занимали площадь в несколько сот метров…». Кроме того, загрязненные воды естественных водоемов стали источником эпидемии холеры и других заболеваний, быстро распространявшейся по всей Европе

Схожая ситуация происходила и в России. В 1885 г. в России доктор Лапчинский указал на несовершенство водоснабжения города Санкт-Петербурга Обществом городских водопроводов, что, по его мнению, вызвало эпидемию возвратной горячки.

В XIX в. в Англии и Франции были разработаны первые фильтровальные аппараты для очистки и осветления воды для хозяйственных нужд, для пароходов, войсковых частей и т. п. В 1822 г. Пайан во Франции впервые применил для фильтрования воды животный уголь. В 1829г. Симпсоном в Лондоне были установлены песчаные фильтры для очистки воды Темзы. Этот способ был затем в 1839 г. в Лондоне и в 1853 г. в Берлине применен в системе водоснабжения.

В 1881 году в России заинтересовались возможностью очистки воды на медленных песочных английских фильтрах. Исследования по применению этих фильтров в России на основе мирового, в частности, английского опыта провел доктор Шидловский и, опираясь на работу английской комиссии Preventing the Pollution of Rivers, сообщил, что лучшие результаты были получены при фильтровании воды через почву близ Dursley, содержащую, кроме извести еще и окись железа.Из многочисленных опытов вытекает, что эта почва обладает наилучшими свойствами для фильтрования и что она по своему очистительному химическому действию на воду превосходит все другие материалы взятые для сравнительного испытания.

Однако А. В. Пель в 1886 г. проведя исследования Невской воды сообщил следующее: «…В воде, содержащей 7,4 ч. извести на 100000 ч., тифозные бактерии решительно не в состоянии развиваться; для уничтожения холерных бактерий требуется уже 24,6 ч. взвести на 100000 ч. воды…». Основываясь на этих исследованиях, он протестовал против проекта сооружения песчаного фильтра для Санкт-Петербургского водопровода.

В 1884г Хайатом был разработан фильтр так называемой «американской системы», который с 1887 г. начал применяться сначала в системах водоочистки Соединенных Штатов Америки, а затем и в Европе. В России эти фильтры для очистки воды одним из первых предложил использовать профессор Н.А. Бунге в 1895 году.

В 1884 году Санкт-Петербургским купцами Адамом Мельцером и Фердинандом Клеменцем был запатентован интересный метод очистки воды, который характеризовался применением особым образом приготовленного водофильтрующего материала, состоящего из весьма пористого индифферентного покрытого или пропитанного так называемым пирофорным железом. Предлагаемый способ основывался на контактном действии восстановленного химически чистого железа на растворенные в воде органические вещества.

В 1895 году бельгиец Альфред Дерво запатентовал способ очистки воды для промышленных целей раствором извести, соды и железного купороса.

Таким образом, в начале XX в. были заложены теоретические основы и получены практические данные по использованию физико-химических методов очистки питьевых и сточных вод, был разработан метод двухступенчатой физико-химической очистки воды с отстаиванием и последующей фильтрацией с обеспечением процесса контактной коагуляцией.