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

Admin 24 июня 2015

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