Метод ультрафильтрации в современном водоснабжении проблемы и перспективы

В загородном доме или таун-хаусе при наличии  собственного постоянно работающего  бойлера система устанавливается  на трубу подачи холодной воды.

При необходимости  вторая аналогичная установка может  обеспечивать доочистку горячей воды. Для повышения электробезопасности при размещении системы очистки воды в помещениях с повышенной влажностью все элементы автоматики работают под напряжением 24 В.

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 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.

Описанная технология также может являться эффективным  решением проблемы обезжелезивания  подземных вод. В тех случаях, когда работает метод упрощенной аэрации с последующим фильтрованием, мембранные установки могут с успехом заменить громоздкие песчаные фильтры. Метод ультрафильтрации позволяет создавать на его основе компактные, полностью автоматизированные установки, простые и удобные в эксплуатации. Главные задачи, которые решаются с помощью мембран – удаление железа и мутности, обеззараживание воды.

Технологическая схема станции обезжелезивания  приведена на рис. 9. Для перевода растворенного двухвалентного железа в трехвалентное перед подачей воды на ультрафильтрационные мембраны применяется предварительная аэрация воды. Высокая степень задержания коллоидных примесей позволяет упростить процесс аэрации и сократить его продолжительность, и, следовательно, уменьшить объем аэрационных сооружений. Отпадает необходимость и в мощных насосах для взрыхляющей промывки, т. к. мембранные модули промываются последовательно по отдельным небольшим блокам.

Станция очистки  воды (рис. 10) включает в себя напорные аэрационные колонны с компрессорами, мембранные блоки, к которым подходят магистрали подачи исходной воды, отвода фильтрата и промывной воды (рис. 11), систему обратной промывки, состоящую из напорных баков и насосов обратной промывки, при необходимости – установку обеззараживания воды. Ультрафильтрационная установка может работать под напором скважинных насосов или с дополнительными насосами повышения давления. В последнем случае (при использовании дополнительных насосов) возможна замена напорных аэрационных колонн на открытую емкость для аэрации эжекцией.

Еще одна актуальная сфера применения ультрафильтрации – подготовка воды для технологических нужд промышленных предприятий.

Ряд предприятий  часто имеет только технический  водопровод, в котором находится  вода из поверхностного водоисточника, прошедшая только грубую механическую очистку. По своему составу эта вода характеризуется обычно повышенным содержанием взвешенных и коллоидных веществ (мутности), органических гуминовых веществ (цветности), бактерий и т. д.

Традиционно на многих производствах вода из технического водопровода используется для оборотных систем охлаждения оборудования. Однако современные виды оборудования (например компрессоры) для охлаждения требуют воду с характеристиками по взвешенным веществам и цветности, соответствующими воде питьевого качества. В случае использования специального оборудования (например, ионообменной или обратноосмотической схемы для глубокого умягчения перед парогенераторами) подаваемая вода также должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.10–74–01 и требует специальной подготовки.

Внешний вид  подобных систем показан на рис. 12 и 13.

Эксплуатация  мембранных систем самой различной  производительности – от 100 л/ч до 100 м³/ч и более – заключается в периодическом наблюдении за работой установки (раз в смену для крупных станций) – контроль рабочего давления, производительности, наличия реагентов в расходных баках и т. п. В зависимости от качества исходной воды (содержание железа в подземной воде, цветность и мутность поверхностных водоисточников) проводятся профилактические химические промывки мембранных аппаратов для удаления той части загрязнений, которые не смываются обратными промывками. Процедура химической регенерации группы мембранных аппаратов занимает 2–4 ч и не требует специальной квалификации персонала.

Заключение

Успехи внедрения  ультрафильтрационной технологии в  очистке поверхностных и обезжелезивании  подземных вод, в доочистке водопроводной  воды еще не говорят о возможности  дальнейшего расширения области  применения этого метода. Использование ультрафильтрационных мембран ограничено видами возможных загрязнений, содержащихся в воде.

Так, снижение цветности (обусловленной растворимыми в воде гуминовыми веществами с молекулярной массой от 2000 до 250 000), а также удаление из воды хлорорганических веществ – не под силу ультрафильтрационным мембранам.

В этом случае специалисты  создают многоступенчатые комбинированные  схемы с использованием различных  технологических процессов: коагуляции, сорбции, окисления и др., в которых  мембранам отводится роль «ловушки» бактерий, вирусов, микрочастиц. Для решения таких сложных проблем питьевого водоснабжения гораздо эффективнее оказывается другая мембранная технология – нанофильтрация. Более подробно об этой технологии – в следующих номерах.

Литература

1. Ho Chia-Chi, Zydney L. A combined pore blockage and cake filtration model for protein fouling during microfiltration. // J. Colloid & Interface Science. 2000. V. 232, p. 389-399.

2. Kosvintsev S., Holdich R.G., Cumming I.W., Starov V.M. Modelling of dead-end microfiltration with pore blocking and cake formation. // J. Membrane Science. 2002. V. 208, p. 181-192.

3. Андрианов  А.П., Первов А.Г. Методика определения  параметров эксплуатации ультрафильтрационных  систем очистки природных вод  // Критические технологии. Мембраны. 2003. № 2 (18).

4. Knops F.N.M., Franklin B. Ultrafiltration for 90 MLD Cryptosporidium and Giardia free drinking water: a case study for the Yorkshire Water Keldgate Plant. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 1, p. 71-78.

5. Mavrov V., Chmiel H., Kluth J., Meier J., Heinrich F., Ames P., Backes K., Usner P. Comparative study of different MF and UF membranes for drinking water production. // Desalination. 1998. V. 117, p. 189-196.

6. Laine J.-M., Vial D., Moulart P. / Status after 10 years of operation – overview of UK technology today // Proceedings of the Conference on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, France, 3-6 October, 2000 –  V. 1, p. 17-27.

7. Sch_fer A.I., Fane A.G., Waite T.D. Cost factors and chemical pretreatment effects in the membrane filtration of waters containing natural organic matter. // Water Resources. 2001. V. 35, No. 6, p. 1509-1517.

8. Андрианов  А.П., Первов А.Г. Перспективы применения мембранных методов ультрафильтрации и нанофильтрации на крупных водопроводных станциях // Проекты развития инфраструктуры города: Сб. науч. трудов. Вып. 4. Комплексные программы и инженерные решения в области экологии городской среды. М., 2004.