УДК 628.161:66.081.63
DOI 10.35776/VST.2024.01.02

Первов А. Г., Спицов Д. В., Тет Зо Аунг, Медведько В. В.

Использование метода обратного осмоса для получения концентрированного раствора поваренной соли для производства гипохлорита натрия

Аннотация

Описано применение мембранных установок обратного осмоса и нанофильтрации для производства питьевой воды. Отмечается, что в системах питьевого водоснабжения эффективным методом обеззараживания является использование гипохлорита, который получают электролизом концентрированных растворов поваренной соли. Рассматривается новая область применения систем обратного осмоса – получение, помимо очищенной воды, концентрированных растворов хлорида натрия, используемых для производства гипохлорита натрия, что сокращает эксплуатационные расходы станции подготовки питьевой воды благодаря отказу от закупки реагента – поваренной соли. Представлена технологическая схема предлагаемой технологии, заключающаяся в каскадной обработке исходной воды с применением нанофильтрационных мемб­ран с низкой селективностью, что позволяет проводить разделение концентрата на растворы одновалентных и двухвалентных ионов. Описана методика проведения эксперимента, представлены экспериментальные зависимости, позволяющие определить эффективность разделения концентрата. По результатам экспериментов выполнен экономический расчет затрат на создание дополнительной системы получения концентрированных растворов, показывающий экономическую эффективность предлагаемого процесса по сравнению с использованием поваренной соли.

Ключевые слова

обеззараживание , гипохлорит натрия , обратный осмос , установка обратного осмоса , нанофильтрация , утилизация концентрата , подготовка питьевой воды , метод электролиза

bbk 000000

УДК 628.16.6

Первов А. Г., Ефремов Р. В., Спицов Д. В., Андрианов А. П., Горбунова Т. П.

Мембранные методы в питьевом водоснабжении: подбор мембран, прогноз качества воды, утилизация концентрата

Аннотация

Показано, что применение мембранных установок обратного осмоса и нанофильтрации для очистки воды в системах питьевого водоснабжения осложняется наличием больших расходов концентратов, подлежащих сбросу в канализацию. Для уменьшения расхода воды на собственные нужды разработана и экспериментально проверена технология обработки концентрата на дополнительной ступени с помощью нанофильтрационных мембран. Расход образующегося при этом концентрата составляет не более 1–6% от общего расхода очищаемой воды, а фильтрат второй ступени может смешиваться либо с очищенной, либо с исходной водой в зависимости от наличия в ней жесткости и таких загрязнений, как железо, аммоний, фтор, мышьяк и др. Представлены технологические схемы процесса, схемы массового баланса и состав исходной воды, фильтрата и концентрата на разных ступенях очистки.

Ключевые слова

фильтрат , обратный осмос , нанофильтрация , питьевое водоснабжение , мембранный метод , утилизация концентрата

bbk 000000

УДК 628.1.2:62-278

Френкель В.С.

Мембранные технологии: прошлое, настоящее и будущее (на примере Северной Америки)

Аннотация

Освещаются основные тенденции в области разработки мембранных процессов для очистки воды и сточных вод в Северной Америке. Приведены основные характеристики, главные направления и особенности применения мембран, включая мембранные биореакторы. Сопоставляются характеристики, необходимые при оценке и выборе наилучших мембранных технологий для каждого отдельного проекта. Мембранная обработка в водоподготовке, очистке сточных вод и опреснении воды стала быстроразвивающимся направлением. При этом используются четыре категории мембран, которые классифицируются по размеру пор: микрофильтрация (MF), ультрафильтрация (UF), нанофильтрация (NF) и обратный осмос (RO). В области очистки сточных вод мембранные биореакторы (MBR) стали признанной технологией. Все четыре основных типа мембран обеспечивают удаление полного спектра веществ, загрязняющих воду, поэтому в большинстве случаев могут использоваться как самостоятельные технологии. Интегрированные мембранные процессы, комбинирующие различные типы мембран, становятся современным методом, позволяющим выполнять строгие требования, предъявляемые к качеству воды (сточных вод), поскольку обеспечивают минимально возможные размеры очистных сооружений, минимальный расход химических реагентов и в большинстве случаев являются самым рентабельным решением.

Ключевые слова

питьевая вода , очистка сточных вод , обратный осмос , ультрафильтрация , опреснение , мембраны , микрофильтрация , нанофильтрация , мемб­ранный биореактор

bbk 000000

УДК 628.161.2:614.777:546.47/.49

Ларионов С. Ю., Пантелеев А. А., Рябчиков Б. Е., Шилов М. М., Касаточкин А. С.

Очистка воды подземных источников от природных радионуклидов

Аннотация

В подземных водоисточниках ряда регионов России присутствуют радионуклиды природного происхождения в концентрациях, превышающих предельно допустимые нормы для питьевой воды. Естественная радиоактивность воды обусловлена присутствием продуктов распада изотопов урана 238U и тория 232Th, в том числе радия и радона. Для очистки воды, содержащей радий, используют известковое умягчение, сорбцию на специальных адсорбентах (например, цео­литах), ионообменное умягчение, а также активную окись алюминия или активный глинозем, марганецсодержащую загрузку. По данным методам очистки имеется ряд публикаций, где указывается возможность использования обратного осмоса или нанофильтрации, однако информация по их применению отсутствует. Мембранные технологии в сочетании с традиционными методами позволяют создать схему очистки подземных вод от радионуклидов. В проведенных испытаниях по получению воды требуемого качества для подпитки открытой теплосети накопления радионуклидов не наблюдалось. За время работы (1,5 месяца) установки ультрафильтрации в промежутке между обратными промывками радиационный фон непосредственно у мембраны незначительно возрастал, но после промывки возвращался к исходному значению. Число промывок составило более 100, что дает статистически достоверные данные. Установка обратного осмоса работала на пермеате ультрафильтрации. Суммарное содержание радионуклидов в исходном растворе – на уровне 1,4 Бк/л, в фильтрате обратного осмоса – 0,005 Бк/л, что существенно ниже допустимого значения. В концентрате обратного осмоса эта величина не превышает 1 Бк/л, что позволяет, в соответствии с нормативами, сбрасывать его в открытую гидросеть. Накопление активности на мембранах обратного осмоса не наблюдалось.

Ключевые слова

аэрация , обратный осмос , ультрафильтрация , нанофильтрация , мембранная технология , очистка воды , радионуклиды , радиоактивные отходы

bbk 000000

УДК 628.112.23:628.168.4

Цабилев О. В., Стрелков А. К., Быкова П. Г., Занина Ж. В., Васильев В. В.

Подготовка артезианской воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения

Аннотация

Приведен пример решения задачи улучшения качества артезианской воды до нормативных значений с помощью баромембранных технологий. Описывается оптимальная с экологической и экономической точек зрения технологическая схема подготовки воды для хозяйственно-питьевых нужд поселка. Приводятся сравнительные результаты технологических расчетов различных схем деминерализации и умягчения воды, включающих процессы ионного обмена, нанофильтрации и обратного осмоса.

Ключевые слова

обезжелезивание , обратный осмос , умягчение , селективность , нанофильтрация , ионный обмен

bbk 000000

УДК 628.16.087

Фесенко Л. Н., Скрябин А. Ю., Бессарабов С. Ю., Пчельников И. В., Игнатенко С. И.

Применение концентрата установок обратного осмоса в технологии производства  электролизного гипохлорита натрия

Аннотация

Обратный осмос и нанофильтрация благодаря высокой эффективности и минимальному расходу реагентов широко применяются в технологических схемах деминерализации и умягчения воды для хозяйственно-питьевых целей и подготовки воды в промышленном производстве (для паровых котельных, оборотных охлаждающих циклов, подпитки теп­лосетей и др.). Однако методы мембранного разделения сопровождаются образованием концентрата, очистка и утилизация которого представляет сложную задачу. Приведены данные по утилизации концентратов установок мембранного разделения с получением хлоридно-натриевого сырья для производства электролизного низкоконцентрированного гипохлорита натрия. Поскольку стоки от обратноосмотических установок содержат повышенные концентрации не только хлорид-ионов, но и ионов Са²⁺, Mg²⁺, НCO^3- и SO₄^2-, целесообразно на первом этапе уменьшить объем технологического концентрата многократным концентрированием по схеме «нанофильтрация – обратный осмос». Далее концентрат от нанофильтрации с содержанием преимущественно двухвалентных ионов Са²⁺, Mg²⁺ и SO₄^2- подвергается реагентной обработке последовательно по схеме: на первой ступени соединениями бария, на второй – карбонатом и гидроксидом натрия. Это позволит выделить из раствора на первом этапе практически нерастворимый BaSO₄ с его осаждением в вихревом реакторе или ламельном сепараторе первой ступени, далее проводится осаждение малорастворимых в щелочной среде CaCO₃ и Mg(OH)₂ в реакторе второй ступени. Выведенные из материального баланса нерастворимые соли BaSO₄, CaCO₃ и Mg(OH)₂  обезвоживаются на фильтр-прессе и используются в качестве товарного или сырьевого продукта. Водный раствор хлорида натрия доконцентрируется трехступенчатым обратным осмосом с получением 2–2,5-процентного водного раствора (22–25 г/л) поваренной соли – высокосортного сырья для производства электролизного гипохлорита натрия с концентрацией 6–8 г/л по эквиваленту хлора. Хлорсодержащий продукт может быть использован для обеззараживания питьевых и сточных вод, биоцидной обработки градирен, теплообменных аппаратов для предотвращения и удаления биообрастаний, промывки ультра- и микрофильтрационных мембран, дезинфицирующей обработки сооружений и аппаратов водоподготовки, трубопроводов и иных комплектующих в производстве питьевой и технической воды.

Ключевые слова

гипохлорит натрия , концентрат , обратный осмос , нанофильтрация , десульфатация , реагентное умягчение

bbk 000000

УДК 628.165:66.081.63

Чигаев И. Г.

Применение нанофильтрации  для умягчения солоноватых вод

Аннотация

Приведены результаты экспериментальных исследований на реальных водах, которые показали перспективность использования технологии очистки на основе полимерных нанофильтрационных мембран для обессоливания солоноватых подземных вод по сравнению с процессом обратного осмоса. Изучены основные характеристики нанофильтрационных мембран. Оценена возможность концентрирования исходной воды путем рециркуляции части концент­рата, установлены максимальные концентрации солей в циркулирующей воде. Исследования по оценке влияния осадкообразования на основные характеристики мембраны не выявили заметного снижения ее проницаемости, при этом определены зоны интенсивного выпадения осадка солей на мембране. Определено, что концентрация солей в воде, циркулирующей в установке и, соответственно, в подаваемой на мембрану, не должна превышать 42 мг-экв/л для получения пермеата с жесткостью до 6 мг-экв/л и не более 18 мг-экв/л для пермеата с жесткостью до 2 мг-экв/л. Концентрирование исходной воды позволяет существенно снизить объем сбрасываемого концентрата.

Ключевые слова

обратный осмос , мембраны , нанофильтрация , обессоливание , солоноватые подземные воды , осадкообразование

DOI 10.35776/MNP.2020.01.01

УДК 628.16:62-278

Первов А. Г., Головесов В. А., Спицов Д. В., Рудакова Г. Я.

Пути снижения эксплуатационных затрат мембранных установок для подготовки питьевой воды из подземных водоисточников

Аннотация

Описан новый подход к созданию технологических схем утилизации концентрата установок обратного осмоса с минимальным расходом воды на собственные нужды. Схема включает обработку воды в две ступени. Проведены экспериментальные исследования по определению технологических характеристик мембранных установок (выход фильтрата, интенсивность образования осадков на мембранах). На основании результатов экспериментов получены значения приведенных затрат на очистку подземных вод различного химического сос­тава. Исследования проводились на лабораторных стендах с использованием нанофильтрационных мембран, имеющих разные значения селективности. Расход сервисных реагентов и эксплуатационные затраты на оборудование рассчитывались по программе, ранее разработанной авторами для определения технологических характеристик мембранных установок. При разработке установок следует отдавать предпочтение мембранам с низкими значениями селективности, обеспечивать снижение затрат на реагенты и энергопотребления. Получены зависимости скорости роста осадка карбоната кальция от типа мембран и кратности объемного концентрирования исходной воды. Сравнение затрат показывает, что применение мембран даже для случаев обезжелезивания воды оказывается экономичнее известных классических технологий.

Ключевые слова

карбонат кальция , подземные воды , концентрат , обратный осмос , нанофильтрация , умягчение воды , осадкообразование на мембранах , осадки малорастворимых в воде солей , ингибиторы осадкообразования , скорость роста осадка

DOI 10.35776/VST.2022.12.06
УДК 621.395.623.3

Стрелков А. К., Цабилев О. В., Гриднева М. А.

Технология вибромембранного фильтрования: преодоление негативного влияния концентрационной поляризации (зарубежный опыт)

Аннотация

Представлена уникальная технология мембранного разделения жидкостей VSEP, которая позволяет минимизировать негативное влияние концентрационной поляризации. Отличие технологии заключается в вибрации поверхности мембран. В результате достигается ряд ключевых преимуществ технологии. Все это существенно раздвигает границы использования мембранных методов и делает возможным применение мембран там, где ранее это было невозможно. Кроме того, процесс разделения различных жидкостей не требует использования антискалянтов, а рабочие значения удельной производительности установок и выхода фильт­рата значительно превышают таковые в традиционных системах мембранного разделения. Технология уже находит массовое применение в мировой инженерной практике для самых различных отраслей промышленности.

Ключевые слова

мембраны , нанофильтрация , мембранное фильтрование , технология VSEP , концентрационная поляризация