Мембранные методы очистки воды

Сопоставить опреснители дистилляционного типа и получить достоверные данные по их эффективности довольно сложно, так как это связано с конструктивным различием установок принципом организации процесса, одно- или многоцелевым назначением, стоимостью тепловой, электрической энергии и топлива. Тепловую эффективность принято выражать коэффициентом так называемой относительной выработки (коэффициентом продуктивности), который определяется как отношение количества произведенного дистиллята к затраченным теплоте или греющему пару. В последнее время в целях сравнения различных способов опреснения и дистилляционных установок введен коэффициент энергетической эффективности зэ. Он характеризует отношение произведенной пресной воды на каждые 1000 кДж затраченной энергии топлива. Этот показатель в отличие от относительной выработки, рассчитанной по количеству теплоты, вводимой на головном подогревателе или на первой ступени, учитывает ее расход на эжектор, приводы насосов, т.е. все затраты топлива на получение первичной энергии.

Несмотря на наличие, однозначно влияющих показателей, приводимые данные следует принимать как ориентировочные, позволяющие относительно судить об экономических достоинствах рассматриваемых схем. Наиболее правомерно производить сравнение дистилляционных и других установок по однофункциональному признаку с последующим анализом показателей различных типов.

В методике экономической оценки процесса опреснения нашел использование термодинамический (эксергетический) анализ в сочетании со стоимостными затратами, что позволило более строго определять стоимость производимой установками воды.

В 1993 г. опреснительными установками всех типов в Мире произведено 1891000м³/сут пресной воды, это на 22% выше, чем в 1980 г.

Количество пресной воды произведенной в 1992/93 гг. установками мгновенного вскипания в этом объеме 55.2% (против 28.3%) в 1990/91гг., обратноосмотическими 33.6% (46.4%), тонкопленочными с компрессией вторичного пара 3.8% (8.4%) и 7.4%- электродиализными. Такое распределение позволяет сказать, что наблюдавшийся большой интерес к установкам обратного осмоса, как обещавший более низкие энергозатраты и стоимость получаемой воды не вполне оправдал себя. Достаточно отметить, что большинство фирм, производящих мембранные модули не сумели достичь их высокой эксплуатационной надежности и низкой стоимости.

В установках, где опресняется морская вода, преобладают модули фирмы «Дюпон» (48.7%) и «Тойобо» (36.9%). За десять лет лидерство установок мгновенного вскипания-3.1%,в то время как обратно-осмотических-2.4%. Доля остальных установок в производстве пресной воды из морской незначительна, что во многом объясняется стоимостью производимого продукта.

Распределение опреснительных установок различного принципа действия показывает, что преобладающее значение остается за дистилляционными установками мгновенного вскипания, и если при большой производительности этот тип опреснителя имеет явные преимущества, то при потребностях в воде от 1000 до 5000м3/сут конкурентоспособным может стать обратноосмотический комплекс.

Технологическое совершенство процесса обратного осмоса, достигнутое в последние годы за счет создания мембранных модулей с высокой селективностью и высоким выходом по воде, расширяет сферу использования установок этого типа для опреснения как морской воды, так и солоноватых вод. Наиболее широко они используются при производстве воды питьевого качества и очистке промышленных стоков.

4.6 Промышленные системы водоподготовки

ООО "Осмос" с 1999 года занимается проектированием и производством систем очистки воды на основе обратного осмоса и ультрафильтрации под торговой маркой СОМ.

Системы ультрафильтрации удаляют микроорганизмы, коллоидные частицы, органические соединения, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Системы обратного осмоса обладают самой высокой селективностью и задерживают 99 % всех примесей, включая железо, тяжелые металлы, органические вещества, растворенные ионы, а также все бактерии и вирусы. Обратный осмос эффективен для удаления гуминовых соединений, которые придают воде цветность и ухудшают вкусовые качества, и которые трудно удалить другими методами. Системы обратного осмоса незаменимы для снижения общей минерализации соленой воды (обессоливания).

Двухступенчатый обратный осмос позволяет получить дистиллированную и деминерализованную воду с электрическим сопротивлением более 1 МОм при минимальных эксплуатационных затратах.

Системы деионизации воды на основе одно- или двухступенчатого обратного осмоса с последующей глубокой деионизацией на ионообменных смолах предназначены для получения ультрачистой деионизованной воды с электрическим сопротивлением до 18.2 МОм.

Системы обратного осмоса СОМ прекрасно себя зарекомендовали для очистки воды из скважин и колодцев и для очистки водопроводной воды в коттеджах и квартирах Санкт-Петербурга, Ленинградской области и других регионов России.

Системы обратного осмоса и ультрафильтрации СОМ успешно эксплуатируются для очистки воды в различных отраслях промышленности:

Системы очистки воды (на основе обратного осмоса, ультрафильтрации) для розлива воды и производства безалкогольных напитков ("Полюстрово", "Хваловские воды", "Кристальный источник", "Бона Джус", "Колорит-Lida", "Роса", "Недроинвест", "Тригон").

Системы водоподготовки (на основе обратного осмоса) для производства алкогольных напитков ("Национальный винный терминал", "Петроспирт", "Алкона", "Ладога", "Идальго").

Мембранные системы очистки воды для пищевой промышленности ("Равиоли", "Пищекомбинат Лужковский", "Мясные деликатесы", "Куриное Царство").

Мембранные системы очистки воды для молочной промышленности ("Пряжинское").

Системы деионизации воды (на основе одноступенчатого и двухступенчатого обратного осмоса) для микроэлектроники и электронного приборостроения ("Морион", "Софтмедиа", "Электросила").

Системы деионизации воды для гальванического производства ("Упаксервис").

Системы получения очищенной и дистиллированной воды для фармацевтики и лабораторий ("Фармакон", "РОСБИО", "Люми", "ЛБМ").

Мембранные дистилляторы для химической промышленности ("Петрохимторг").

Системы деминерализации воды для линий порошковой окраски ("Электропульт", "АлМет", "Отрадненский ремонтник").

Системы водоподготовки для линий гидроабразивной резки ("Теплообменник", "Псковский завод механических приводов").

Системы водоочистки для офисных и торгово-развлектальных комплексов ("Планета Нептун" (океанариум), "Гранд Каньон").

"Научно - Производственный Центр промышленной очистки воды" - производит мембранные станции очистки различных продуктов (см. применение технологий), работающие по методу обратного осмоса, нанофильтрации, ультрафильтрации, микрофильтрации серий - RO, NF, SW, UF, MF.

Области применения:

Медицина и фармацевтика - очищенная вода для гемодиализа и перитониального диализа, ультрачистая и апирогенная вода для фармацевтического производства;

Питьевое водоснабжение - обессоливание, умягчение, обеззараживание, осветление, обезжелезивание, улучшение органолептических показателей качества питьевой воды;

Химическая промышленность и лабораторное применение - вода любой степени очистки от дистиллированной до требуемого уровня;

Промышленность - применяется при производстве текстиля, тепло и электроэнергии, целлюлозы, бумаги, электрогальванической окраске, фильтрации различных веществ и т.д.;

Пищевая промышленность питьевая вода - очистка, подготовка, обеззараживание, коррекция химического состава воды; пиво - "полировка", холодная стерилизация, осветление, брожение дрожжей; алкогольные напитки - фильтрация; пищевые добавки - разделение биологически активных веществ, концентрирование; молочное производство - концентрирование, извлечение, деминерализация, фракционирование; соки, сиропы, экстракты - очистка, концентрирование, осветление, холодная стерилизация; пищевые красители, эссенции, консервы - очистка, концентрирование, осветление, холодная стерилизация; сахарный сироп - осветление, очистка, повышение содержания фруктозы и снижение калорийности; рассолы и бульоны - концентрирование бульонов, регенерация тузлука.

Обратный осмос для бытового использования (вместо заключения)

Проблему «где взять чистейшую питьевую воду» каждая семья решает по-своему.

Общеизвестно, что водопровод в любой городской квартире не является источником воды кристальной чистоты. Даже при условии полного ее соответствия нормам СанПиН. Разумеется, городские власти утверждают, что водопроводная вода полностью соответствует всем санитарным нормам, но со стороны властей, как это часто бывает, имеет место некоторое лукавство.

Во-первых, степень соответствия воды нормам определяется не на выходе из крана, а в той точке, где вода, покидая водоочистные сооружения, попадает в водопроводную сеть. Так принято везде - уследить за качеством воды в каждой конечной точке просто невозможно.

Между тем, вода, проходя по сети к крану, может значительно ухудшиться. В теории все выглядит хорошо: поскольку в сеть вода подается под давлением, значит, в нее извне ничего попасть уже не должно. В реальной жизни мы имеем дело с не менее реальным водопроводом, в котором кое-где и трубы сильно поржавели, и течи имеются, и давление может не просто снижаться, а падать ниже внешнего уровня. Так, например, бывает в часы пикового потребления воды в многоэтажных жилых домах: насосы подкачки, обеспечивая необходимый напор в доме, могут создавать разрежение в водоподводящей магистрали - там-то и подсасывается грязь. Последствия падения давления нетрудно представить, если вспомнить, что канализационные коммуникации обычно проходят неподалеку и тоже не блистают стопроцентной изолированностью.

В Москве, по разным данным, от 50 до 80 процентов коммуникаций требуют ремонта и замены. Многие из них проложены более 50 лет назад, некоторые ещё до революции.

Ситуация в других городах, как правило, не лучше.

Во-вторых, необходимо рассмотреть, по каким критериям вообще оценивается качество воды для водопровода. Цвет, запах, привкус, "жесткость", наличие нерастворенных механических примесей и растворенных в воде железа и марганца, бактериологическая загрязненность и пр. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует проверять питьевую воду по 24 параметрам. Вроде бы не мало. По одному пункту ответ вообще однозначен: с помощью хлорирования воду сделали биологически чистой - никаких микроорганизмов в ней нет.

Центральный водопровод, наряду с канализацией, вообще можно считать серьезным достижением человечества в борьбе с инфекциями и эпидемиями. Но у человечества есть и другие "достижения" - с развитием промышленности и технологий в водоемы стали попадать такие вещества и соединения, о которых даже помыслить не могли наши предки. Все это может оказаться и в питьевой воде. Да и хлорирование, если уж на то пошло, имеет наряду с положительными и отрицательные моменты. С органическими веществами хлор образует ядовитые и канцерогенные соединения: хлорат, хлорит, хлороформ, хлорфенол, хлорциан, хлорпикрин, монохлорамин, дихлорацетонитрил, бромхлорацетонитрил, трихлорацетонитрил. Остается в воде и неорганика. Неорганические вещества очень хорошо отделяются обратноосмотической мембраной. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по большинству неорганических элементов 85%-98%.

Чем может угрожать питьевая вода. Чрезмерная концентрация алюминия грозит поражением мозга, бериллия - генными мутациями, селена - поражением ногтей и волос, алохлора (гербицид) - опухолями желудка и щитовидной железы, линдана (инсектицид) - нарушениями центральной нервной системы, радионуклидов - раком костей. Опасна чрезмерная концентрация, а не сам по себе факт наличия какой бы то ни было "химии". Даже безобидные вещества и неорганические соединения, для которых и нормативов ПДК при контроле качества воды не предусмотрено, могут представлять реальную угрозу здоровью человека.

Бытовые фильтры-кувшины, известные на рынке под разными торговыми марками, с этой задачей не справляются. Отфильтровывают далеко не все, нуждаются в частой смене фильтрующего элемента, а при определенных обстоятельствах могут дать на выходе воду еще грязнее, чем на входе - если накопленные осадки начнут смываться. Иначе говоря, воду-то они чистят, но гарантий не дают.

Совершенно чистая вода может быть получена из многоступенчатых бытовых фильтров глубокой очистки, которые предназначены для установки прямо на водопроводные коммуникации в вашей квартире. Эти устройства не занимают много места и обычно монтируются на кухне, прямо под мойкой.

В коттеджах, которые снабжается водой из скважин, нужно ставить более серьезные системы - с предварительной фильтрацией. Сначала это очистка от механических частиц, песка, взвесей и ржавчины, затем - от солей и веществ, которые делают воду "жесткой", а на выходе - от растворенных газов и органических соединений, которые влияют на цвет, вкус и запах воды. Как же работают фильтры глубокой очистки питьевой воды.

Главным фильтрующим элементом в них является обратноосмотическая мембрана. Это полупроницаемый элемент, сквозь который свободно проходят молекулы воды, но где задерживается большинство других неорганических молекул.

В 60-х годах обратноосмотические системы начали использовать для опреснения морской воды. С тех пор технология постоянно улучшалась. Научно-производственное предприятие "Мембранная Техника и Технология" была одной из компаний, где активно работали над усовершенствованием обратноосмотических систем. Производимые ее фильтры теперь широко используются в медицине - для получения сверхчистой воды, в ликероводочной индустрии, в быту. По меньшей мере, два вида ее изделий (они представлены разными моделями) заслуживают внимания. Это многоступенчатые фильтры глубокой очистки водопроводной воды серии "Ключ М" и фильтры семейства "Сапфир", которые необходимы в тех случаях, если вода нуждается еще и в предварительной очистке (взята из скважины или колодца).

Фильтры обратного осмоса принципиально отличаются от других типов фильтров, угольных адсорбционных или ионообменных. Последние - фильтры накопительного типа. Они задерживают и накапливают в себе примеси, это плохо тем, что фильтр сначала очищает, а затем начинает очищаться сам. Обратноосмотический фильтр работает по другому принципу - он выступает в роли барьера, непреодолимой преграды на пути примесей и микроорганизмов и стоит "до последнего" - даже если мембрана забьется, "враг" не пройдет. А чтобы дорогостоящие мембраны не засорялись в течение нескольких лет службы вместе с ними и применяются фильтры предварительной очистки, которые, например, в "Ключе-М" образуют четырёхступенчатый контур фильтрации.

Существует мнение, что вода, почти полностью лишенная примесей, не слишком полезна для здоровья.

Считается, что с водой человек получает до 6-8% суточной потребности полезных минеральных веществ. Именно эту цифру упоминают в разговорах специалисты и медики. Но и в ней можно усомниться, если сделать очень простой расчет. Допустим, мы будем пить исключительно некую "специальную" воду, которая по концентрации полезных элементов соответствует верхнему пределу требований ВОЗ, а все содержащиеся в ней вещества будут на 100% усваиваться нашим организмом (что в реальности невозможно). Тогда получается вот какая картина. Чтобы человеку получить суточную норму кальция, он должен выпить 8 литров "специальной" воды (или съесть пару ломтиков сыра 12 г). Магния - 10 литров (а можно съесть 27 г арбуза). Натрия - 25 литров (или всего 0,6 г соли пищевой). Калия - 167 литров (курага - 0,86 г). Фосфора - 1000 литров (грибы сушеные - 24 г). В большей мере с водой и в меньшей мере с пищей в наш организм попадает фтор. Его суточная норма содержится в 1,33 литрах "специальной" воды (или в 129 граммах скумбрии).

Есть над чем подумать…

Список используемой литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.

2. Расчет и конструирование обратноосмотической установки: Методические указания/ Сост. С.А. Трифонов; МИХМ. М.: 1989.

3. Слесаренко В.Н. Опреснительные установки. - Владивосток: ДВГМА, 1999.

4. Вишаренко В.С. Принципы управления качеством окружающей среды городов // Урбоэкология. М., 1990.

5. Владимиров В.В. Идеи экологии человека в управлении городом // Урбоэкология. М., 1990.

6. Города и окружающая среда. Космические исследования. М., Мысль,1982

7. Казначеев В.П. Проблемы экологии города и экологии человека // Урбоэкология. М., 1990.

8. Олейников Ю.В. Экологические альтернативы НТР. М.: Наука, 198

9. Экологическая химия. Пер. с нем. Под редакцией Ф. Корте М.: Мир 1996

10. Интернет-ресурсы.