Несмотря на то, что все большее внимание, уделяется охране окружающей среды, общемировой тенденцией является ухудшение качества воды в водозаборах. Не исключением являются и водозаборы РФ. В действующем СанПин 2.1.4.1074-01 нормируется содержание тридцати неорганических соединений и элементов и около 680 индивидуальных органических соединений, изомеров и смесей, которые классифицируются как «вредные вещества в питьевой воде ». Несмотря на столь внушительный список контролируемых показателей, уже сейчас можно с уверенностью утверждать, что употребление воды в пищу (равно как и использование в производстве пищевых субстанций) прошедшей подготовку только на городских очистных сооружениях, не только не улучшает здоровье, но и в ряде случаев для него опасно (вспомним хотя бы вспышку вирусного гепатита в Нижнем - Новгороде). Такое положение вещей связано с тем, что оборудование большинства станций водоподготовки устарело и требует реконструкции . Кроме того, зачастую, старые технологии водоподготовки (это в основном коагуляция, хлорирование воды) в «одиночку» справиться с новыми техногенными загрязнителями не в состоянии.

В будущем, в связи с нарастанием опасности техногенных катастроф, не приходится надеяться на улучшение качества воды в водозаборах. Тоже время можно быть уверенным во внедрении высокочувствительных (вероятно маркерных) методов мониторинга гигиенического качества воды и ужесточении нормативов по содержанию в воде (всех видов) токсичных соединений. В связи с этим при проектировании новых станций водоподготовки , которые в идеале должны быть устойчивы к аварийным загрязнением водозаборов, необходимо использовать технологии, обеспечивающие исключительную стабильность качества питьевой воды. На современном этапе таким требованиям отвечают только мембранные технологии водоподготовки (ультрафильтрация воды , нанофильтрация воды, обратный осмос) в комплексе с химическими технологиями (озонирование, и другие методы разрушения органических соединений в воде). Из всех мембранных методов водоподготовки для подготовки воды питьевого качества наиболее подходящим является ультрафильтрация воды .

Введение

Под ультрафильтрацией воды (УФ) понимается процесс удаления взвешенных и агломератов коллоидных частиц, в диапазоне размеров от 0.03 до 0.1 мкм, на мембранах низкого давления. В мире установки ультрафильтрации воды широко используются для обработки поверхностных или грунтовых вод , в том числе и для производства питьевой воды. Применение ультрафильтрации позволяет полностью решить проблему удаления из воды взвесей агломератов коллоидов, микроорганизмов. Фильтрат, полученный на установках ультрафильтрации имеет следующие типичные характеристики: значения SDI менее 2; взвешенные вещества менее 0,5 мг/л; содержание органических соединений в воде в сочетании с коагуляцией снижается в 2-3 раза; цветность не более 10-15 ; качество фильтрата стабильно и не зависит от флуктуаций качества питающей воды.

Ультрафильтрационная мембрана Hydracap изготавливается из полых волокон гидрофильного полиэстерсульфона (PES). Мембрана устойчива к воздействию хлора и имеет ресурс 200 000 ppm *часов по активному хлору. В цикле химической мойки мембрана может работать в широком диапазоне рН (2-13), при этом оставаясь устойчивой к биологическому загрязнению. Мембрана изготовлена из полых волокон с внутренним диаметром 0,8 или 1,2 мм. Стандартный модуль Hydracap 60 включает в себя 13200 полых волокон. Мембраны с волокнами диаметром 0,8 мм используются при значении мутности до 200 мг/л. Для более мутной воды рекомендуется использовать мембраны с волокнами диаметром 1,2 мм.

Параметр селективности стандартной мембраны ультрафильтрации составляет 100-150 кДа, что соответствует размеру поры примерно 0,025 мкм. Таким образом, мембрана обеспечивает эффективный барьер для большинства вирусов (на 4 порядка), бактерий (на 6 порядков) и Cryptosporidium oocysts .

На рис.1 представлена диаграмма ультрафильтрационной системы водоподготовки , которая состоит из питающего насоса, грязевика, ультрафильтрационного модуля, бака обратной промывки, насоса обратной промывки и системы химической очистки и дезинфекции.

Рис. 1. Схема полупромышленной ультрафильтрационной установки водоподготовки.

Питающая вода под давлением подается в систему ультрафильтрационной водоподготовки при помощи питающего насоса. Оценочный максимум дифференциального давления через всю систему около 2,5 бар, учитывающий потери на трение, а также падение давления на мембране, которое может увеличиваться из-за ее постепенного загрязнения и достигать значения 1,0 бар.

Периодически проводится обратная промывка модуля ультрафильтрации воды, для которой используется фильтрат, собранный в бак обратной промывки. Во время обратной промывки из системы удаляются загрязнения, и восстанавливается начальное падение давления на мембране.

Ультрафильтрационная система водоподготовки работает в автоматическом режиме и управляется микропроцессорным контроллером (PLC), который координирует работу всех компонентов системы, управляя работой насосов, вентилей и дозирующего оборудования.

В воду, которая питает ультрафильтрационную систему водоподготовки, может осуществляться дозирование коагулянта. Данный прием особенно эффективен, если имеют место периодические ухудшения качества питающей воды. Действие коагулянта приводит к формированию «хлопьев», на которых адсорбируются органические соединения. «Хлопья» задерживаются на поверхности ультрафильтрационнй мембраны и легко удаляются при обычной обратной промывке. Без использования коагулянта уменьшение параметра полной органики (ТОС) системой ультрафильтрации находится на уровне 25%, при использовании коагулянта данное значение возрастает до 60% (поверхностные воды).

Нашей компанией были проведены полупромышленные испытания собственных установок водоподготовки на основе ультрафильтрации воды , одна из них работала на мембранах Hydracap . В настоящей статье сообщается о некоторых результатах работы этой установки.

Результаты испытаний установки ультрафильтрации воды

В ходе полупромышленных испытаний отрабатывалась схема работы установки ультрафильтрации на воде реки Москва. Были уточнены основные показатели работы установки водоподготовки, такие как – удельный съём фильтрата с поверхности мембранного элемента, доза коагулянта, уровень pH исходной воды и воды полученной в результате ультрафильтрации.

Дозы коагулянтов .

Для обеспечения более полного удаления органических веществ из исходной воды проводилось дозирование полиоксихлорида алюминия (Аурат-18) и/или хлорида железа III . Использование этих коагулянтов позволяет добиться снижения уровня органических веществ в воде не менее чем на 60%.

Оптимальная доза составляет 4 мг/л по Al для полиоксихлорида алюминия и 6 мг/л по Fe для хлорида железа III . По результатам химических анализов фильтрата с установки ультрафильтрации, концентрация остаточного алюминия составила менее 0.05 мг/л, железа менее 0.1 мг/л.

Динамика изменения качества воды после коагуляции в осветлителе и ультрафильтрации иллюстрирована на рис 2-3.

Рисунок 2

Как наглядно видно из представленных графиков, технология ультрафильтрации воды с предварительной коагуляцией имеет значительное преимущество перед классической технологией осветления. Качество воды, полученной после ультрафильтрации по взвешенным веществам, практически не зависит от качества исходной воды и стабилизируется на уровне 0.1- 0.2мг/л. Содержание железа в выходной воде не превышало 100 мкг/л и определялось, в основном, количеством дозируемого в поток исходной воды хлорного железа. Эффективность удаления окисляющейся органики (перманганатная окисляемость) составила около 60% она сильно зависит от условий коагуляции (температура, рН, время коагуляции) и типа коагулянта.

Рисунок 3

КПД системы водоподготовки по воде – не менее 92%. Расход электроэнергии системы водоподготовки на выработку 1м 3 воды составляет около 0,19 кВт*ч.

Рекомендации по проектированию промышленной установки водоподготовки.

Промышленная система водоподготовки по результатам проведенных испытаний проектируется на элементах Hydracap 60, фирмы Hydranautics. Система ультрафильтрации воды производительностью 60м 3 /ч должна содержать не менее 17 элементов . Учитывая, что при проектировании системы водоподготовки обычно закладывается блочная конструкция установки, система должна содержать 3 блока по 6 элементов, т.е. 18 элементов. В случае выхода из строя одного из блоков, два других работают независимо, и могут обеспечить в аварийном режиме производительность до 51,6м 3 /ч обработанной воды.

Если требуется обеспечить резервирование системы очистки воды необходимо установить по 7 элементов на 1 блок. В аварийном режиме или во время проведения профилактических работ 2 блока по 7 элементов позволяют обеспечить производительность: 14 элементов Х 4,3м 3 /ч/элемент = 60,2м 3 /ч (удельный поток через поверхность ультрафильтрационной мембраны составит в этом случае 94 л/м 2 /ч). Кроме того, при проектировании установки ультрафильтрационной водоподготовки целесообразно заложить возможность размещения дополнительного резервного (8-го) элемента в каждом блоке. Допустимое время работы установки водоподготовки в аварийном режиме или режиме сервисного обслуживания составляет 24 часа. В случае необходимости более длительной работы установки на двух блоках возможно применение двух дополнительных мембран ультрафильтрации воды на каждом блоке. Время установки дополнительных мембран составляет 5-10 минут, без отключения фильтрации воды.

На каждом блоке необходимо установить насос подачи исходной воды, плюс один резервный насос на три блока.

А вы знаете, что современное эффективное решение проблем водоочистки – это функциональная установка для ультрафильтрации воды. Используемая комбинированная технология обеспечивает удаление взвесей, устраняет мутность, производит дезинфекцию. На сегодня это один из самых экономичных и экологичных способов очистки жидкости, не требующий предварительной водоподготовки и использования реагентов.

Суть метода

Ультрафильтрация воды относится к одной из баромембранных технологий. Ее качественные показатели и алгоритм работы находятся в промежутке между обратноосмотичес кой системой и микрофильтрацией. Сверхтонкая (ультратонкая) очистка предполагает пропускное отверстие в фильтре из трубчатого композита (капиллярном) размером 0,002…0,01 мкм. Через фильтрующие элементы микрофильтрации проходят частицы размером от 10 до 0,05 мкм. делает воду почти стерильной, отсекая загрязнения размером до 0,0001 микрон.Сквозь мембрану свободно проходят молекулы воды, ионы, но, в то же время, отсекаются крупномолекулярные примеси-загрязнители. Поэтому мембранные аппараты являются главным звеном ультрафильтрацио нной системы. Метод используется в автоматических водоочистительны х установках для подготовки воды на предварительном уровне:

• морской;
• поступающей из скважин, открытых водоемов;
• подаваемой на обратноосмотичес кие очистители.

В установках обратного осмоса тоже происходит очистка воды – ультрафильтрация же характеризуется более широкими технологическими возможностями. Конструктивно агрегаты выполнены в виде оболочки (корпуса), где ортогонально установлены мембраны – фильтры. Основная конструкция может быть дополнена ультрафиолетовым обеззараживателе м. Система работает с проточной водой в заданном режиме и может монтироваться на вводе водопровода в дом или отдельную квартиру.Важно! Метод ультрафильтрации воды позволяет получать жидкость стабильно высокого качества в постоянном режиме, независимо от того, какой была исходная вода до очистки.

Какие примеси удаляются

Производительность установки напрямую зависит от типа мембран, конструктивных особенностей фильтрационных модулей, режима их работы. Подаваемая под напором вода проталкивается сквозь несколько фильтрующих элементов (мембран). По ходу она освобождается от:

• частиц ржавчины, попавших в нее с внутренних поверхностей старых водопроводных труб;
• находящихся в водном растворе органических соединений и неорганических примесей.

На выходе получается вода без вирусов и бактерий, не требующая доочистки, готовая к употреблению.

Очень важно! Фильтры ультрафильтрации воды, задерживая вредные для организма человека примеси, пропускают сквозь себя минералы, соли, полезные для его здоровья, сохраняя натриевый и кальциевый состав воды.

Особенности монтажа ультрафильтрационных установок

Вниманию потребителей предлагаются ультрафильтрационные мембранные установки различной производительности и вариантов исполнения. Благодаря минимальным размерам они эргономично вписываются в дизайн в процессе строительства или ремонта помещения, компактно монтируются в уже готовую обстановку, сокращая размер площади помещения под водоподготовку.

Системы ультрафильтрации воды имеют небольшие габариты, отсутствие специальных отсеков под реагенты и компактный электронный умягчитель, не требующий больших площадей.

Система ультрафильтрации воды может монтироваться так, чтобы очищенная жидкость подавалась не только на кухню, а во все точки разбора: душевая, бытовая техника, подогрев в бойлере, пр.

Алгоритм работы

Водоснабжение квартиры предполагает поступление двух видов воды: холодной и горячей. Но проблемы с работой теплосетей вынуждают самостоятельно нагревать при помощи водонагревателя подаваемую по магистрали холодную воду. Для очистки жидкости с последующим подогревом предполагается три этапа:

• Прохождение через механические очистители из полипропилена. Отсекаются крупные нерастворимые фракции песка, глины, пр.
• Очищение через устройство ультрафильтрации.

Если все же нужно очистить горячую воду, подаваемую по трубам, используются керамические фильтры микрофильтрации. Они выдерживают температуру на входе теплоносителя +70°С. В отличие от стандартных мембран, эффективность которых уменьшается уже при +40°С, керамика устойчива к высоким показателям температуры. Она убивает в фильтрах вредную патогенную флору, осветляет воду, не воздействует на минеральный состав. При этом концентрат в канализационный коллектор не сбрасывается. При давлении воды в водопроводной сети меньше 2,0 кгс/см. кв. для ее подачи предусматривается установка повысительного насоса. Уровень шума при работе оборудования не превышает предельно-допустимых значений.

Преимущества способа ультрафильтрации

Преимущественным и считаются такие характеристики ультрафильтрации:

• Высокая степень очистки, в том числе, полное удаление коллоидных веществ, взвесей: хлорорганических соединений, тяжелых металлов, крупных фракций, солей жесткости.
• Дезинфекция (физическое удаление патогенной флоры).
• Отсутствие накопительного резервуара, «съедающего» пространство комнаты.
• Автономность работы (без участия человека).
• Продление срока службы бытовых приборов, техники.
• Исключение контакта с неочищенной водой и повторного ее заражения.
• Сохранение минерального состава природной воды.
• Экологичность.
• Варианты монтажа (вертикальный, горизонтальный), простота установки.
• Экономичность: снижение расхода воды, электроэнергии, себестоимости, пр.
• Компактность установки.
• Долгий срок службы мембран: 5 лет и более. Ультрафильтрация обеспечивает пользователей прошедшей через систему фильтров вкусной и полезной водой.

Сегодня в статье будет проведен сравнительный анализ двух технологий для подготовки питьевой воды - традиционной с использованием осветлителей и фильтров механической очистки воды и ультрафильтрации. Прежде чем перейти непосредственно к сравнению этих технологий кратко напомним о каждой из них.

Традиционная схема очистки для подготовки питьевой воды.

Исходная вода содержит в себе различные примеси, которые необходимо удалять перед ее использованием в питьевом водоснабжении. В качестве первой ступени очистки воды в таком случае традиционно используют отстойники разных видов. При этом для удаления коллоидных примесей в отстойники добавляют специальный реагент - коагулянт, который вызывает сцепление коллоидных частиц во флоккулы с последующим выделением их из воды.
Вода, прошедшая коагуляцию, может содержать в себе частицы не успевших сформироваться хлопьев. Поэтому ей необходима дальнейшая фильтрация. Традиционно такую воду прогоняют через механические фильтры с разной степенью (одно или двухслойные) и типом загрузки.

Ультрафильтрация

Это технология мембранной очистки воды, когда жидкость проходит через имеющие множество пор мембраны, собранные в определенном модуле. Размеры мембран сопоставимы с размером удаляемых примесей, поэтому большинство примесей осаждается на мембранах. Ультрафильтрация очищает воду не только от коллоидных и взвешенных веществ, а также от бактерий и вирусов (log показывает степень удаления бактерий и вирусов).
При использовании ультрафильтрационной очистки, так же как и для традиционной обработки, в поток обрабатываемой воды дозируется коагулянт, доза которого в 3-5 раз меньше дозы коагулянта, используемого при коагуляции в осветлителе или напорной коагуляции.
Когда производительность мембранного модуля падает, проводится обратная промывка, после которой восстанавливаются исходные характеристики работы мембраны. При сильных загрязнениях проводится химическая промывка с добавлением реагентов.

Сравнение 2-х технологий

Факт 1 Выбор способа очистки определяется технико-экономическими показателями

В расчет берутся капитальные затраты, затраты, определяющие эффективность работы установок (качество очищенной воды), и затраты на обслуживание установок.
В таблице 1 представлена информация об эффективности очистки воды - данные взяты из доклада Ю. А. Рахманина .

Таблица 1

Из таблицы видно, что эффективность очистки воды с помощью ультрафильтрации значительно выше традиционной технологии. Это достигается более тонкой фильтрацией на установках ультрафильтрации - 0,01-0,03 мкм, тогда как стандартная тонкость фильтрации на песчаных фильтрах составляет 100 мкм, а теоретически получаемая - 10 мкм.

Факт 2 Значительно меньшее использование коагулянта в ультрафильтрации по сравнению с традиционной технологией

Обратимся к таблице 2 , в которой представлена информация по некоторым физическим и химическим параметрам речной воды и показателям, достигнутым после очистки 2-мя способами.

Таблица 2

Из таблицы видно, что при достижении почти одинаковых значений представленных показателей доза используемого при ультрафильтрации коагулянта ниже в 2-3 раза.

Факт 3 Высокая заводская готовность установок ультрафильтрации

Установки ультрафильтрации поставляются в полной заводской готовности, что существенно снижает объем строительных работ (и затрат, соответственно).
На рис.1 - проект примерно одинаковой производительности около 24 000 м³/сут на механических фильтрах и ультрафильтрации. Площадь, занимаемая установкой ультрафильтрации, в 4 раза меньше по сравнению с площадью, занимаемой механическими фильтрами и горизонтальным отстойником.

Примерные габариты традиционной установки: механические фильтры 18x42 м + осветлители 18x54 м. Общая площадь 1730 м². Примерные габариты ультрафильтрации 9x42 м. Общая площадь 380 м².

Факт 4 При новом строительстве капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию

По стоимости оборудования многочисленные расчеты для промышленных установок показали, что при новом строительстве и использовании комплектующих и степени автоматизации одного класса, капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию.
В таблице 3 сведены все затраты на установку осветления по традиционной технологии и ультрафильтрации в натуральных показателях. Из таблицы видно, что ультрафильтрация экономически более целесообразна для эксплуатации. Данное положение подтверждалось неоднократными технико-экономическими расчетами практически для всех промышленных объектов.

Таблица 3

Подытожим, установки ультрафильтрации выгоднее традиционного оборудования (отстойников и механических фильтров), потому что
1. эффективнее очищают воду
2. занимают гораздо меньшую площадь
3. требуют меньших затрат на капитальное строительство и меньших затрат на реагенты
К минусам использования установок ультрафильтрации можно отнести необходимость грамотного инжиниринга и эксплуатации и потребность в дополнительных реагентах для химических промывок, поэтому выбирать компанию-поставщика ультрафильтрационного оборудования нужно, ориентируясь на подтвержденный положительный опыт реализации проектов с ультрафильтрацией.

Используемая литература:
1. Академик РАН, РАЕН Ю.А.Рахманин, Актуализация проблем водообеспечения и пути их решения для повышения качества жизни россиян, III Всероссийский съезд водоканалов, Алушта, республика Крым 22-24.04.2015.
2. к.т.н. О. Ф. Парилова, Питьевое водоснабжение. Из прошлого в будущее

Советы пчеловоду: поилки.

Всему живому на Земле нужна вода. Нужна она в избытки и пчёлам, для отменного обмена веществ, для регулирования температуры тела и так далее. Жалко, что пчеловоды об этом просто забывают: новички - из-за незнания; кто-то просто ленится; а кто-то просто полагает, что пчёлы, если надо, воду сами отыщут. Хорошо, если поблизости вода действительно имеется, к примеру, река. Но, если вода далеко, то о ней пчеловод должен позаботиться.

Пчёлы, когда ищут воду, ориентируются на температуру, а не на её вкус. Хотя и вкус воды, так же для них немаловажен. Они предпочитают пополнять запасы воды там, где она теплее, к примеру, это может быть бассейн или колодец, поилки домашних животных. А вот воду из-под крана они не любят, и понятно почему, ведь она и для человека пользу не приносит. Да и холодная она для пчёл, а если они пьют воду холодную, то температура их тела снижается, а вода составляет половину массы тела. Если пчёлы привыкли летать за водой на какое-то определённое место, то отучить их будет крайне сложно, в особенности, если они летают туда не один месяц и тем более, не один год.

И всё же, с чего начать пчеловоду, решившему отманить пчёл от их привычного места водопоя? Надо уже ранней весной соорудить для пчёл поилку, эта поилка должна быть всегда наполнена свежей водой. Тогда пчёлы будут беречь и силы, и энергию, которые ранее были затрачены на поиск воды. Требования к поилке просты:

Лёгкость в дезинфекции;

Быстрота в сборке и разборке,

Удобства для пчёл и пчеловода,

Лёгкость в заполнении водой,

А ещё она должна легко и быстро приводиться в действие.

Санитарные требования:

Поилка должна стоять в сухом месте,

Солнечное место;

Ветреное место;

И там где не главное направление полёта пчёл.

Виды поилок.

Как правило, пчеловоды пользуются двумя типами поилок:

Индивидуальные.

Общие.

А ещё используются, в качестве поилок, различные сосуды и посуда стеклянная, деревянная, металлическая или из пластика. Используется специально выпущенная промышленностью посуда, специально изготовленная пчеловодами посуда, или просто, посуда, приспособленная в виде поилки.

И нет ничего плохого в том, что пчеловод не купил для пчёл поилку, а придумал её сам. Главное, что бы посудина отвечала всем функциональным и санитарным требованиям. Вода в ней должна быть:

Свежей.

Чистой.

Тёплой.

Чаще всего на пасеке можно заметить именно поилки общего типа. Это ёмкость с маленьким краником. Под краном расположена доска под наклоном. На доске есть желобки и разнообразные камешки для красоты. Пчеловоды такие поилки ещё и ракушками дополняют, чтобы пчёл привлечь.

Не стоит приводить примеры самодельных поилок, дополнять примеры чертежами - это ни к чему. Любой желающий сможет быстро сконструировать поилку. Да и в магазине они продаются «по карману».

А. П. Андрианов, инж. (МГСУ); А. Г. Первов, д-р техн. наук (ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО)

Все больше внимания в настоящее время уделяется поиску новых перспективных методов очистки воды, более компактных, дешевых, простых в эксплуатации по сравнению с традиционными. К их числу относятся мембранные методы: ультрафильтрация и нанофильтрация.

Оба процесса имеют сходное аппаратурное оформление, но в технологическом плане имеются принципиальные различия. Если при эксплуатации нанофильтрационных установок накопившиеся в процессе работы на поверхности мембран осадки (задержанные из воды загрязнения) удаляются с помощью химических промывок (т. е. с применением реагентов), то при эксплуатации ультрафильтрационных мембран удаление загрязнений с поверхности мембран производится обратным током, как у фильтров с зернистой загрузкой. Поэтому безреагентная ультрафильтрация считается за рубежом технологией будущего .

Ультрафильтрация – это мембранный процесс, занимающий промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют размер пор от 20 до 1000 Å (или 0,002–0,1 мкм) и позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы (нижний предел молекулярной массы составляет несколько тысяч), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы. Таким образом, использование мембранной ультрафильтрации для очистки воды позволяет сохранить ее солевой состав и осуществить осветление и обеззараживание воды без применения химических веществ, что делает эту технологию перспективной с экологической и экономической точек зрения.

Технология обработки воды с помощью ультрафильтрационных мембран заключается в «тупиковой» фильтрации воды через мембрану без сброса концентрата. Такой режим работы позволяет сократить расход воды на собственные нужды станции очистки и уменьшить ее общее энергопотребление. Процесс фильтрования длится 20-60 мин, после чего следует обратная промывка мембраны. Для этого часть очищенной воды под давлением подается в фильтратный тракт в течение 20-60 с. В процессе обратной промывки вода уносит с поверхности мембран слой накопившихся загрязнений. На рис. 1 показаны устройство и схема работы ультрафильтрационных рулонных элементов.

Рис. 1. Ультрафильтрационный модуль

а - рабочий режим; б - режим промывки; 1 - исходная вода; 2 - фильтрат; 3 - рулонный элемент; 4 - сброс концентрата; 5 - обратная промывка фильтратом

В процессе длительной работы производительность мембранных аппаратов постепенно уменьшается, так как на турбулизаторной сетке, на поверхности и на стенках пор мембран сорбируются различные вещества и отлагаются частички загрязнений, увеличивающие общее гидравлическое сопротивление мембранных аппаратов. Для восстановления первоначальной производительности несколько раз в год проводится химическая промывка мембранных аппаратов специальными кислотными и щелочными реагентами для удаления накопленных загрязнений.

При конструировании систем очистки воды на основе метода ультрафильтрации основной задачей, встающей перед проектировщиком, является правильное определение продолжительности прямого фильтрования, а также частоты и интенсивности обратных промывок. Эти параметры зависят от качества исходной воды и определяются исходя из оптимальных соотношений производительности ультрафильтрационной установки и ее общего водопотребления . Правильный выбор режима промывки обеспечивает эффективную работу установки, заключающуюся в длительном сохранении производительности и качества фильтрата. Авторами на примере обезжелезивания подземной воды была разработана методика поиска оптимальных параметров работы ультрафильтрационной установки.

Эффективность обратной промывки зависит от ее интенсивности (при неизменном давлении промывки можно оперировать длительностью обратной промывки) τ и интервала между промывками (продолжительность фильтроцикла) t. При заданном времени τ эффективность работы установки зависит от продолжительности t: чем меньше t, тем эффективнее проходит отмывка мембраны от загрязнений, но тем больше образуется промывной воды. Исследования по оптимизации процесса обратной промывки ставят целью определить такие значения τ и t для различного состава обрабатываемой воды, которые соответствуют наибольшему количеству очищенной воды, полученной в течение времени Т. Исследования проводились на модельных растворах хлорида железа (III) на ультрафильтрационных мембранах марки УАМ-150. На рис. 2 показано снижение производительности мембранного аппарата с течением времени для разных концентраций железа в исходной воде.

Для определения оптимальных величин продолжительности фильтроцикла и промывки проводилось несколько серий экспериментов с различной продолжительностью обратной промывки. В каждой серии при фиксированной длительности обратной промывки менялась продолжительность фильтроцикла. Зависимости объема фильтрата и промывной воды от времени работы установки для одной серии экспериментов приведены на рис. 3 (продолжительность обратной промывки 30 с).

Поиск оптимальных соотношений длительности фильтроцикла и промывки производится по максимальной полезной производительности мембранного аппарата, которую можно определить как Vполезн = Vф - Vпр.. Сначала оптимальные точки находились отдельно для каждой продолжительности промывки. На рис. 4 показано определение оптимальной продолжительности фильтроцикла при длительности промывки 30 с. Затем полученные кривые зависимости полезного объема чистой воды от продолжительности фильтроцикла сводятся в один график (рис. 5), и по точкам максимумов этих кривых строится результирующая кривая, которая позволяет определить максимальное количество очищенной воды в зависимости от t и τ и соответственно найти оптимальную длительность обратной промывки. Эксперименты по приведенному алгоритму определения точки оптимума повторяются для различных концентраций железа в исходной воде.

Таким образом, полученные в результате проведенных экспериментов данные могут использоваться в качестве рекомендаций при разработке систем обезжелезивания на основе мембранной ультрафильтрации.

Рис. 3. Зависимость объема фильтрата (сплошная линия) и промывной воды (пунктирная линия) от времени работы установки при длительности промывки 30 с

продолжительность фильтроцикла, мин: 1, 1¢ - 15; 2, 2¢ - 30; 3, 3¢ - 60

Рис. 4. Определение оптимальной продолжительности фильтроцикла при длительности обратной промывки 30 с

1 - Vф; 2 - Vполезн; 3 - Vпр

Помимо указанных выше параметров на эффективность работы мембранных аппаратов влияет величина давления: рабочего и обратной промывки. При определении точки оптимума необходимо учитывать не только полезную производительность, но и объемы исходной и сбрасываемой в канализацию воды, при этом вычисление оптимальных соотношений длительности промывки и фильтроцикла производится на основе экономических расчетов.

Рис. 5. Определение оптимальной продолжительности промывки для разной продолжительности фильтроцикла продолжительность обратной промывки, с: 1 - 15; 2 - 30; 3 - 45; 4 - 60; пунктир - оптимум

В результате исследований разработаны технологические схемы и конструкции установок, предназначенных для обработки подземных вод с повышенным содержанием железа. В зависимости от состава исходной воды производится выбор той или иной модификации установок, отличающихся устройством аэрации и маркой используемых мембран. Вместе с удалением железа на установках обеззараживают воду без использования реагентов, удаляют сероводород и осветляют воду в случае выноса из скважины глинистых частиц.

Метод обезжелезивания воды с помощью ультрафильтрации рекомендуется применять при следующих показателях качества исходной воды: железо общее – не более 40 мг/л; щелочность – не более (1+Fe2+/28) мг-экв/л; рН – не менее 6 (водородный показатель воды после аэрации должен быть не менее 6,7-7); содержание Н2S – не более 5 мг/л; перманганатная окисляемость – не более 6-10 мг/л.

При содержании железа до 5 мг/л и сероводорода до 2 мг/л применяется схема с упрощенной аэрацией и фильтрованием на мембранах типа УАМ-500 и УАМ-1000. При содержании железа до 20-40 мг/л и сероводорода выше 2 мг/л используется аэрация эжектированием или барботированием и дополнительная упрощенная аэрация. При содержании в исходной воде трудноокисляемого железа, низких значениях рН и отсутствии растворенной углекислоты степень аэрации увеличивается. В зависимости от продолжительности процесса окисления двухвалентного железа и расчетной производительности установки обезжелезивания назначается объем аэрационных сооружений.

При наличии в исходной воде грубодисперсных примесей и песка в начале технологического тракта предусматривается сетчатый самопромывающийся фильтр с размером ячеек 100- 200 мкм. Внешний вид и принципиальная технологическая схема установки приведены на рис. 6 и 7. В зависимости от содержания железа и мутности исходной воды потребление воды на собственные нужды станции составляет не более 3-5 %, удельная потребляемая мощность 1,5-2 кВт∙ч/м3.

Рис. 7. Технологическая схема обезжелезивания подземных вод с использованием ультрафильтрации (при содержании железа в исходной воде не более 5 мг/л)