Как беречь природу в ХХI веке

Когда люди смогли выйти в околоземное пространство, то оказалось, что Земля совсем маленькая. И вид сверху показал, как много уже успел натворить человек. Особенно тяжелые последствия человеческой деятельности сказались на воде. Это привело к тому, что питьевую воду приходится предварительно очищать, причем многоступенчатость очистки начинает расти в геометрической прогрессии. Типовые решения включают в себя барабанные сетки, сложное реагентное хозяйство, систему безнапорных фильтров с песчаной загрузкой, обеззараживание хлором или гипохлоридом, и систему очистки промывных вод с довеском в виде какого-либо способа обезвоживания осадков. Весь этот монстр занимает громадную территорию как, собственно, на технологическое производство, так и на санитарно-защитную зону. Хотя до сих пор в России земля цены не имеет, но опосредованно стоимость ее начинает доставать владельцев. Примерно такая же ситуация имеется и в очистке сточных вод, Состав сточных вод сегодня резко отличается от того, что сбрасывали наши предки, а системы очистки остаются на уровне 30-х годов ХХ века. Существуют попытки совершенствовать технологию, но путь этот экстенсивный и сводится в основном к попыткам модернизировать давно известные системы. Это наглядно видно при просмотре патентов в области водоочистки (…отличается тем, что гайка имеет четыре грани а не шесть…).

События последних лет показали, что земляне имеют несколько технологий, позволяющих при задействовании творческого подхода к проектированию коренным образом изменить эффективность, а главное принцип водоподготоки и водоочистки. В данной статье мы хотели бы рассмотреть одну из таких технологий.

Начнем, как водится, с истории:

Все началось с того, что в 1748 г. французский ученый, монах Нолле, решил пообедать. Перед трапезой он погрузил бычий пузырь с вином в воду, задавшись целью охладить напиток, и стал размещать на столе все, что ему послал тогда Бог. Но вина, к сожалению, в тот день отведать ему не довелось: то ли Бог хотел видеть монаха трезвым, то ли решил наказать его за какие-то грехи, но пузырь с вином увеличился в объеме и лопнул. Выяснилось, что вода проникла в пузырь через его стенку. Так монах открыл явление самопроизвольного проникновения через пленку малоконцентрированного раствора (природной воды) в более концентрированный раствор (вино). Это явление впоследствии получило название осмоса, а ученые стали обращать внимание на тонкие пленки животного происхождения (мембраны), которые, к изумлению исследователей, оказались пористыми.

Мембранные системы долгое время были сложны и дороги и использовались, в основном, для небольших прикладных задач. Но к началу 2004 года произошел качественный скачок в производстве мембранных материалов и конструкции мембранных систем, что привело к значительному снижению стоимости систем и открыло дорогу к широкому их применению взамен типовых решений.

Мембранные системы очистки воды.

В настоящее время мембранные технологии разделяются на два направления:

Первое направление - оборудование, предназначенное для очистки поверхностных и подземных вод без снижения общего солесодержания. Это оборудование включает в себя микро- и ультрафильтрационные мембраны. Данный тип оборудования работает с низким трансмембранным перепадом давления не более 1,5 бар.

Второе направление - снижение общего солесодержания. Оно включает в себя обратноосмотические и нанофильтрационные элементы. Данный тип оборудования работает с трансмембранным перепадом давления от 7 бар и выше для пресных вод, и от 40 бар для морской воды.

Технологическое оборудование очистки поверхностных вод.

Оборудование на основе ультрафильтрационных мембран позволяет обрабатывать воду в больших объемах (от 100 м3/час и более) с выходом по очищенной воде до 98-99 %. УФ оборудование требует площадей в 4-5 раз меньше, чем при использовании традиционного оборудования (насыпные сорбционные и осветлительные фильтры) такой же производительности. Вода, прошедшая обработку на УФ мембранах, не нуждается в стерилизации, поскольку на порах мембран задерживаются частицы, крупнее 0,03 мкм, в том числе микроорганизмы и вирусы.

Оборудование производительностью до 60 м3/час имеет полную заводскую готовность и может поставляться в контейнерном исполнении.
Оборудование большей производительности поставляется монтажными блоками и требует полной сборки технологии на месте. Производительность монтажных блоков определяется конкретными условиями объекта (от 50-100 м3/час).

Ультрафильтрация.

Ультрафильтрация - процесс отделения механических частиц от жидкости на полупроницаемой мембране. Размер пор колеблется от 0,01мкм до 0,1 мкм. Это позволяет отфильтровывать кроме механических взвесей органические вещества с большой молекулярной массой. Ультрафильтрационная мембрана задерживает коллоидные частицы, бактерии, вирусы и высокомолекулярные органические соединения. Ультрафильтрация, как и все мембранные процессы, основана на перепаде давления. Мембрана разделяет жидкость на две зоны: зона высокого давления и зона низкого давления. Разница давления в этих зонах называется трансмембранным перепадом давления (ТМД). Для ультрафильтрации ТМД составляет 1-2 бар.

В настоящее время используются два типа мембранных элементов:

• рулонные мембраны, работающие со значениями мутности входной воды (до 0,5 мг/л) и используемые только для доочистки питьевой воды или стерилизации растворов ;
  
• трубчатые половолоконные мембраны, работающие с большими значениями мутности (до 50 мг/л), Эти элементы могут работают без дополнительной предочистки с поверхностными и сточными водами.
  
  

Внешний вид оборудования производительностью 40 м3/час

Внешний вид оборудования производительностью 2000 м3/час

Срок службы мембран составляет 5 - 10 лет и зависит от качества и количества исходной воды.

Технологическое оборудование опреснения минерализованных вод

Оборудование на основе обратноосмотических (нанофильтрационных) мембран позволяет обрабатывать воду с солесодержанием в исходной воде от 1 до 40 г/л.
Оборудование большой производительности поставляется монтажными блоками, производительностью одного блока от 10 до 150 м3/час. Выход по опресненной воде до 60 %. При обработке воды с мутностью выше 1 мг/л обязательно применение предварительной очистки. Для систем производительностью более 50 м3/час в качестве предочистки рекомендуется ультрафильтрация.

Установки производительностью до 10 м3/час могут поставляться в контейнерном исполнении.

Опреснительная установка производительностью 8 м3/ч
в контейнерном исполнении

Таким образом, использование мембранных технологий позволяет:

1. сократить площади, занимаемые очистными сооружениями в 4 - 5 раз;
   
2. сократить санитарно-защитные зоны, так как комплексы располагаются в закрытых помещениях, позволяющих осуществить комплекс мероприятий по охране окружающей среды;
   
3. сократить численность обслуживающего персонала за счет максимальной автоматизации процесса;
   
4. в ряде случаев отказаться от реагентной обработки, что позволяет избавиться от складов и участков приготовления химических растворов, а также снижает количество отходов от использования технологии;
   
5. значительно снизить эксплуатационные расходы и, тем самым, сократить время окупаемости;
   
6. использовать данные технологии в районах Крайнего Севера, характеризующихся проблемами доставки энергоносителей, реагентов, заменяемых материалов и т.п.
   

Другие статьи по очистке воде, водоснабжении, проектировании очистных сооружений