2.Сучасні технології підготовки питної води на основі баромембранних методів

Баромембранні технології, як основа корегування складу розбавлених водних розчинів – підготовки питної води, знайшли широке застосування, в першу чергу, для опріснення морської води.

В ряді країн (США, країни Близького Сходу, Мальта) в останні 10 – 15 років побудовані та діють мембранні, перш за все зворотноосмотичні, установки різної продуктивності по опрісненню морських та підземних солених вод .

Для зворотноосмотичного опріснення морської води використовують мембранні елементи різноманітних типів: рулонні, порожнинно-волоконні та плоскокамерні .

Найбільше поширення одержали рулонні мембранні установки. Опріснення морської води відбувається, як правило, за двостадійною схемою. Так, на зворотноосмотичній станції Доха (Кувейт) при початковому вмісті солей в воді 41,4 г/дм³ її опріснення дало можливість знизити їх вміст до 975,0 та 130,0 мг/ дм³ на першій та другій стадіях опріснення відповідно. Змішуванням води першої та другої стадії опріснення досягали вмісту солей в опрісненій воді 390,0 мг/дм³, що відповідає вимогам до питної води. Після опріснення води за будь-якою із вказаних схем проводиться її знезараження, регулювання рН, мінерального складу та фільтрування на патронних мікрофільтрах.

Мал.  1. Рулонна мембранна установка 1 – перментовивідна трубка; 2 – мембрана; 3 – дренажний лист; 4 – сітка-сепаратор; 5 –місце склеювання; 6 – фіксатор; 7 – корпус

На світовому ринку представлений широкий асортимент зворотноосмотичних мембран, що працюють при низькому (до 1,5 МПа), середньому (2,5 - 3,0 МПа) і високому (понад 3,0 МПа) тиску і мають різні технічні характеристики.

Мал.2 Схема зворотнього осмосу

Поява зворотноосмотичних мембран привела до зміни технологічних схем і мембранного обладнання за кордоном і в системах отримання високо чистої води, установки зворотного осмосу застосовуються в технології отримання чистої і високо чистої води більш широко в наступних випадках :

• для часткової демінералізації води перед іонообмінними установками для зниження витрат на реагенти, зменшення частоти регенерації;

• перед іонним обміном для видалення органічних речовин, мікрочастинок, колоїдів, бактерій і вірусів;

• при двостадійній схемі зворотного осмосу для виключення демінералізації іонним обміном.

Серед безреагентних мембранних технологій очистки, пом’якшення та часткового знесолення поверхневих і підземних вод для питного водопостачання основними є: зворотний осмос для опріснення солонуватої води; нанофільтрація для часткового пом’якшення і знесолення води та видалення низькомолекулярних (200 – 500 дальтон) органічних сполук; ультрафільтрація для видалення з води колоїдів, мікроорганізмів, зниження вмісту загального органічного вуглецю та забарвленості. Типова технологічна схема опріснення солонуватих підземних вод з використанням низьконапірного зворотного осмосу включає: попереднє підкислення, введення інгібітору осадоутворення, фільтрування на патронних мікрофільтрах, зворотноосмотичне опріснення, дегазацію та знезараження.

Виконано багато досліджень, в тому числі й в Україні , з очищення природних вод з використанням нанофільтраційних мембран фірми Filmtec, яка є їх основним виробником, серії NF (NF-40, NF-40HF, NF-50, NF-70). Показано, що нанофільтрація забезпечує заміну коагуляції, флокуляції та фільтрації. Нанофільтрація дає змогу виключити ряд стадій при отриманні питної води, таких як вапнування (для пом’якшення води) та обробка на активованому вугіллі (для видалення органічних домішок). Для отримання високоякісної питної води практично використовується тільки одна додаткова стадія – фінішне знезараження очищеної води.

Мал.3 TFC-50F-мембрана торгівельної марки Aquafilter на базі матеріалів FILMTEC® систем зворотнього осмосу.

В 1990 – 1992 роках в передмісті Парижа (Мері-сюр-Уаз і Овер-сюр-Уаз) була побудована і запущена (компанія ОТV) експериментальна нанофільтрувальна установка з продуктивністю 75 м³/год., яка призначена для глибокої очистки річкової (р. Уаза) води (максимальне видалення завислих частинок, бактерій, вірусів, мікроводоростей, пестицидів тощо) і її знезараження без використання хлору [56, 62, 77, 79]. З дозволу санітарних органів Франції (Міністерство охорони здоров’я, Вища громадська гігієнічна рада) і під їх жорстким контролем якості питної води на всіх ділянках (від місця її виробництва до надходження до споживача) були здійснені протягом 1991 – 1993 років нанофільтраційна підготовка питної води та її подача в містечко Овер-сюр-Уаз. За результатами річних успішних випробувань прийнято рішення про використання нанофільтрації на новій водопровідній станції з продуктивністю 200 тис. м³/добу та про розширення водоочисної станції Мері-сюр-Уаз з 270 до 400 тис.м³/добу, що позитивно вплине на якість водопостачання північної частини Парижу. Компанія Дегремон (Франція), яка досягла значних успіхів в розробці та використанні ультра- і нанофільтрації для одержання питної води, почала широке виробництво та поставки цих установок як у Франції, так і США.

Основною областю використання процесів нанофільтрації є зниження жорсткості природних вод, тому інколи для нанофільтраційних мембран використовують назву «мембрани для пом’якшення води». Створений ряд нанофільтраційних мембран з різних матеріалів, які дозволяють ефективно знижувати твердість води.

Широко використовуються нанофільтраційні мембрани для поліпшення якості питної води . Однак, при цьому слід звертати особливу увагу на підбір і, особливо, на розробку, створення та виробництво нанофільтраційних мембран, необхідних для очищення вод різних джерел водопостачання, тобто використовувати процес нанофільтрації не для очищення, а для корегування складу питної води.

Для очистки природних вод від колоїдів, іоногенних речовин, в тому числі й органічних, та мікроорганізмів, а також від солей жорсткості і важких металів є перспективним використання заряджених мікро- та ультрафільтраційних мембран .

Вибір мембранних побутових апаратів очистки водопровідної води в домашніх умовах обмежений реальним тиском води в водопровідній мережі, який в містах України в середньому не перевищує 0,1 – 0,5 МПа. Мікрофільтрація і ультрафільтрація (робочий тиск 0,05 – 0,5 МПа) та частково нанофільтрація (робочий тиск 0,4 – 1,0 МПа) задовольняють ці вимоги і можуть бути використані без нагнітальних насосів для доочистки водопровідної води. Зворотноосмотичні апарати (тиск 1,5 – 2,0 МПа), які потребують нагнітальних насосів, видаляють із води всі домішки, в тому числі й солі, на 99 – 100 %. У більшості побутових зворотноосмотичних апаратів відсутні пристрої для регулювання мінералізації одержаної води, яка в цьому випадку за своїм складом відповідає практично дистильованій і, отже, не відповідає санітарно-гігієнічним нормам.

Як правило, ультрафільтраційні, нанофільтраційні, зворотноосмотичні установки складаються з модулів, які в суті своїй використовують сучасні мембрани, основним недоліком яких є їх універсальність, а не вибіркова селективність, що є перспективою для розвитку таких установок в майбутньому.