ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



ГИДРАВЛИКА. ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Технико-экономическое сравнение эффективности подготовки питьевой воды из подземных водоисточников с применением мембранной технологии нанофильтрации и традиционных технологий

  • Ю Дан Су - «RAIFIL China», представитель компании CSM в России
  • Первов Алексей Германович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Головесов Владимир Алексеевич - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.8.992-1007
Страницы: 992-1007
Предмет исследования: исследования по совершенствованию современных мембранных методов очистки подземных вод с целью создания универсальной эффективной технологии удаления из воды солей жесткости, железа, фторидов, аммония, стронция и т.д. Проведены экспериментальные исследования, позволяющие определить качество очистки мембранами воды от ионов железа, жесткости и фтора, а также определить скорости образования отложений карбоната кальция на мембранах. Для различных случаев очистки подземных вод Подольского района Новой Москвы проведено экономическое сравнение разработанной новой мембранной технологии с «классическими» технологическими решениями, предлагаемыми основными ведущими отечественными компаниями. Цели: обоснование эффективности применения новой разработанной мембранной технологии для очистки подземных вод на основе сравнения ее экономических и экологических показателей с показателями технологий, существующих в настоящее время на рынке водоочистного оборудования. Материалы и методы: представлен обзор методов очистки подземных вод от различных загрязнений, дано описание технологических схем, представлены их достоинства и недостатки. Описан новый подход к созданию технологических схем очистки сточных вод с минимальным расходом воды на собственные нужды, состоящий в обработке воды в две ступени. Проведены эксперименты по определению технологических характеристик мембранных установок (величин выхода фильтрата, интенсивностей образования осадков на мембранах). Исследования проводились на лабораторных стендах с использованием нанофильтрационных мембран с различными значениями селективностей. Определение расходов сервисных реагентов и затрат на оборудование проводились с помощью расчетов по программе, ранее разработанной авторами для определения технологических характеристик мембранных установок. Результаты: расчеты показывают, что мембраны эффективно задерживают ионы железа, жесткости и фтора даже при высоких значениях величины выхода фильтрата (0,75…0,9). При разработке установок предпочтение следует отдавать применению мембран с низкой селективностью, низким энергопотреблением и затратам на реагенты. Это продемонстрировано с помощью экспериментально полученных зависимостей скоростей роста осадка карбоната кальция от типа мембран и кратности объемного концентрирования исходной воды. Выводы: применение универсальных мембранных систем в контейнерном исполнении при очистке подземных вод с расходом 10 м³/ч и выше показывает, что даже в самых простых случаях (удаление из воды только железа) предложенная технология демонстрирует высокие значения экономического и экологического эффекта по сравнению с традиционно используемыми для этих целей технологиями за счет простоты, компактности, отсутствия реагентов и сточных вод. Применение универсальных установок позволяет легко охватывать значительные территории с большим количеством скважин и потребителей благодаря их строительству, монтажу и обслуживанию по единой схеме.
  • подземные воды;
  • удаление из воды железа и марганца;
  • умягчение воды;
  • удаление из воды фторидов;
  • обратный осмос;
  • нанофильтрация;
  • сокращение расхода концентрата;
Литература
  1. Lykins B.W., Clark R.M., Goodrich J.A. Point-of-use/point-of-entry for Drinking water treatment. Levis, USA, 1993.
  2. Rachwal A.J., Khow J., Colbourne J.S., O’Donnel J. Water treatment for public supply in the 1990’s - A role for membrane technology? // Desalination. 1994. Vol. 97. Issues 1-3. Pp. 427-436. DOI: 10.1016/0011-9164(94)00105-7.
  3. Crittende J.C. Water Treatment: principles and design. 2nd ed. New Jersey, USA : John Wiley and Sons, 2005. 1968 p.
  4. Al-Amoudi A.S. Factors affecting natural organic matter (NOM) and scaling fouling in NF membranes: A review // Desalination. 2010. Vol. 259. No. 1-3. Pp. 1-10. DOI: 10.1016/j.desal.2010.04.003.
  5. Garcia N.P., Rodriguez J., del Vigo F., Armstrong M., Fazel M., Chesters S. Results of a neutral pH cleaner that removes complex fouling and metals from membranes // The International Desalination Association World Congress - Sao Paolo, Brasil. REF: IDA 17 WC-37930_PENA.
  6. Salman M.A., AL-Nuwaibit G., Safar M., Al-Mesri A. Performance of physical treatment method and different commercial antiscalants to control scaling deposition in desalination plant // Desalination, 2015. Vol. 369. No. 3. Pp. 18-25. DOI: 10.1016/j.desal.2015.04.023.
  7. Chaussemier M., Pourmohtasham E., Gelus D., Pecoul N., Perrot H., Ledion J. et al. State of art of natural inhibitors of calcium carbonate scaling. A review article // Desalination. 2015. Vol. 356. Pp. 47-55. DOI: 10.1016/j.desal.2014.10.014.
  8. Yangali-Quintanilla V.A., Dominiak D.M., van de Ven W. A smart optimization of antiscalant dosing in water // The International Desalination Association World Congress - Sao Paolo, Brazil. REF: IDA17WC-58252_Yangali-Quintanilla.
  9. Suratt W.B., Adrews D.R., Pujals V.J., Richards S.A. Design considerations for major membrane treatment facility for groundwater // Desalination. 2000. Vol. 131. No. 1-3. Pp. 37-46. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90004-3.
  10. Bargeman G., Vollenbroek J.M., Straatsma J., Schroen C.G.P.H., Boom R.M. Nanofiltration of multi-component feeds. Interactions between neutral and charged components and their effect on retention // Journal of Membrane Science. 2005. Vol. 247. Issues 1-2. Pp. 11-20. DOI: 10.1016/j.memsci.2004.05.022.
  11. Potts D.E., Ahlert R.C., Wang S.S. A critical review of fouling of reverse osmosis membranes // Desalination. 1981. Vol. 36. Issue 3. Pp. 235-264. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)88642-7.
  12. Her N., Amy G., Jarusutthirak C. Seasonal variations of nanofiltration (NF) foulants: identification and control // Desalination. 2000. Vol. 132. Issues 1-3. Pp. 143-160. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)00143-0.
  13. Barlett M., Bird M.R., Howell J.A. An experimental study for the development of qualitative membrane cleaning model // Journal of Membrane Science. 1995. Vol. 105. Issues 1-2. Pp. 147-157. DOI: 10.1016/0376-7388(95)00052-E.
  14. Niewersch C., Zayat-Vogel B., Melin T., Wessling M. Nanofiltration for sulphate elimination in groundwater affected by open coal mining // The conference book of the 6th IWA Specialist Conference on Membrane Technology for Water and Water Treatment, 4-7 October, Aachen, Germany. 2011. Pp. 151-157.
  15. Dale L.R., Reumundo T. Prototype testing facility for two-pass nanofiltration membrane seawater desalination process // AWWA, Membrane technology conference proceeding. 2005.
  16. Segev R., Hasson D., Semiat R. Improved high recovery brackish water desalination process based on fluidized bed air stripping // Desalination. 2011. Vol. 281. Pp. 75-79. DOI: 10.1016/j.desal.2011.07.043.
  17. Harries R.C. A field trial of seeded reverse osmosis for desalination of a scaling-type mine water // Desalination. 1985. Vol. 56. Pp. 227-236. DOI: 10.1016/0011-9164(85)85027-X.
  18. Veespareni S., Bond R. Getting this last drop: new technology for treatment of concentrate // Tianjin IDA World Congress 2013 on Desalination and Water Reuse, October 20-25, China 2013, TIAN 13-357.
  19. Turek M., Mitko K., Piotrowski K., Dydo P., Laskovska E., Jakobic-Kolon A. Prospects for high water recovery membrane desalination // Desalination. 2017. Vol. 401. Pp.180-189. DOI: 10.1016/j.desal.2016.07.047.
  20. Ventresque C., Gisclon V., Bablon G., Shagneau G. An outstanding feat of modern technology: the Mery-Sur-Oise Nanofiltration treatment Plant (340,000 m3/d) // Desalination. 2000. Vol. 131. Issues 1-3. Pp. 1-16. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90001-8.
  21. Pervov A.G. Scale formation prognosis and cleaning procedure schedules in reverse osmosis operation // Desalination. 1991. Vol. 83. Issues 1-3. Pp. 77-118. DOI: 10.1016/0011-9164(91)85087-B.
  22. Pervov A.G., Andrianov A.P. Application of membranes to treat wastewater for its recycling and reuse: new considerations to reduce fouling and increase recovery up to 99 percent // Desalination and Water Treatment. 2011. Vol. 35. Pp. 2-9. DOI: 10/5004/dwt.2011.3133.
  23. Goodin B.D., Pinto J.M., Butow R.R. Back to the future: innovation and energy efficiency on a lowTDS BWRO retrofit/expansion // The International Desalination Association World Congress - Sao Paolo, Brazil, REF:IDA17WC-58359_ Goodin.
  24. Pervov A. A simplified RO process design based on understanding of fouling mechanisms // Desalination. 1999. Vol. 126. Issue 1-3. Pp. 227-247. DOI: 10.1016/s0011-9164(99)00179-4.
  25. Pervov A. Utilization of concentrate in reverse osmosis in water desalination systems. Tianjin IDA World Congress 2013 on Desalination and Water Reuse, October 20-25, China 2013, TIAN 13-216.
  26. Pervov A.G. Precipitation of calcium carbonate in reverse osmosis retentate flow bymeans of seeded techniques - a tool to increase recovery // Desalination. 2015. Vol. 368. Pp. 140-151. DOI: 10.1016/j.desal.2015.02.024.
  27. Pervov A., Andrianov A., Rudakova G., Popov K. A comparative study of some novel “green” antiscalants efficiency for the reverse osmosis Black Sea Desalination // Desalination and Water Treatment. 2017. Vol. 73. Pp. 11-21. DOI: 10.5004/dwt.2017.20363.
  28. Pervov A., Andrianov A. Deposition of calcium and magnesium from RO concentrate by means of seed crystallization and production of softened water for technical purposes // Desalination and Water Treatment. 2018. Vol. 110. Pp. 10-18. DOI: 10.5004/dwt.2018.21875.
  29. Pianta R., Boller M., Urfer D., Chappaz A., Gmunder A. Costs of conventional vs membrane treatment for karstic spring water // Desalination. 2000. Vol. 131. Issues 1-3. Pp. 245-255. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90023-7.
СКАЧАТЬ (ENG)