CC BY
36УДК 628.33
Д.О. Гуськова
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ
Статья посвящена анализу мембранных технологий на предприятии. Рассмотрены основные виды очистки сточных вод. Сделан вывод о высокотехнологичном внедрении мембранных технологий, способствующий успешной реализации инновационных изменений на предприятии.
Ключевые слова: человеческий фактор, инновационные преобразования, предприятия, виды, модели
На сегодняшний день обезжелезивание воды является очень сложной технологической, а также технической проблемой. Один из самых важных и распространенных вопросов при очистке воды является, какой же самый подходящий и эффективный метод для ее обезжелезивания? Вода становится желто-коричневого цвета, а также приобретает неприятный металлический привкус, все это происходит из -за высокого содержания в ней железа. Вода необходима для жизни, а некачественная вода является одной из главных причин заболеваемости в мире. Она выступает как фактор передачи среди людей патогенных микроорганизмов - возбудителей кишечных инфекций. Исходя из этого, обезжелезивание воды является необходимой процедурой.
Существуют различные методы обезжелезивания воды: окисление, каталитическое окисление с последующей фильтрацией, ионообменный метод, биологический метод, мембранный метод [1]. Рассмотрим каждый из них и проведем критический анализ их использования.
Традиционные методы обезжелезивания воды основываются на окислении двухвалентного железа кислородом воздуха (аэрация) и сильными окислителями (хлор, перманганат калия, перекись водорода, озон) до трехвалентного состояния, с образованием нерастворимого гидроксида железа (III), который впоследствии удаляется отстаиванием, отстаиванием с добавлением коагулянтов и флокулянтов и (или) фильтрацией. При широком использовании данных методов необходимо отметить следующие недостатки:
Во-первых, если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа занимает долгое время.
Во-вторых, эти методы окисления (в меньшей степени это относится к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом.
В-третьих, наличие в воде железа часто (а практически всегда) сопровождается наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо и, кроме того, при значительно более высоких уровнях рН.
Каталитическое окисление с последующей фильтрацией наиболее применяемый сегодня метод для промышленного водоснабжения отдельных не самых крупных предприятий и отдельных коттеджей. Недостатком метода является следующее:
Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при наличии в воде любой из форм органического железа, на поверхности гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катализатор - диоксид марганца от воды. Таким образом, вся каталитическая способность фильтрующей засыпки сводится к нулю.
Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.
Для удаления железа ионообменным методом применяются катиониты [2]. Ограничением использования указанного метода является:
1) применение ионного обмена для обезжелезивания ограничивает присутствие трехвалентного железа, которое быстро «забивает» смолу и плохо оттуда вымывается. Поэтому любое присутствие в воде, проходящей через ионообменник, кислорода или других окислителей крайне нежелательно. Это же накладывает ограничение и на диапазон значений рН, в которых смола эффективна.
2) использование ионообменных смол для обезжелезивания нецелесообразно, т. к., обладая более высоким сродством к катионитам, железо значительно снижает эффективность удаления на них ионов кальция и марганца, проведения общей деминерализации. Наличие в воде органических веществ, в том
© Гуськова Д.О., 2016.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 11-2(62)
числе органического железа, приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы органической пленкой, служащей питательной средой для бактерий.
Биологический метод [3] подразумевает использование железобактерий, окисляющих двухвалентное растворенное железо до трехвалентного, в целях очистки воды, с последующим удалением коллоидов и бактериальных пленок в отстойниках и на фильтрах. Однако после обезжелезивания требуется сорбционная очистка и обеззараживание. В создании мембранных технологий для очистки поверхностных и подземных вод за последние годы были достигнуты важные открытия. Сложились определенные представления о типах применяемых мембран, о технологических схемах предварительной очистки воды перед мембранными установками, о требованиях к качеству подаваемой в установки воды, о применяемых реагентах для регенерации мембран и предотвращения отложений на мембранах, о типах и конструкциях применяемых аппаратов. В зависимости от размера пор мембраны выделяют следующие типы процесса фильтрации [4]:
Микрофильтрация (МФ) - процесс, осуществляемый при низком давлении, который основан на мембране с открытой структурой, что позволяет растворенным компонентам проходить через мембрану, в то время, как нерастворимые компоненты задерживаются мембраной.
Ультрафильтрация (УФ) - процесс, осуществляемый при среднем давлении, который основан на мембране средней пропускной способности, что позволяет большинству растворенных и некоторым нерастворимым компонентов проходить через мембрану, в то время как крупные компоненты задерживаются мембраной.
Нанофильтрация (НФ) - процесс, осуществляемый при среднем или высоком давлении. В сущности, нанофильтрация - это другой тип обратного осмоса, где мембрана имеет чуть более открытую структуру, что позволяет одновалентным ионам проходить через мембрану. Большинство двухвалентных ионов задерживаются мембраной.
Обратный осмос (ОО) - процесс, осуществляемый при высоком давлении, который основан на очень плотной мембране. В принципе, только вода может проходить через слой мембран.
Основные характеристики типов процесса фильтрации через мембрану представлены в таблице.
Таблица
Процесс фильтрации Микро фильтрация Ультрафильтрация Нано фильтрация Обратный осмос
Размер пор, мкм 0,01-10 001-0,01 0,0001 - 0,001 < 0,0001
Размер удаляемых молекул, дальтон >100 000 1 000 - 100 000 300 - 1 000 100 - 300
Рабочее давление, бар <2 1,5 - 7 3,5 - 20 15 - 70
Удаление растворённых органических веществ Нет Да Да Да
Удаление неорганических веществ Нет Нет 20 - 85 % 95 - 99%
Химический состав воды Не изменяется Практически не изменяется Изменяется Изменяется
Стойкость мембраны Высокая Высокая Умеренная Умеренная
Следует обратить внимание и на рабочее давление, необходимое для протекания мембранных процессов. Разница давления является основной движущей силой мембранного фильтрования. Напора воды в городском водопроводе хватает для осуществления микро-, ультра- и нанофильтрации, но не для обратного осмоса. На рисунке 1 представлено строение мембраны, реализующей указанный метод.
Важно, что повышение давления на входе не приводит к росту содержания солей в воде после мембраны.
Важным моментом является и тот факт, что при снижении температуры исходной воды и увеличения ее плотности качество фильтрации увеличивается. Метод мембранной фильтрации обладает следующими преимуществами: высокая производительность, удаление органических загрязнений, обеззараживание питьевой воды, удаление взвесей, умягчение воды, долговечность.
пермеат (чистая вод
(под давлением)
водоподакнций слой (концентрат)
,__мембрана
водосборный слой (пермеат)
Рис. 1. Строение обратноосмотической мембраны [5]
Обезжелезивание воды - без преувеличения одна из самых сложных задач для фильтров очистки воды. Даже беглый обзор существующих способов борьбы с железом позволяет сделать обоснованный вывод о том, что на данный момент не существует универсального экономически оправданного метода, применимого во всех случаях жизни. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, и имеет как достоинства, так и существенные недостатки. Выбор конкретного метода обезжелезивания воды (или их комбинации) в большей степени зависит от опыта компании по производству фильтров для очистки воды, уровню развития наукоемкого высокотехнологичного производства. Во Владимирском регионе в промышленном масштабе производством подобных фильтров занимается ряд компаний как ООО «БМТ», ООО НПП «Технофильтр» [6]. Представленные компании занимаются изготовлением продукции для различных отраслей промышленности. Однако для бытовых нужд граждан в нашем регионе такие технологии отсутствуют. Однако для бытовых нужд граждан в нашем регионе такие технологии отсутствуют. Данный сегмент рынка еще только формируется, и в перспективе производством подобной продукции должны заняться малые инновационные предприятия при поддержке государства.
1.Железо в воде. - URL: http: // kk.convdocs.org/docs/mdex-212244.h1ml^aTa обращения: 7.10.2016).
2.Обезжелезивание воды. Теория и Практика. - URL: http: // wwtec.ru/index.php?id=241(дата обращения: 7.10.2016).
3.Методы обезжелезивания воды. - URL: http: // www.bwt.ru/useful-info/?ELEMENT_ID=1285(дата обращения: 7.10.2016.)
4.Мембранные методы очистки. - URL: http: // ochistivodu.ru/vodopodgotovka-proizvodstvennykh-predpriiatii/membrannaia-ochistka-vody (дата обращения: 7.10.2016).
5.Мембранные установки. - URL: http: // rossaqua.ru/katalog/vodopodgotovka/membrannyie-ustanovki-ochistki-vody.html (дата обращения: 7.10.2016).
6.Технологии фильтрации жидкостей и газов. - URL: http: // www.technofilter.ru/ (дата обращения: 7.10.2016).
ГУСЬКОВА ДИАНА ОЛЕГОВНА - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
Библиографический список
