МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВОК ОБРАТНОГО ОСМОСА, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ, С ЦЕЛЬЮ СОКРАЩЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 628.16 : 62-278

DOI: 10.22227/1997-0935.2022.5.628-645

Модернизация установок обратного осмоса, используемых для питьевого водоснабжения, с целью сокращения эксплуатационных затрат

Алексей Германович Первов, Дмитрий Владимирович Спицов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Предложена технология модернизации установок с целью сокращения эксплуатационных затрат и сокращения сбросов концентратов в канализацию, состоящая в замене обратноосмотических мембран на нанофильтрационные. Применение нанофильтрационных мембран позволяет уменьшить интенсивность осадкообразования и одновременно снизить расход концентрата без опасности осадкообразования. Благодаря использованию нанофильтрационных мембран можно уменьшить дозу ингибитора и сократить эксплуатационные затраты. Цель исследования — изучение эффективности разработанной технологии, определение эксплуатационных затрат и экологического эффекта. Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования по обработке подземных вод и эффективности предложенной технологии. Установлены скорости образования осадков в каждом аппарате схемы, составы очищенной воды в зависимости от величины коэффициента снижения объема К (отношения расхода исходной воды к расходу концентрата) в установке.

Результаты. Получены основные зависимости, позволяющие определить требуемое количество мембранных аппаратов, расходы реагентов и затраты электроэнергии для выявления эксплуатационных затрат. Для случая состава воды одного из водозаборов на территории Московской области приведен пример технологического расчета установки, определения оптимальных типов мембран, доз реагентов и величины выхода фильтрата. Представлены расчеты, демонстрирующие сокращение эксплуатационных затрат мембранной установки при замене обратно-осмотических мембран на нанофильтрационные за счет снижения расходов сбрасываемого концентрата на 90-95 %, с $ а также затрат на реагенты и электроэнергию.

Выводы. Показано, что при замене обратноосмотических мембран на нанофильтрационные в существующей установке ее производительность может быть увеличена на 40-50 %, при этом качество очищенной воды остается N ф на уровне требований СанПиН. Расход концентрата может быть сокращен в 10-20 раз. Нанофильтрационные мем-

браны для снижения жесткости и аммония при малых значениях давления и за счет большей производительности, О 5 посредством меньшей селективности дают возможность добиться снижения скорости осадкообразования.

Д . КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: обратный осмос, нанофильтрация, ингибиторы осадкообразования, осадкообразование

^ £ на мембранах, сокращение расхода концентратов, снижение жесткости, удаление аммония, снижение фтора

£ "Й

О ф ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Первов А.Г., Спицов Д.В. Модернизация установок обратного осмоса, используемых для

о питьевого водоснабжения, с целью сокращения эксплуатационных затрат // Вестник МГСУ 2022. Т. 17. Вып. 5.

§ > С. 628-645. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.5.628-645

о о

сч N

in in

К (V

Автор, ответственный за переписку: Алексей Германович Первов, ale-pervov@yandex.ru.

Reducing operating costs through modernization of reverse osmosis facilities used to produce drinking water

Ю ° _

g | Alexey G. Pervov, Dmitriy V. Spitsov

fj о Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);

? >, Moscow, Russian Federation

z £ -

41 J ABSTRACT

д,, * Introduction. The authors address problems of operation of reverse osmosis facilities, used to treat ground water and pro-

O jj duce drinking water; they also focus on operating cost reduction strategies. Nanofiltration membranes may reduce operating

О costs, concentrate consumption, and sedimentation. A smaller antiscalant dosage can also reduce the cost of chemicals.

^ S The purpose of this research is to evaluate the ecological and economic efficiency of the new technique.

S Materials and methods. The authors conducted groundwater treatment experiments to reduce groundwater hardness and

¡E £ ammonia content. Scaling rates and the composition of water, produced by each membrane module, were determined in

jj jj each membrane module depending on coefficient K values.

U > Results. The relationships, identified in the course of experiments, enabled the authors to calculate the number of membranes required to reach the designed efficiency value. The design of a membrane facility, tailored to a certain groundwater

628 © А.Г. Первов, Д.В. Спицов, 2022

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

composition, is presented; membrane models and treatment efficiency values are identified. The use of nanofiltration membranes reduces the operating costs by 40 percent due to the lower consumption of antiscalants, power, and concentrate. Conclusions. The research has proven that the replacement of reverse osmosis membranes by nanofiltration membranes at the water treatment facilities in operation ensures a 40-50 percent increase in their production capacity. The water quality remains the same and meets the WHO standards. Also, the concentrate consumption rate goes down 10-20-fold. The authors have also found out that the use of nanofiltration membranes reduces the water hardness and ammonia content at lower pressure values and scaling rates, although the safe operation and higher efficiency are in place. The proposed modernization strategy reduces operating costs by 40-50 percent through membrane replacement without any changes in the membrane design.

KEYWORDS: reverse osmosis, nanofiltration, antiscalants, sedimentation on membranes, concentrate flow rate reduction, hardness reduction, ammonia removal, fluorine removal

FOR CITATION: Pervov A.G., Spitsov D.V. Reducing operating costs through modernization of reverse osmosis facilities used to produce drinking water. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(5):628-645. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.5.628-645 (rus.).

Corresponding author: Alexey G. Pervov, ale-pervov@yandex.ru.

ВВЕДЕНИЕ

Традиционно для очистки подземных вод в Подмосковье использовались главным образом станции обезжелезивания, основанные на процессах аэрации с последующим фильтрованием [1, 2]. Но ряд скважин дает воду с повышенным содержанием не только железа, но и ионов жесткости. Применение реагентных или ионообменных методов умягчения воды требует высоких эксплуатационных затрат на реагенты [3-5]. Кроме того, системы ионообменного умягчения (натрий-катионирования) имеют высокоминерализованные стоки, что создает проблему их сброса [3]. Помимо привычных встречающихся в подземных водах Подмосковья железа и ионов жесткости, на ряде подземных водозаборов отмечаются повышенные содержания фторид-ионов, ионов аммония, нитрат-ионов, стронция, лития, мышьяка и даже бора [4]. С появлением и расширением использования метода обратного осмоса для опреснения воды, подготовки воды в промышленных целях, стала очевидна эффективность его для улучшения качества подземных вод, применяемых для целей питьевого водоснабжения [6, 7]. Метод обратного осмоса позволяет «универсально» задерживать из воды любые загрязнения в ионной форме: фториды, стронций, литий, аммоний. Поэтому за последние 10 лет установки обратного осмоса используются для обработки воды из скважин с высоким содержанием жесткости, стронция, фтора и других загрязнений, а также с повышенной минерализацией (величиной общего солесодержания выше 1000 мг/л) [3]. Опыт эксплуатации первых установок обратного осмоса в Московской области выявил две ключевые проблемы: большие затраты на сервисные реагенты (для предотвращения осадкообразования карбоната кальция) и на сброс концентратов в систему городской канализации [4, 5].

Сегодня для получения качественной питьевой воды на объектах водоканалов используется схема с применением мембран обратного осмоса, что и является причиной всех проблем, связанных с высокими значениями эксплуатационных расхо-

дов и расходов концентратов. Обычно поставщики установок обратного осмоса в качестве предочист-ки используют обезжелезивание по «классической» схеме (с аэрацией и фильтрованием), после которой вода поступает на установку обратного осмоса, где разделяется на фильтрат и концентрат. При очистке подмосковной подземной воды с величиной общего солесодержания 600-800 мг/л и общей жесткости 8-2 мг-экв/л с помощью мембран обратного осмоса получается пермеат с величиной общего солесодер-жания 15-20 мг/л и жесткости 0,05-0,1 мг/л. Если смешать пермеат с исходной водой, прошедшей обезжелезивание в соотношении 1:1, то получается вода с величиной общего солесодержания примерно 300-500 мг/л и значением общей жесткости 5-7 мг-экв/л.

Именно по этому принципу проектируются и работают системы обратного осмоса для очистки подземных вод для целей питьевого водоснабжения [1, 6, 7]. В исходной подземной воде часто наблюдаются превышения по мутности, железу, жесткости, литию, стронцию и фторидам.

В данной работе в качестве примера рассмотрена модернизация станции водоподготовки, установленной на водозаборном узле (ВЗУ) «Бо-таково» в Троицком районе Московской области. Общая производительность станции по очищенной воде составляет 135 м3/ч. Работа станции производится с подмесом исходной воды в фильтрат обратного осмоса в соотношении 35 м3/ч обезжелезенной исходной воды на 100 м3/ч пермеата установки обратного осмоса. Установка обратного осмоса предназначена для снижения содержания жесткости и аммония. Расход концентрата составляет 25-28 %.

В зависимости от концентраций содержащихся в воде других загрязнений (фторидов, ионов аммония и др.) и эффективностей их задержания обратно-осмотическими мембранами может изменяться соотношение потоков исходной обезжелезенной воды и фильтрата установки обратного осмоса при их смешивании.

Проблему создает опасность образования на мембранах кристаллических осадков карбоната

< п

iH

kK

G Г

S 2

0 со § СО

1 S

y 1

J со

u-

^ I

n °

S 3 o

=s (

oi

о §

E w § 2

n 0

S 6

Г œ t ( an

S )

Î! !

. DO

■ г

s □

s У

с о !!

M 2

О О

10 10

10 10

сч N

сч N

О о

N N

10 10 ¡г <» и 3 > (Л с «

и I»

I

<и <и

о ё

о

о о со < со

8 « ™ §

ОТ "

от Е

Е о

£ о

^ с

ю о

£ « о Е

СП ^ т- ^

от от

гЗ

О (О №

кальция и быстрая потеря мембранами величины их начальной производительности при обработке вод с высоким содержанием ионов кальция. В связи с высоким содержанием ионов кальция значение величины «выхода фильтрата» установок при обработке подземных вод (отношение расхода фильтрата к расходу обрабатываемой воды) не превышает 0,65-0,75. Увеличение выхода фильтрата ведет к повышению пересыщения по карбонату кальция в концентрате и скорости осадкообразования [7]. Необходимой составной частью технологии является дозирование ингибиторов в исходную воду для предотвращения осадкообразования [8, 9]. Но полного предотвращения, как показывает опыт проведенных исследований [10, 11], не удается добиться ни с каким видом ингибитора [12, 13]. Как показано в результате исследований и опыта эксплуатации [12, 14], наиболее эффективно и рационально применять нанофильтрационные мембраны, которые специально были разработаны для целей питьевого водоснабжения [15, 16]. Результаты экспериментальных работ свидетельствуют о том, что даже при высоких значениях выхода фильтрата с использованием нанофильтрационных мембран удается получить воду питьевого качества [10, 12]. Применение нанофильтрационных мембран позволяет сократить расходы на предотвращение осадкообразования и увеличить значения выхода фильтрата установок [14, 15], что дает возможность существенно сократить эксплуатационные затраты и повысить надежность работы мембранных установок в системах питьевого водоснабжения [17, 18].

В настоящем исследовании нами предполагается продемонстрировать преимущество нано-фильтрационных мембран с целью очистки подземных вод для питьевого водоснабжения. Авторами разработана схема обработки подземных вод с помощью нанофильтрационных мембран, позволяющая радикально сократить расходы концентрата [16, 17]. Отличительной чертой разработанной технологии сокращения расхода концентрата служит применение второй ступени обработки концентрата, использующей нанофильтрационные мембраны с низкой величиной селективности. Благодаря низкому значению селективности мембран на второй ступени процессы осадкообразования в мембранах второй ступени идут замедленно [4, 17]. При этом пермеат мембранных аппаратов второй ступени, имеющий низкое качество и по своему составу приближающийся к составу исходной воды, направляется на вход в установку.

Нанофильтрационные мембраны работают при давлении 1,0 МПа, что дает существенное снижение величины затрат на электроэнергию по сравнению с мембранами обратного осмоса, эксплуатация которых производится при давлении 1,6 МПа. Нанофильтрационные мембраны дают возможность значительно снизить интенсивность осадко-

образования на мембранах и благодаря этому сократить расходы на ингибитор и моющие растворы. Доза ингибитора в случае использования нанофильтрационных мембран составляет 1 г/м3, а частота проведения химических промывок снижена в 3 раза по сравнению с применением обратноосмотических мембран. При нанофильтрационных мембранах обработке на мембранной установке подлежит больший объем воды, но затраты на замену мембран при этом оказываются ниже затрат на электроэнергию и реагенты. Дополнительная экономия получается за счет сокращения расходов на сброс концентрата в горканализацию.

Единственный путь снижения эксплуатационных затрат — замена обратноосмотических мембран на нанофильтрационные. Нанофильтрацион-ные мембраны обладают большей «стойкостью» к осадкообразованию — скорости осадкообразования в нанофильтрационных аппаратах в несколько раз ниже, чем в аппаратах с мембранами обратного осмоса при одинаковых составах обрабатываемой воды. Это позволяет эксплуатировать установки при сниженных дозах ингибиторов, с большей продолжительностью фильтроцикла и при сокращенных расходах концентрата.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Цель экспериментов — обоснование возможности получения воды высокого качества и снижения эксплуатационных затрат при замене обратно-осмотических мембран на нанофильтрационные с низкой величиной селективности. Испытания осуществлялись с помощью серийных мембранных элементов типа 4040 моделей производства фирмы CSM (Корея). Эксперименты проводились на воде водозабора «Ботаково». Использовались промышленные серийные мембранные аппараты стандарта 4040 с обратноосмотическими мембранами BLN (селективностью по солям 95-96 %) и нанофиль-трационными мембранами моделей 90 ЫЕ и 70 NE (селективностью соответственно 90 и 70 %) производства компании CSM (Корея). В процессе экспериментов устанавливались составы очищенной воды в каждом аппарате схемы, а также скорости осадкообразования в каждом аппарате схемы (рис. 1). При выполнении экспериментов по выявлению скоростей роста на мембранах отложений карбоната кальция в исходную воду добавлялся самый распространенный в отечественной практике ингибитор роста отложений «Аминат-К», производимый НПО «Траверс» (г. Москва). Рекомендуемая доза ингибитора — 5 мг/л.

Концентрации ионов кальция и магния определялись трилонометрически. Концентрации ионов жесткости, хлорид-ионов, а также щелочность устанавливались титриметрическим методом. Концентрации сульфат-ионов выявлялись с применением турбидиметрического метода анализа. С помощью

13

Рис. 1. Схема экспериментальной установки обработки подземной воды с нанофильтрационными и обратноосмоти-ческими мембранами: 1 — бак исходной воды; 2 — рабочий насос; 3 — рулонный мембранный элемент в корпусе; 4 — бак сбора пермеата; 5 — теплообменник; 6 — манометр; 7 — водосчетчик исходной воды; 8 — водосчетчик пер-меата; 9 — водосчетчик концентрата; 10 — регулирующий вентиль на байпасе насоса; 11 — регулирующий вентиль на линии исходной воды; 12 — регулирующий вентиль на линии концентрата; 13 — регулирующий вентиль на линии охлаждающей воды; 14 — пробоотборники

Fig. 1. The flow diagram of a test unit that has reverse osmosis and nanofiltration membranes: 1 — feed water tank; 2 — main pump; 3 — spiral wound membrane module in the pressure vessel; 4 — permeate tank; 5 — heat exchanger; 6 — pressure gauge; 7 — feed water flow meter; 8 — permeate flow meter; 9 — concentrate flow meter; 10 — bypass flow valve; 11 — feed water flow valve; 12 — concentrate flow valve; 13 — cooling water valve; 14 — samplers

фотометрического метода с использованием фотоэлектрического фотометра КФК определялись концентрации ионов аммония. Ионы натрия устанавливались атомно-адсорбционным методом, а сухой остаток — весовым методом анализа. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. Исходная вода в количестве 50 л помещалась в бак исходной воды 1, откуда насосом 2 подавалась в мембранный аппарат 3. В мембранном аппарате вода разделялась на фильтрат (пермеат) и концентрат. Концентрат возвращался обратно в бак 1, а пермеат (очищенная вода) собирался в баке сбора фильтрата 4. По мере накопления очищенной воды в баке 4, объем исходной воды в баке 1 постоянно уменьшался, а значения концентраций растворенных в исходной воде солей постоянно увеличивались. Из баков 1 и 4 регулярно отбирались пробы воды для определения в них концентраций кальция, аммония и других ионов при различных значениях объемов исходной воды в баке 1: 40, 30, 20, 10 л. Отношение объема исходной воды, поступающего в установку Vв баке 1 в процессе работы установки называется коэффициентом снижения объема исходной воды К. Величина К связана с важной характеристикой мембранных установок — величиной выхода фильтрата — отношением расхода фильтрата Vф к расходу исходной воды Vи соотношением:

< п

iH

kK

G Г

К = 1/(1 - ^/К). В табл. 1 представлен состав ис- о ходной подземной воды и результаты определения ' концентраций кальция, аммония, лития, стронция в пермеатах различных аппаратов при значениях К = 1,2.

На рис. 2 и 3 показаны результаты установления концентраций ионов кальция и аммония в концентрате и в пермеате установок с мембранами обратного осмоса, нанофильтрации с различными характеристиками. На рис. 2 приведены графики полученных зависимостей значений концентраций кальция в концентрате и пермеате от значения коэффициента снижения объема К.

У ->■

J со

u-

^ I

n °

S> 3

о s

=! (

о §

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Определение скоростей роста осадка карбоната кальция в аппаратах с различными мембранами производилось в соответствии с разработанной авторами методикой [12] и состоит в построении экспериментальных зависимостей изменения концентраций кальция в концентрате в зависимости от значения К (рис. 2), количества осадка от величины коэффициента К и времени эксперимента. На рис. 4 представлены результаты выявления скоростей образования карбоната кальция в аппаратах с различными мембранами. Поскольку селективность нанофильтрационных мембран по ионам кальция

Е м

§ 2

§ 0

S 6

A CD

Г 6

t (

PT §

SS )

ii

® 7 i

. DO

■ T

s □

s У с о <D Ж UIW

2 2 О О 2 2 2 2

Табл. 1. Результаты определения состава исходной подземной воды и концентраций основных загрязнений в пермеатах различных мембранных аппаратов

Table 1. The chemical composition of groundwater and concentrations of principal contaminants in permeates produced by different membrane modules

Номер Number Показатели Indicators Исходная вода Feed water Пермеат BLN BLN permeate Пермеат 90 NE 90 NE permeate Пермеат 70 NE 70 NE permeate

1 Са2+, мг/л / mg/l 70 0,5 4,6 10,8

2 Mg2+, мг/л / mg/l 15 0,1 1,0 2,4

3 HCO3", мг/л / г 366 9,5 26,5 85

4 SO42-, мг/л / mg/l 34 1,2 2,3 5,4

5 Cl-, мг/л / mg/l 56 2,2 6,0 12,1

6 Sr2-, мг/л / mg/l 3,0 0,07 0,2 0,6

7 Li+, мг/л / mg/l 0,03 0,003 0,007 0,016

8 F-, мг/л / mg/l 1,6 0,03 0,14 0,53

9 NH4+, мг/л / mg/l 7,4 0,02 0,5 1,25

10 pH 7,5 6,0 6,7 7,0

11 Общее солесодержание, мг/л Total salt content, mg/l 527 20,3 52,0 164,0

12 Рабочее давление, бар Operation pressure, bar 12,5 12,5 12,5 12,5

13 Расход пермеата, л/ч Permeate consumption rate, l/h — 48,9 71,8 100,4

N N

N N

О О

tv N

in in

* (V

U 3

> (Л

с и

to I»

i - $

<D <u

О S

о о CO <

cd

8 « §

(Л [J

со iE —

с

E о

CL ° ^ с

ю о

s H

о E со ^

T- ^

о

<л

(Л

iE 3s

О (О №

Концентрация иона кальция, мг-экв/л

Calcium ion concentration, mg-equ/l

25

20

15

10

BLN, 6/н / unnumb.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

K

Рис. 2. Зависимости концентраций кальций-ионов в исходной воде и пермеате различных мембранных аппаратов от величины коэффициента снижения объема K: 1 — концентрат, обратноосмотические мембраны BLN с дозированием в исходную воду ингибитора «Аминат-К»; 2 — концентрат, обратноосмотические мембраны BLN, без дозирования ингибитора; 3 — концентрат, нанофильтрационные мембраны 90 NE; 4 — концентрат, нанофильтрационные мембраны 70 NE; 5 — пермеат, обратноосмотические мембраны BLN с дозированием ингибитора «Аминат-К» в исходную воду; 6 — пермеат, нанофильтрационные мембраны 90 NE; 7 — пермеат, нанофильтрационные мембраны 70 NE Fig. 2. Dependencies of calcium ion concentration values in feed water and permeates of different membrane modules on feed water reduction coefficient K: 1 — concentrate, reverse osmosis BLN membranes, Aminat-K antiscalant added into the feed water; 2 — concentrate, reverse osmosis membranes BLN, no antiscalant added; 3 — concentrate, nanofiltration membranes 90 NE; 4 — concentrate, nanofiltration membranes 70 NE; 5 — permeate, reverse osmosis membrane BLN, Aminat-K antiscalant added into the feed water; 6 — permeate, nanofiltration membranes 90 NE; 7 — permeate, nanofiltration membranes 70 NE

5

ниже, чем у нанофильтрационных мембран, количество накапливаемых на нанофильтрационных мембранах в процессе эксперимента оказывается значительно меньше, чем на обратноосмотических мембранах [12]. Поэтому при обработке подземной воды с высоким содержанием ионов жесткости благодаря применению нанофильтрационных мембран можно снизить интенсивность образования осадка карбоната кальция в мембранных аппаратах и значительно увеличить значение коэффициента снижения объема исходной воды К (рис. 4).

В проведенных авторами многочисленных исследованиях [12-16] были сделаны выводы, что наиболее эффективной технологией для очистки подземных вод Подмосковья является технология нанофильтрации, основанная на применении нано-фильтрационных мембран — мембран обратного осмоса с пониженной селективностью. Требуемый состав очищенной воды достигается путем низких значений селективности нанофильтраци-онных мембран по ряду загрязнений, а снижение эксплуатационных затрат — за счет сокращения расходов реагентов (ингибиторов и моющих растворов) благодаря меньшей скорости образования осадков малорастворимых солей на нанофильтра-ционных мембранах, чем на мембранах обратно-

Концентрация иона аммония, мг-экв/л

Ammonia ion concentration, mg-equ/l

2,5

2,0 1,5 1,0

0,5 -

1 2 3 45 67 89 10

K

го осмоса (рис. 4, 5). Более того, применение на-нофильтрационных мембран позволяет снизить затраты на электроэнергию [18, 19]. На основании полученных экспериментальных данных авторами был сделан прогноз снижения производительности мембранной установки (рис. 6) для случаев использования различных типов мембран при очистке воды заданного состава (табл. 1) и использовании ингибитора «Аминат-К» для предотвращения образования на мембранах карбонатных отложений [15, 16]. Результаты прогноза снижения производительности установки выполнены по программе, описанной в работе [15].

На рис. 7 показана схема подключения аппаратов обратного осмоса в установке на объекте ВЗУ «Ботаково» производительностью 130 м3/ч с указанием количества мембранных элементов (126) и мембранных корпусов (на 7 мест) и количества мембранных ступеней, а также изменение величины К (коэффициента снижения объема исходной воды) при движении исходной воды по корпусам установки. В табл. 2 представлены показатели состава очищенной воды (пермеата каждого мембранного элемента) в зависимости от величины К на выходе из каждого элемента по ходу движения воды по корпусам установки.

Скорость образования осадка CaCO3, мг-экв/ч • м2

CaCO3 scaling rate, mg-equ/h • m2

10 8 6 4 2

■ / У

- У

1 ._.!...... 2

i iIX 3

i . ф /]K°°, К2НФ /ч кнф

Рис. 3. Зависимости концентраций ионов аммония в пермеате различных мембранных аппаратов от величины коэффициента снижения объема K: 1 — обратно-осмотические мембраны BLN; 2 — нанофильтраци-онные мембраны 90 NE; 3 — нанофильтрационные мембраны 70 NE

Fig. 3. Dependencies of ammonia ion concentrations in permeate on coefficient K values for various membrane modules: 1 — reverse osmosis membranes BLN; 2 — nanofiltration membranes 90 NE; 3 — nanofiltration membranes 70 NE

< П

iH

kK

G Г

S 2

0 со

n С/3

1 S

y 1

J со

u-

^ I

n °

S 3 o

zs (

О i о n

co co

Q)

1 2 3 45 67 89 10 K

Рис. 4. Результаты определения скоростей образования осадка карбоната кальция в аппаратах с различными типами мембран в зависимости от значения коэффициента K: 1 — обратноосмотические мембраны BLN; 2 — нанофильтрационные мембраны 90 NE; 3 — нанофильтраци-онные мембраны 70 NE

Fig. 4. Scaling rates in membrane modules having different membranes, presented as dependencies of scaling rate values on K values: 1 — reverse osmosis BLN membranes; 2 — nanofiltration 90 NE membranes; 3 — nanofiltration 70 NE membranes

i\j со о

s § Г §6

c я

h о

С n

ss )

[Ï

® 7 л ■ . DO

■ T

s □

s У с о <D X

M 2 О О 10 10 10 10

сч N сч N О о N N

10 10 К (V U 3

> (Л

с и u I»

i - $

ф ф

о £

о

о о со < со S:

8 « §

от [J от IE

Е О

CL °

^ с

ю о

S g

о E

en ^

T- ^

со от

О (0

Бар Bar

15

10

10

20 30

b

40

м3/ч / m3/h

CaCO3, мг-экв/час CaCO3, m g equ/hour

10 8 6 4 2

/ mg/l

/ BLN

/ —v. ' ~ JfT- BLN

/ unnumb.

/ mg/l

/ BLN / 90NE

/ **

/ mg/l

1 23456 789

10

K

Рис. 5. Преимущества применения нанофильтрационных мембран перед обратноосмотическими в установках получения питьевой воды: зависимость производительности мембранных аппаратов от давления (а); Q-H характеристика насоса (b); скорости осадкообразования в зависимости от кратности концентрирования (с)

Fig. 5. Advantages of nanofiltration membranes over reverse osmosis membranes in drinking water production facilities: dependency of capacity on pressure (a); Q-H characteristics of pump (b); dependency of scaling rates on coefficient K value (c)

5

0

0

c

ssnjba pjbpubjs врэээхэ- %

кинэьвне shhaklewdoh xsbimaasdii — * :aiiHDhawnd[j

Ч/ЕШ IC'iransip oj рэшгцм p3JB3llU3J ь/Еи iz АшонвхэА a 1/oxa вн BXBSMdan XBdaEog «гм'о £6'0 6'0 O'l £6'0 *0'£ l'l? O'OI 0'8 O'l tl Ш'О 600'0 17'0 8£'0 8'0 IL'O 8'l СI £t Vz s'z. I'9 9'0 Z/0 L 9 II

го'о Z.8'0 £6'0 p'z 9'£ 8'9 £'l 800'0 /.£'0 £9'0 9'I O'Z /.'0 5

6I0'0 £8'0 6'0 *z z 0'£ 0'9 £'l Z.00'0 9£'0 9'0 17'I 8'l O'S 8'0 P

8I0'0 I8'0 8'0 8t l'£ Vl июо'о ££'0 ss'o t\ 9'I 8'0 £

Z.10'0 8'0 /.'0 6£I 5t tp £'l 900'0 K'O IS'O Vl 17'I 6'0 Z

ЧУеш001 'jsumsuoo в JOJ pajBUoTssp J3JBAV pSJBSJX h/Ew 001 ошэхидэ(1хоц Bl/oa ввннэГпиьо 9I0'0 8Z.'0 £9'0 8'I Ot 8'£ £'l ssoo'o ££'0 8l7£0 Vl tl £'Z O'l I

9I0'0 frIO'O eio'o ZIO'O £/.'0 /.'0 9'0 9'0 ss'o S'O 8l7£0 L'l ss'i Vl £'l L'l Vl l'l O'l 0'£ s'z tz o'z 9'I 9'I СI СI soo'o wio'o £00'0 LZ O'O £'0 LtO PtO 17'0 9£'0 £'0 LtO O'l 8'0 £/.'0 L'O O'l l'l L'O 9'0 Vz O'Z S'l O'l l'l l'l L 9 5 P I

IIO'O — 9l7£0 Ltl 6'0 8'I 8'l PZO'O ZtO sto £9'0 £'0 SI'I tl £

IIO'O — £1?'0 Ztl £8'0 £'l 8'l zzoo'o — \?to £9'0 Sl7'0 ZVl £'I Z

lO'O ss'o 17'0 tl 8'0 it I 6'l zoo'o to itO 9'0 17'0 Vl 17'I I

ygiu / If/JH '+n j/Siu / If/JH Vs j/Siu / IT/JM '-Я j/Siu / If/JH 'Лм j/Siu / If/JH N W" J6 ь/Еи ло ySui / If/JH '+n j/Siu / If/JH Vs 1/§ш / 1Г/ХИ '-Я 1/§ш / K/JH £/hn j/Siu / K/JH '«вэ N IVeIU J5 ь/Еи ло jsqiunu iron jsqiunu SSBJS

jBq amssaid 'gjsj ql s3irejqiu3]/\[ dBg g'gj эинэпав!/ 'gjsj q/, HHBdgM3]/\[ JBq amssaid 'gjsj 06 saireiquiaj^ dBg 1 эинэпав!/ 'gjsj Q6 rnredgrcaj^ dsMojj dsHO н

(9 '£ ssubjqiusiu дкиэцтр joj iroijisodiuoo jsjbav pajbsjj эщ ш sssubiq ajqex (9 'g ond) юшонвхэА xbxbdbiuro a hbdgwsw xhhhinrebd иэиюнэгак1ц о iafoa ионюГпиьо вавхэоэ иэеэхвевяоп эинэнэиеи "i 'iftjBX

сч N

сч N

О о

N N

in in

К (V

U 3

> (Л

с и

со N

ij

т £

ф ф

О S

о

го

ОТ ОТ

iE Л

« <S

CO >

Производительность, % Capacity, %

100

60 ■

30 -

-I—BT

250

500

750

1000 Время, ч Time, h

Рис. 6. Прогноз снижения производительности мембранной установки с течением времени: 1 — нанофильтраци-онные мембраны 70 NE; 2 — нанофильтрационные мембраны 90 NE; 3 — обратноосмотические мембраны BLN

Fig. 6. Projected capacity loss by a membrane facility over time: 1 — nanofiltration membranes 70 NE; 2 — nanofiltration membranes 90 NE; 3 — reverse osmosis membranes BLN

На рис. 8-10 показаны балансовые схемы установки производительностью 65 м3/ч с указанием количества мембранных аппаратов и напорных корпусов, а также с приведением расходов исходной воды, пермеата, концентрата и подмеса, баланса концентраций (на примере иона аммония) для случаев: существующей схемы с применением обратноосмотических мембран типа BLN (рис. 8); модернизации установки с применением нанофильтрационных мембран 90 NE (рис. 8); применения нанофильтрационных мембран 70 NE. Благодаря применению нанофиль-трационных мембран при той же схеме установки и при том же насосном агрегате и количестве мембранных аппаратов типа 8040 в установке сокращается расход концентрата [20, 21], убирается «подмес», увеличивается расход пермеата до требуемого значения, а качество очищенной воды (пермеата) соответствует требованиям СанПиН (рис. 3, табл. 1, 2). Более того, расход ингибитора при использовании нанофильтрации может быть снижен в 4 раза (до дозы величиной 1 мг/л) и, соответственно, время между проведением промывок так же может быть увеличено в 2-3 раза благодаря меньшей интенсивности осадкообразования на нанофильтрационных мембранах (рис. 4).

K

100

50 4 3 2 1

^ 70 NE

„ 90 NE

^^ BLN

-T ступень""""" Stage 1 - TT ступень Stage 2

1 1 i 1 1 1 2 3 4 5 1 i I I i 1 1 1 6 7 8 9 10 11 12 13 i 14 Номер мембранного

о

о §<

о со

™ о

ОТ "

ОТ Е —

ел с

£= о

CL ° ^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

□□□□□□□

Membrane number

□□□□□□□

□□□□□□□

□□□□□□□

□□□□□□□

□□□□□□□

□□□□□□□

□□□□□□□

Концентрат Concentrate

□□□□□□□

Рис. 7. Схема подключения аппаратов в установке производительностью 65 м3/ч и изменения значений коэффициента K на выходе из мембранных аппаратов в процессе движения воды по корпусам установки для случаев применения обратноосмотических и нанофильтрационных мембран с различными характеристиками

Fig. 7. Connection diagram of membrane modules in a membrane facility having the capacity of 65 m3/h and changes in the coefficient K value at the outlet of membrane modules in the course of the water flow through pressure vessels for cases when different reverse osmosis and nanofiltration membranes are used

in

<0

I

CO N <0

5 to

* &

cd co 05

vo x

CD 3

s I

U -f

ffl ro

s в

fi *

s и

С о;

I *

-Q CD

s g-

с

о ш

X э

о

ssuEjqiTOiu stsoiuso ssjsasj MIS SBlI lBlll щвр! э5[щш jsjBAvpimojg олсо[щод jb psjjBjsin si Xjijiobj эщ ЧУеш 0£ I J° Арвйвэ эщ Зшлвц Xjijiobj щэицвац jsjbav эщ jo швйвтр моц soirepq эщ -8

JSHH HMBHBdgMSM о «оаоявход» вн ь/Еи q£I снчхоончпашКонеиосЬ! юшонвхэА виэхэ вваоэнвквд "эид

X

00 CD

X

O'L i'L Hd

E'OI US Ajniips 1ЩОХ '[ IIIt! K([r [*i О -эпоэ ??lngo

i/Зш IT/JW j'j yixa / h/jm tt'l Лш

I/Яш Щлч 600'0 yixa / h/jm t?9'0 -d

I/Яш h/jm t?00'0 yixa / h/jm i /is

I/Яш п/лч frEOOO'O yim / h/jm jjo'O .П

-a

I/Яш h/jm g'i [ o'[[[ / i [[ , qq£ -[оэн

ySm H/JM si'o yixa / h/jm о L

t! Г[ [ [[ Г, | r t i Г [ [ [ [ [' |t! [>''[ ti l''.!'[ КБНКОХЭИ [ o'[[[ / [ [[ ,

Ч/Еш/ь/Еизб я ахум аааа viioa куйСохэи

ЧУЕШ / Ь/ЕИ £9

aivaiAraaa ivawaan

aiv^iiNaoNoo хуахнаТшоя

aivaiAraaa ivawaan

i-vasa saNv^awaiM Naa Naa HHyaawaiM

МЕМБРАНЫ 90 NE 90 NE MEMBRANES

P= 13,5 бар/bar

ИСХОДНАЯ ВОДА

FEED WATER 107 м3/ч / m3Ai

ПЕРМЕАТ PERMEATE ЮОмТч/тТЬ

7м3/ч/т3Л1

КОНЦЕНТРАТ CONCENTRATE

мг/л / mg/1

Общее соле-содержание Total salinity

pH

Исходная вода Feed water

70 мг/л / mg/1

366 мг/л / mg/1

7,4 мг/л / mg/1

Пермеат Permeate

0,022 мг/л/mg/1

Рис. 9. Балансовая схема установки производительностью 170 м3/ч на ВЗУ «Ботаково» с мембранами 90 NE

Fig. 9. The balance flow diagram of the water treatment facility having the capacity of 170 m3/h. The facility is installed at Botakovo groundwater intake plant that has 90 NE membranes

ssumqiroui gjsj о/, smj imp juEjd sjjbjui j3}BAvpunoj§ оло^щод }в рэдщвш Ajtjpbj щэицвац jsjbav эщ jo шшЗшр моц ээиврц эцх "ОТ

3JS[ 0Z. иивнМдиэи о «оаоявход» ишонвхэА виэхэ кваоэнвквд -ох "эид 10

ч/еш / ь/еи f 8

X

1/8ш П/ЛЧ61

1/Яш п/лч ЕГО

1/8ш it/JWiO'O

1/Яш п/лч 8£000'0

X

ygui H/JM0E

ygui П/JMi'f

ПГ[ [ [[Г, | [ ПГ[ ,([г | |

3JB3llU3d JO {BAVBipipiyW

BXBSMdan 1/oaxo

I/Зш / H/JM 17Cl

I/gui / h/jm t?9'0

i/gui / h/jm i

i/gui / h/jm jjo'o

[ Г,ИЛ / i [[ , qq£

yim / h/jm оl

Л' |П Л [>''[ H I''.!'[ кенЬЪхэи

Hd

Ajtut^S I^JOX smreacdsffoo -Э1ГОЭ ЭЭЙ10О

j/sui / it/jw

ч/еш/ь/еи 9 izl

11/еш/ h/ew 9£i

чуеш/ь/еи 9£i

iiaivM aaaa viioa кунйЪхэи

Ч/еш/Ь/е™9 iii

aivaiAraaa ivawaan

aiv^iiNaoNoo хуахнаТшоя

11/еш / ь/еи 9

aivaiAraaa ivawaan

Ma-i-VNsa saNv^awaiM aN ou aN о l iaHvaswaiM jbq / dbg e'zi = j

чуеш / h/ew 1?'8

sjBsuusd jo {BAVBipqjTyw / вхвэийэп 1/oaxo

сч N сч N О о N N

10 10 ¡É (V U 3 > 1Л С И

ta i»

i - $

<D <u

На рис. 8 представлены результаты расчета установки ВЗУ «Ботаково» с применением обратно-осмотических мембран типа BLN производительностью 130 м3/ч (126 мембранных элементов типа 8040), величиной выхода пермеата 70 %, величиной рабочего давления 13-14 бар, т.е. со всеми параметрами установки, работающей на объекте. На рис. 9 показаны результаты расчетов, выполненных для случая замены мембран на модель 90 КБ, при этом величина выхода пермеата выбрана на уровне 90 %. При рекомендуемом давлении 12 бар расход насосов на каждом блоке установки будет составлять 72 м3/ч, т.е. при замене мембран можно использовать существующие насосы (рис. 5). На рис. 10 приведены результаты расчета установки для случая замены обратно-осмотических мембран на мембраны модели 70 КБ с самой низкой величиной селективности. При этом, как продемонстрировано на рис. 10, производительность мембран вырастает до величины 100 м3/ч на один мембранный блок, а величина выхода пермеата достигает 93 %. Однако, как видно из рис. 3 и табл. 2, качество очищенной воды по показателям концентраций аммония превышает допустимые нормативы. Для достижения требуемого качества следует «отсечь» хвостовые мембранные элементы (три последних в корпусах, как показано на рис. 10) и пермеат от этих элементов направить на вход в установку, смешав его с исходной водой. В табл. 2 показаны результаты расчетов производительности каждой из мембран по пермеату и качество пермеата каждого мембранного аппарата, на основании которого определено количество «отсекаемых» хвостовых аппаратов.

На рис. 11 показана Q-H характеристика насоса, использованного на установке ВЗУ «Остафьево». Как видно, с изменением напора со 160 до 120 м его подача увеличивается на 30-35 %.

Определение величин рабочего давления нанофильтрационных мембран, количества аппаратов для снижения расхода концентрата («хвостовых» аппаратов) производится на основании расчетов. Подбор расходов исходной воды, пермеата и концентрата при переходе на использование на-нофильтрационных мембран и рабочего давления насоса осуществляется на основе его Q-H характеристики, как показано на рис. 12.

Для случая, если установка претерпела «модернизацию» в соответствии с разработанными и предлагаемыми рекомендациями по замене мем-

Я, м / т

2000

1000

50

Рабочий режим

Mode of operation

^ Режим

^для,НФ-

"Г мембран

I Nanofiltration

■ 1 membrane mode

\ 1

1 1 1 1 -f-1-1—

0

5

10

15

20

25 30 Q, м3/ч / m3/h

Рис. 11. Определение подачи насоса, исходя из его Q-H характеристики

Fig. 11. Pump capacity depending on its Q-H characteristics

О ё

о

о о

СО <

CD ^

8 «

Si §

ОТ "

от Е —

с

Е о

CL ° ^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

от от

i*

o (ñ

Q , м3/ч / Q , m3/h

^-насоса' _ ¿—pump7

P = 13 бар, НФ мембраны

P = 13 bar, Nanofiltration membranes

P = 15 bar, Reverse osmosis membranes

Q конц. / Q conc. Jf

qm ' qm Q / QK

1

3

4

5

6

7

8

9

10 11 K

Рис. 12. График для определения расходов пермеатов ОО и НФ мембран Q^, расходов концентрата QK, a также «байпас-ного» расхода пермеата, подаваемого на вход в установку QH

Fig. 12. The graph used to determine permeate flow rate Q, for reverse osmosis and nanofiltration membranes, concentrate flow rate Qk and "bypass" permeate flow rate Qu if the permeate is fed to the unit inlet

бран, благодаря чему снижается расход ингибитора, делаются реже промывки и уменьшается расход моющих реагентов, сокращается расход электроэнергии, увеличивается общее количество полу-

чаемой воды. Результаты определения эксплуатационных затрат, себестоимости очищенной воды и величины экономического эффекта представлены в табл. 3.

Табл. 3. Результаты определения состава исходной подземной воды и концентраций основных загрязнений в пермеатах различных мембранных аппаратов

Table 3. The chemical composition of groundwater and concentrations of principal contaminants in permeates produced by different membrane modules

Параметры эксплуатации Operating parameters Существующая технология Current technology Рекомендуемая технология Recommended technology

Расход исходной воды, м3/ч Feed water consumption rate, m3/h 180 224

Расход пермеата: Permeate consumption rate:

м3/ч / m3/h м3/мес. / m3/month м3/год / m3/year 130 39 000 468 000 214 60 000 720 000

Расход концентрата, м3/ч Concentrate consumption rate, m3/h 50 10

Расход подмеса, м3/ч Admixture consumption rate, m3/h 64 -

Рабочее давление, МПа Operating pressure, MPa 1,3-1,4 1,1-1,15

Годовые энергозатраты, кВт Annual electric power consumption, kWt 456 000 456 000

Затраты на электроэнергию, руб. Electricity cost, RR 2 280 000 2 280 000

Мембранные элементы, модель Membrane models Hydranautics ESPA-2 Hydranautics ESPA-2

Годовые затраты на замену мембран, руб. Annual membrane replacement costs, RR 1 008 000 1 108 800

Ингибитор: тип/доза Antiscalant, type/dose Эктоскейл/4 Ectoscale/4 Аминат/1 Aminat/1

Годовой расход ингибитора, кг Annual antiscalant consumption rate, kg 2592 648

Стоимость ингибитора, руб./т Antiscalant cost, RR 100 000 200 000

Годовые затраты на ингибитор, руб. Annual antiscalant expenses, RR 260 000 130 000

Количество промывок в год Number of flushings per year 16 6

Расходы реагентов на одну промывку, кг: Reactants consumed per flushing, kg:

NaOH (50 %) HCl (50 %) лимонная кислота / citric acid 60 60 250

Годовые расходы реагентов, кг: Annual consumption of reactants, kg:

NaOH HCl лимонная кислота / citric acid 720 720 1 500

< П

ф е

u> t

i

3 О M

с

0 со n со

1 S y i J CD

u-

^ I

n °

S 3 o

zs (

oi

о n

co co

z 2

co О

CD

Г 6 t ( an

cd cd

l С

3

e

. DO

■ T

s □

s У с о <D Ж

inin

2 2 О О 10 10 10 10

Окончание Табл. 3 /End of the Table 3

Параметры эксплуатации Operating parameters Существующая технология Current technology Рекомендуемая технология Recommended technology

Стоимости реагентов для промывки, руб./т: Const of flushing reactants, RR/ton: NaOH HCl лимонная кислота / citric acid 80 000 60 000 100 000

Годовые затраты, кг, на: Annual costs of: NaOH HCl лимонная кислота / citric acid 57 600 43 200 150 000

Сумма годовых эксплуатационных затрат, руб. Total annual operating expenses, RR 2 732 000 1 794 800

Себестоимость очистки, руб./м3 Cost of cleansing, RR/m3 2 732 000/468 000 = 5,84 1 794 800/720 000 = 2,49

Себестоимость с учетом смешения, руб./м3 Cost, including mixing, RR/m3 2 732 000/698 400 = 3,91 -

N N

N N

О О

tV N

10 10

* (V

U 3

> 1Л

С И 2

U I»

i

- s

<D ф

О S

о

о о

CO <

CD ^

8 «

Si §

CO "

со iE

E О

CL °

^ с

ю о

S «

о E

со ^

T- ^

CO CO

ü w

iE 3s

О tn №

ВЫВОДЫ

Рассмотрены пути повышения эксплуатационных параметров работы установок обратного осмоса. Наиболее эффективным путем является замена обратноосмотических мембран на нано-фильтрационные. Применение нанофильтрацион-ных мембран для очистки подземных вод в целях питьевого водоснабжения позволяет уменьшить интенсивность осадкообразования и одновре-

менно снизить расход концентрата без опасности осадкообразования.

Производительность установки может быть увеличена на 40-50 %, при этом качество очищенной воды остается на уровне требований СанПиН. Расход концентрата может быть сокращен в 4-6 раз.

Также благодаря использованию нанофильтра-ционных мембран можно снизить дозу ингибитора до значения 1 мг/л и соответственно снизить величину эксплуатационных затрат на 40 %.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. 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. Issue 1-3. Pp. 37-46. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90004-3

2. 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. 356. Pp. 294-313. DOI: 10.1016/j. desal.2015.04.023

3. Turek M., Mitko 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

4. Френкель B.C., Первов А.Г., Андрианов А.П., Головесов В.А. Investigation of antiscalant dosing influence on scaling process in reverse osmosis facilities and membrane surface adsorption // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 6. С. 722-733. DOI: 10.22227/19970935.2019.6.722-733

5. Jamaly S., Darwish N.N., Ahmed I., Hasan S. W. A short review on reverse osmosis pretreatment technologies // Desalination. 2014. Vol. 354. Pp. 30-38. DOI: 10.1016/j.desal.2014.09.017

6. Goh P.S., Lau W.J., Othman M.H.D., Ismail A.F. Membrane fouling in desalination and its mitigation strategies // Desalination. 2018. Vol. 425. Pp. 130-155. DOI: 10.1016/j.desal.2017.10.018

7. Jiang S., Li Y., Ladewig B.P. A review of reverse osmosis membrane fouling and control strategies // Science of The Total Environment. 2017. Vol. 595. Pp. 567-583. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.03.235

8. Li X., Hasson D., Shemer H. Flow conditions affecting the induction period of CaSO4 scaling on RO membranes // Desalination. 2018. Vol. 431. Pp. 119-125. DOI: 10.1016/j.desal.2017.08.014

9. Zimmer K., Hater W., Icart A., Jaworski J., Kruse N., Braun G. The performance of polycar-boxylates as inhibitors for CaCO3 scaling in reverse osmosis plants // Desalination and Water Treatment.

2016. Vol. 57. Issue 48-49. Pp. 23162-23175. DOI: 10.1080/19443994.2015.1133874

10. Shahid M.K., Choi Y.-G. The comparative study for scale inhibition on surface of RO membranes in wastewater reclamation: CO2 purging versus three different antiscalants // Journal of Membrane Science. 2018. Vol. 546. Pp. 61-69. DOI: 10.1016/j. memsci.2017.09.087

11. Li C., Guo X., Wang X., Fan S., Zhou Q., Shao H. et al. Membrane fouling mitigation by coupling applied electric field in membrane system: Configuration, mechanism and performance // Electrochimica Acta. 2018. Vol. 287. Pp. 124-134. DOI: 10.1016/j. electacta.2018.06.150

12. Pervov A., Andrianov A., Rudakova G., Popov K. A comparative study of some novel "green" and traditional antiscalants efficiency for the reverse osmotic Black Sea water desalination // Desalination and Water Treatment. 2017. Vol. 73. Pp. 11-21. DOI: 10.5004/dwt.2017.20363

13. Oshchepkov M., Kamagurov S., Tkachen-ko S., Ryabova А., Popov K. Insight into the mechanisms of scale inhibition: a case study of a task-specific fluorescent-tagged scale inhibitor location on gypsum crystals // ChemNanoMat. 2019. Vol. 5. Issue 5. Pp. 586-592. DOI: 10.1002/CNMA.201800660

14. Первов А.Г., Рудакова Г.Я., Ефремов Р.В. Разработка программ для технологического расчета систем обратного осмоса и нанофильтрации с использованием реагентов «Аминат» // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 7. С. 21-28.

15. Головесов В.А., Первов А.Г., Сухов Г.Д., Рудакова Г.Я. Влияние выбора антискаланта на величину эксплуатационных затрат для установок обратного осмоса // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 5.

С. 1163-1174. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.8.11631174

16. Первов А.Г., Андрианов А.П., Головесов В.А., Данилычева М.Н. Изучение механизма образования кристаллических отложений в мембранных аппаратах и роли ингибиторов для предотвращения этого процесса // Мембраны и мембранные технологии. 2019. Т. 9. № 6. С. 430-444. DOI: 10.1134/s2218117219060038

17. Первов А.Г., Андрианов А.П., Ефремов Р.В., Головесов В.А. Новая технология сокращения расхода концентрата установок обратного осмоса // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 3. С. 202-210. DOI: 10.1134/S221811722103007X

18. Al-Qadami E., Ahsan A., Mustafa Z., Abdur-rasheedA.S., YusofK.W., Shah S.M.H. Nanofiltration membrane technology and its applications in surface water treatment: A review // Journal of Desalination and Water Purification. 2020. Vol. 18. Pp. 3-9.

19. Guo H., Li X., Yang W., Yao Z., Mei Y., Peng L.E. et al. Nanofiltration for drinking water treatment: a review // Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2022. Vol. 16. Issue 5. Pp. 681-698. DOI: 10.1007/s11705-021-2103-5

20. Mohammad A.W., Hilal N., Al-Zoubi H., Darwish N.A. Prediction of permeate fluxes and rejections of highly concentrated salts in nanofiltration membranes // Journal of Membrane Science. 2007. Vol. 289. Issue 1-2. Pp. 40-50. DOI: 10.1016/j.mem-sci.2006.11.035

21. Tian J., Zhao X., Gao S., Wang X., Zhang R. Progress in research and application of Nanofiltration (NF) technology for brackish water treatment // Membranes. 2021. Vol. 11. Issue 9. P. 662. DOI: 10.3390/ membranes11090662

Поступила в редакцию 24 января 2022 г. Принята в доработанном виде 23 марта 2022 г. Одобрена для публикации 23 марта 2022 г.

Об авторах: Алексей Германович Первов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры водоснабжения и водоотведения; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 168126, Scopus: 6603768203, ResearcherID: R-8851-2016, ORCID: 0000-0002-7518-2342; ale-pervov@yandex.ru;

Дмитрий Владимирович Спицов — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения; исполняющий обязанности директора института Инженерно-экологического строительства и механизации; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 531559, ResearcherID: AAG-2158-2020, ORCID: 0000-0001-6252-9485; spitsovdv@mgsu.ru.

Вклад авторов:

Первов А.Г. — научное руководство, концепция исследования, написание исходного текста. Спицов Д.В. — развитие методологии, доработка текста, итоговые выводы. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

< DO

iH

kK

G Г

0 С/з § С/3

1 2 У 1

J со

и-

^ I

n ° o

з (

о §

E w

§ 2

n 0

2 6

A CD

r 6

t (

Cc §

ф )

ii

® 7 i

. DO

■ T

s □

s У с о

<D Ж ««

2 2 О О 2 2 2 2

REFERENCES

N N

N N

O O

CH N

in in

* (V

U 3 > (A

E M

tQ N

i - £

<u <u

O £

o

o o co <

cd

8 « Si §

co "

co IE

E o

CL ° c

LT> O

s H

o E

CD ^

T- ^

CO co

■s

0 (0 №

1. Suratt W.B., Adrews D.R., Pujals V.J., Richards S.A. Design considerations for major membrane treatment facility for groundwater. Desalination. 2000; 131(1-3):37-46. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)90004-3

2. 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; 356:294-313. DOI: 10.1016/j.desal.2015.04.023

3. Turek M., Mitko K., Dydo P., Laskovska E., Jakobic-Kolon A. Prospects for high water recovery membrane desalination. Desalination. 2017; 401:180189. DOI: 10.1016/j.desal.2016.07.047

4. Frenkel V.S., Pervov A.G., Andrianov A.P., Golovesov V.A. Investigation of antiscalant dosing influence on scaling process in reverse osmosis facilities and membrane surface adsorption. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2019; 14(6):722-733. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.6.722-733

5. Jamaly S., Darwish N.N., Ahmed I., Hasan S.W. A short review on reverse osmosis pretreatment technologies. Desalination. 2014; 354:30-38. DOI: 10.1016/j. desal.2014.09.017

6. Goh P.S., Lau W.J., Othman M.H.D., Ismail A.F. Membrane fouling in desalination and its mitigation strategies. Desalination. 2018; 425:130-155. DOI: 10.1016/j.desal.2017.10.018

7. Jiang S., Li Y., Ladewig B.P. A review of reverse osmosis membrane fouling and control strategies. Science of The Total Environment. 2017; 595:567-583. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.03.235

8. Li X., Hasson D., Shemer H. Flow conditions affecting the induction period of CaSO4 scaling on RO membranes. Desalination. 2018; 431:119-125. DOI: 10.1016/j.desal.2017.08.014

9. Zimmer K., Hater W., Icart A., Jaworski J., Kruse N., Braun G. The performance of polycarboxy-lates as inhibitors for CaCO3 scaling in reverse osmosis plants. Desalination and Water Treatment. 2016; 57(48-49):23162-23175. DOI: 10.1080/19443994. 2015.1133874

10. Shahid M.K., Choi Y.-G. The comparative study for scale inhibition on surface of RO membranes in wastewater reclamation: CO2 purging versus three different antiscalants. Journal of Membrane Science. 2018; 546:61-69. DOI: 10.1016/j.mem-sci.2017.09.087

11. Li C., Guo X., Wang X., Fan S., Zhou Q., Shao H. et al. Membrane fouling mitigation by coupling applied electric field in membrane system: Configuration, mechanism and performance. Electrochi-mica Acta. 2018; 287:124-134. DOI: 10.1016/j.elec-tacta.2018.06.150

12. Pervov A., Andrianov A., Rudakova G., Popov K. A comparative study of some novel "green" and traditional antiscalants efficiency for the reverse osmotic Black Sea water desalination. Desalination and Water Treatment. 2017; 73:11-21. DOI: 10.5004/ dwt.2017.20363

13. Oshchepkov M., Kamagurov S., Tkachen-ko S., Ryabova A., Popov K. Insight into the mechanisms of scale inhibition: A case study of a task-specific fluorescent-tagged scale inhibitor location on gypsum crystals. ChemNanoMat. 2019; 5(5):586-592. DOI: 10.1002/CNMA.201800660

14. Pervov A.G., Rudakova G.Ya., Efremov R.V. Development of computer software to design reverse osmosis and nanofiltration systems using antiscalant "Aminat". Water Supply and Sanitation Technique. 2009; 7:21-28. (rus.).

15. Golovesov V.A., Pervov A.G., Suhov G.D., Rudakova G.Ya. Impact of chosen antiscalant on the operating costs value for reverse osmosis systems. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(8):1163-1174. DOI: 10.22227/19970935.2020.8.1163-1174 (rus.).

16. Pervov A.G., Andrianov A.P., Golovesov V.A., Danilycheva M.N. Investigation of scaling mechanism in membrane modules and influence of antiscalants on this process. Membranes and Membrane Technologies. 2019; 9(6):430-444. DOI: 10.1134/ s2218117219060038 (rus.).

17. Pervov A.G., Andrianov A.P., Efremov R.V., Golovesov V.A. A new technique to reduce reverse osmosis concentrate discharge. Membranes and Membrane Technologies. 2021; 11(3):202-210. DOI: 10.1134/S221811722103007X (rus.).

18. Al-Qadami E., Ahsan A., Mustafa Z., Abdur-rasheed A.S., Yusof K.W., Shah S.M.H. Nanofiltration membrane technology and its applications in surface water treatment: A review. Journal of Desalination and Water Purification. 2020; 18:3-9.

19. Guo H., Li X., Yang W., Yao Z., Mei Y., Peng L.E. et al. Nanofiltration for drinking water treatment: a review. Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2022; 16(5):681-698. DOI: 10.1007/s11705-021-2103-5

20. Mohammad A.W., Hilal N., Al-Zoubi H., Darwish N.A. Prediction of permeate fluxes and rejections of highly concentrated salts in nanofiltration membranes. Journal of Membrane Science. 2007; 289(1-2):40-50. DOI: 10.1016/j.memsci.2006.11.035

21. Tian J., Zhao X., Gao S., Wang X., Zhang R. Progress in research and application of Nanofiltration (NF) technology for brackish water treatment. Membranes. 2021; 11(9):662. DOI: 10.3390/mem-branes11090662

Received January 24, 2022.

Adopted in revised form on March 23, 2022.

Approved for publication on March 23, 2022.

Bionotes: Alexey G. Pervov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Water Supply and Sanitation; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 168126; Scopus: 6603768203, ResearcherlD: R-8851-2016, ORCID: 0000-0002-7518-2342; ale-pervov@yandex.ru;

Dmitriy V. Spitsov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Water Supply and Sanitation, Acting Director of the Institute for Environmental Engineering Construction and Mechanization; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RISC: 531559, ResearcherID: AAG-2158-2020, ORCID: 0000-0001-62529485; spitsovdv@mgsu.ru.

Contribution of the authors:

Alexey G. Pervov — conceptualization, data gathering and processing, writing of article, scientific editing of the text. Dmitriy V. Spitsov — methodology, scientific editing of the text, supervision, conclusion. The authors declare that there is no conflict of interests.

< П

8 8 ITH

kK

G Г

S 2

0 со § СО

1 S

y 1

J со

u-

^ I

n °

S 3 o

zs ( о §

§ 2 n g

S б

A CD

Г 6 t ( an

SS )

ii

i 7

. DO

■ T

s У с о <D *

JJ JJ

M 2 О О 10 10 10 10