Как беречь природу в ХХI веке. Системы очистки сточных вод.
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 очистные сооружения 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 очистных сооружений. Это наглядно видно при просмотре патентов в области водоочистки и водоотведения. (…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, на котором базируется очистка воды. 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.
Водоочистка на основе мембранных технологий.
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.
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.
Таким образом, использование мембранных технологий позволяет:
- сократить площади,которые занимают очистные сооружения, в 4 - 5 раз;
- сократить санитарно-защитные зоны, так как комплексы располагаются в закрытых помещениях, позволяющих осуществить комплекс мероприятий по охране окружающей среды;
- сократить численность обслуживающего персонала за счет максимальной автоматизации процесса;
- 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;
- значительно снизить эксплуатационные расходы и, тем самым, сократить время окупаемости;
- использовать данные технологии в районах Крайнего Севера, характеризующихся проблемами доставки энергоносителей, реагентов, заменяемых материалов и т.п.
Гляденов С.Н. ООО “Водозор”: малоэтажное строительство; очистные сооружения, инженерные сети.
