Способы деминерализации воды

Несмотря на высокое качество подземных вод, показатели сухого остатка, жесткости, содержания отдельных минералов очень часто превышают установленные нормативы в десятки раз. Такая вода может не иметь специфического вкуса и запаха, или наоборот, быть мутной, с не свойственными органолептическими свойствами. Повышенное содержание солей кальция и магния приводит к образованию накипи и порче сантехнического оборудования и объектов водоснабжения, железо образует хлопьевидный осадок бурого цвета, забивающий фильтры и трубы, фтор и бор негативно влияют на здоровье. Бороться с отрицательным влиянием минералов можно различными способами, основными из которых являются деминерализация с использованием мембран, ионообменная фильтрация и реагентные методы.

Мембранные методы подготовки воды

В качестве фильтрующих элементов в системах водоподготовки используются синтетические полимерные полупроницаемые мембраны, способные пропускать воду и задерживать на поверхности загрязняющие примеси. Проницаемость мембран зависит от нескольких факторов.

1. Размера пор и рабочего давления:

• Ультрафильтрация (1 - 0,05 мкм при рабочем давлении до 5 бар) – удаляет коллоиды и высокомолекулярные примеси без коррекции солевого состава. Применяется для доочистки водопроводной питьевой воды и улучшения органолептических показателей.
• Нанофильтрация (0,05 – 0,005 мкм при рабочем давлении до 7 бар) – убирает соли жесткости, ионы тяжелых металлов, хлорорганические вещества. Используется в установках доочистки питьевой воды.
• Обратный осмос (менее 0,01 мкм при рабочем давлении до 100 бар) – степень обессоливания достигает 97-98%. Применяется для получения воды в производственных и научных целях, используется в опреснительных установках.

2. Площади фильтрующей поверхности:

• Трубчатые
• Половолоконные
• Плоские, которые в свою очередь, в зависимости от способа упаковки, бывают плоскорамными, дискомодульными и рулонными. Наиболее распространены рулонные мембраны..

Баромембранные методы отличаются от других фильтрующих систем способностью задерживать примеси не в объеме, а на поверхности. Технологически очистка поверхности мембраны от накапливающихся загрязнений достигается тангенциальной схемой подачи воды на фильтрующий элемент. При этом одна часть потока исходной воды под необходимым давлением проходит сквозь мембрану и на выходе образует пермеат (фильтрат). Другая часть направляется вдоль поверхности, смывает задержанные примеси и образует концентрат, сбрасываемый из зоны фильтрации в дренажную систему, либо подвергающийся последующей обработке. Исходя из этого, узел мембранной очистки всегда имеет один вход и два выхода.

Очистка мембран от загрязнения

Скорость загрязнения рабочей поверхности зависит от содержания труднорастворимых веществ в исходной воде. Их концентрация локально повышается вблизи самой мембраны, что создает условия для агрегации коллоидов в более крупные частицы и выпадения в осадок солей. Снижение интенсивности загрязнения достигается оптимизацией схем подключения различных блоков в многоступенчатых схемах с таким расчетом, чтобы мембранный узел располагался последним в ряду механической очистки. Перед подачей на мембрану исходная вода не должна содержать грубодисперсных примесей, агрессивных веществ (активный хлор), солей жесткости. Также стараются добиться максимально высокой линейной скорости потока обрабатываемой воды, пропускаемой вдоль мембраны за счет турбулентности и рециркуляции концентрата.

Однако полностью добиться отсутствия осаждения твердых частиц и образования коллоидной пленки на поверхности мембраны невозможно. При понижении производительности установки на 10% или повышении сопротивления на 2,5 бар проводятся регенерационные механические или химические промывки.

Противоточные промывки пульсирующим потоком можно проводить довольно часто, через определенный промежуток времени. Они легко автоматизируются и уменьшают частоту химических промывок.

Для химической промывки используют кислотные и щелочные реагенты, выбор компонентов которых зависит от химической структуры и стойкости самой мембраны. Кислоты применяются для удаления неорганических осадков, щелочи – для растворения коллоидной пленки. Также используются комплексообразующие реагенты, способствующие укрупнению мелкодисперсных примесей, растворы фосфатов и ПАВ.

Наиболее известными производителями мембран и мембранных элементов в мире являются фирмы Filmtec, Dow Chemical, Osmonics, Hydranautics (США).