УДК 628.16
DOI 10.35776/VST.2023.04.02

Александров Р. А., Каграманов Г. Г., Лагунцов Н. И.

Разработка блока предварительной подготовки воды для гибридной реагентно-мембранной системы очистки

Аннотация

В настоящее время актуальной задачей является разработка и модернизация методов предварительной подготовки воды в установках мембранной очистки. Цель данной работы – разработка и исследование малогабаритного блока предварительной подготовки воды на основе реагентного метода для очистки сильнозагрязненных вод с высокой эффективностью по степени очистки, расходу реагентов и энергозатратам. Разработан блок предварительной подготовки воды на основе устройства дозирования и смешения реагентов, включающего струйные гидродинамические смесители – эжекторы. Устройство позволяет дозировать растворы реа­гентов в широком диапазоне значений коэффициентов инжекции и обеспечивает повышение степени очистки от солей жесткости и тяжелых металлов более чем на 20%, а от нефтепродуктов – на 8% по сравнению со стандартным перемешиванием лопастной мешалкой (120 об/мин) за счет реализации массообмена в интенсивном гидродинамическом поле при Re >> Reкр. Разработан и исследован гиб­ридный алюмокремниевый реагент, позволивший более чем на порядок (до 0,02–0,05 мг/л) снизить концентрацию токсичного остаточного алюминия в очищенной воде по сравнению с другими алюмосодержащими реагентами за счет образования мезопористых алюмокремниевых структур, обладающих эффектом объемной сорбции в диапазоне pH 6–8. Создан экспериментальный образец мобильной установки для очистки воды с блоком предварительной реа­гентной подготовки и мембранной доочистки на основе технологии микрофильтрации с использованием мембраны из пористого карбида титана и технологии низконапорного обратного осмоса с использованием мембраны, выполненной из тонкопленочного полиамидного композита. Показано, что использование блока предварительной подготовки приводит к повышению производительности устройства микрофильтрации до 3,7 раза при очистке воды от нефтепродуктов и солей жесткости и до 4,3 раза при очистке от тяжелых металлов (медь). Также показано, что разработанный образец мобильной установки обеспечивает заданную степень очистки сильнозагрязненных сточных вод по основным загрязнителям при минимальных среди аналогов удельных энергозатратах – 2,57 кВт·ч/м³.

Ключевые слова

мобильная установка , реагентная очистка , микрофильтрация , очистка воды , гибридная система , предварительная подготовка , мембранные методы , низконапорный обратный осмос

Для цитирования: Александров Р. А., Каграманов Г. Г., Лагунцов Н. И. Разработка блока предварительной подготовки воды для гибридной реагентно-мембранной системы очистки // Водоснабжение и санитарная техника. 2023. № 4. С. 8–20. DOI: 10.35776/VST.2023.04.02.

Дальнейший текст доступен по платной подписке.
Авторизуйтесь: введите свой логин/пароль.
Или оформите подписку

Список цитируемой литературы

1. Лин М. М., Фарносова Е. Н., Каграманов Г. Г. Очистка сточных вод от тяжелых металлов методами нано­фильтрации и ионного обмена // Химическая промышленность сегодня. 2017. № 8. С. 30–35.
   Lin M. M., Farnosova E. N., Kagramanov G. G. [Removing heavy metals from wastewater by nanofiltration and ion exchange methods]. Khimicheskaia Promyshlennost’ Segodnia, 2017, no. 8, pp. 30–35. (In Russian).
2. Юрчевский Е. Б., Первов А. Г., Пичугина М. А. Очистка воды от органических загрязнений с использованием мембранных технологий водоподготовки // Энергосбережение и водоподготовка. 2016. № 5. С. 32–45.
   Iurchevskii E. B., Pervov A. G., Pichugina M. A. [Removing organic pollution from water with the use of membrane water treatment technologies]. Energosberezhenie i Vodopodgotovka, 2016, no. 5, pp. 32–45. (In Russian).
3. Hilal N., Kochkodan V., Abdulgader H. A., Johnson D. A. Combined ion exchange–nanofiltration process for water desalination. Desalination, 2015, no. 363, pp. 51–57.
4. Бойко Н. И., Одарюк В. А., Сафонов А. В. Применение мембранных технологий в очистке воды // Технологии гражданской безопасности. 2014. Т. 11. № 2 (40). С. 64–69.
   Boiko N. I., Odariuk V. A., Safonov A. V. [The use of membrane technologies in water treatment]. Tekhnologii Grazhdanskoi Bezopasnosti, 2014, v. 11, no. 2 (40), pp. 64–69. (In Russian).
5. Свитцов А. А., Копылова Л. Е., Голованева Н. В. Особенности комбинированного реагентно-мембранного метода очистки минерализованных вод // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2015. № 5. С. 28–31.
   Svittsov A. A., Kopylova L. E., Golovaneva N. V. [Specific features of the combined chemical-membrane method of saline water treatment]. Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie, 2015, no. 5, pp. 28–31. (In Russian).
6. Григорьян О. Ю. Повышение проницаемости мембран при разделении жидких высокомолекулярных полидисперсных систем / Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные направления развития в образовании, экономике, технике и технологиях». Ставрополь, 2–4 апреля 2019 г. – Ставрополь: Ставролит, 2019. С. 282–286.
   Grigor’ian O. Iu. [Increasing the permeability of membranes during the separation of liquid high-molecular polydisperse systems]. Collection of papers of the All-Russian Scientific and Practical Conference «Innovative development directions in education, economics, engineering and technology». Stavropol, Stavrolit Publ., 2019, pp. 282–286. (In Russian).
7. Труберг А. А., Силос О. В., Терпугов Г. В. Влияние концентрации растворенных веществ в стоках сульфатных целлюлозно-бумажных заводов на селективность полупроницаемых мембран // Химическая промышленность сегодня. 2010. № 11. С. 38–42.
   Truberg A. A., Siloc O. V., Terpugov G. V. [Effect of the concentration of dissolved substances in the wastewater of sulfate pulp and paper mills on the selectivity of semipermeable membranes]. Khimicheskaia Promyshlennost’ Segodnia, 2010, no. 11, pp. 38–42. (In Russian).
8. Yin Z., Yang C., Long C., Li A. Effect of integrated pretreatment technologies on RO membrane fouling for treating textile secondary effluent: Laboratory and pilot-scale experiments. Chemical Engineering Journal, 2018, v. 332, pp. 109–117.
9. Wang F. H., Hao H. T., Sun R. F., Li S. Y., Han R. M., Papelis C., Zhang Y. Bench-scale and pilot-scale evaluation of coagulation pre-treatment for wastewater reused by reverse osmosis in a petrochemical circulating cooling water system. Desalination, 2014, v. 335, no. 1, pp. 64–69.
10. Khan M. H., Ha D. H., Jung J. Optimizing the industrial wastewater pretreatment by activated carbon and coagulation: Effects of hydrophobicity/hydrophilicity and molecular weights of dissolved organics. Journal of Environmental Science and Health, part A, 2013, v. 48, no. 5, pp. 534–542.
11. Vincent-Vela M. C., Alvarez-Blanco S., Lora-Garcia J., Carbonell-Alcaina C., Saez Munoz M. Application of several pretreatment technologies to a wastewater effluent of a petrochemical industry finally treated with reverse osmosis. Desalination and Water Treatment, 2015, v. 55 (13), pp. 3653–3661.
12. Sari M. A., Chellam S. Reverse osmosis fouling during pilot-scale municipal water reuse: evidence for aluminum coagulant carryover. Journal of Membrane Science, 2016, no. 520, pp. 231–239.
13. Кулак А. П., Шестозуб А. Б., Коробов В. И. Приближенный расчет струйных насосов // Прикладная гид­ромеханика. 2011. Т. 13. № 1. С. 29–34.
    Kulak A. P., Shestozub A. B., Korobov V. I. [Approximate calculation of jet pumps]. Prikladnaia Gidromekhanika, 2011, v. 13, no. 1, pp. 29–34. (In Russian).
14. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.
    Sokolov E. Ia., Zinger N. M. Struinye apparaty [Jet devices. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1989, 352 p.].
15. Патент RU 2661584 C1. МПК C01F 7/74 C02F 1/52 C02F 1/28 C01B 33/26. Способ получения гибридного алюмокремниевого реагента для очистки природных и промышленных сточных вод и способ очистки природных и промышленных сточных вод этим реагентом / Александров Р. А., Курчатов И. М., Лагунцов Н. И., Феклистов Д. Ю. // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 20.
    Aleksandrov R. A., Kurchatov I. M., Laguntsov N. I., Feklistov D. Iu. [Pat. RU 2661584 C1. IPC C01F 7/74 C02F 1/52 C02F 1/28 C01B 33/26. Method for preparation hybrid alumosilicic chemical for natural and industrial wastewater treatment and a method for with this chemical]. Izobreteniia. Poleznye Modeli, 2018, no. 20. (In Russian).
16. Захаров В. И., Калинников В. Т., Матвеев В. А., Майо­ров Д. В. Химико-технологические основы и разработка новых направлений комплексной переработки и использования щелочных алюмосиликатов. Часть 1. – Апатиты, Кольский научный центр РАН, 1995. 181 с.
    Zakharov V. I., Kalinnikov V. T., Matveev V. A., Maiorov D. V. Khimiko-tekhnologicheskie osnovy i razrabotka novykh napravlenii kompleksnoi pererabotki i ispol’zovaniia shchelochnykh aliumosilikatov. Chast’ 1 [Chemical and technological foundations and development of new directions for the complex processing and use of alkaline aluminosilicates. Part 1. Apatity, Kola Science Center RAS Publ., 1995, 181 p.].
17. Uvarov V. I., Alymov M. I., Kachin A. R., Loryan V. E., Shustov V. S., Fedotov A. S., Tsodikov M. V. SHS membranes based on materials of mica-like structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019, v. 558, no. 1, 012053.