Проф.Е.С. Матлак, студ. О.В. Стародубцева Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів // Збірник доповідей Х всеукраїнської наукової конференції аспірантів та студентів - Донецк - 2000. - С. 119-121.


УДК 628.1 - 628.3

О доочистке питьевой воды с помощью мембранной технологии

     По данным Всемирной организации здравоохранения 80 процентов заболеваний человека - следствие экологически грязной воды. Жители городов пользуются, в основном, водой из водопровода. Вода проходит слишком долгий путь от водозабора до квартир, а за нормальное санитарное состояние труб сегодня не может поручиться никто как в Украине, так во многих случаях и за рубежом. Анализ существующей информации показывает, что состав питьевой воды большинства источников Украины не соответствует требованиям по таким показателям, как содержание железа, алюминия и органических примесей (в первую очередь гумусовых веществ), которые ухудшают органолептические свойства воды, приводят к накоплению токсических соединений металлов в организме человека, вызывают аллергические реакции, болезни крови, оказывают нейротоксическое действие.

     Серьезная и обоснованная озабоченность качества питьевой воды в кранах квартир жителей городов выдвинула проблему доочистки водопроводной воды в ряд наиболее насущных во многих промышленно развитых странах мира. Эта проблема быстро обостряется. В связи с изложенным, актуальными являются дальнейшие попытки разработки производительных, высокоэффективных и надежных в работе устройств для очистки питьевой воды. В процессе такой разработки на первом этапе должны определяться перечень и формы присутствия в водопроводной воде нежелательных примесей, а затем выбираться или создаваться материалы и устройства, способные наиболее эффективно удалять эти примеси. При этом изложенный подход не должен акцентироваться только на техническом решении проблемы, но иметь и организационное продолжение. Тяжесть ситуации обусловлена прежде всего тем, что станции очистки воды в Украине предназначены лишь для осветления и обесцвечивания воды и не могут обеспечить достаточный эффект по растворенным примесям - солям тяжелых металлов и органическим соединениям.

     Технологии удаления из воды этих загрязнений известны, однако они требуют огромных капиталовложений, резко повышают стоимость воды, имеют низкий коэффициент полезного действия. При этом, не гарантируется необходимое качество воды в кране потребителя, из - за плохого состояния водопроводных сетей. Поэтому в целях решения наиболее острых вопросов проблемы обеспечения населения Украины питьевой водой гарантированного качества на ближайшую перспективу представляется целесообразным использовать локальные установки глубокой доочистки и кондиционирования питьевой воды в местах ее непосредственного потребления. Область применения таких установок должна распространяться, в первую очередь , на регионы экологического бедствия и близкие к ним, а также приоритетно охватывать лечебно- профилактические, детские школьные и дошкольные учреждения, предприятия пищевой промышленности о общественного питания. Следует отметить, что водоочистные установки, коллективного пользования, уже применяются во многих промышленно развитых странах. В Украине также получают признание системы питьевого водоснабжения (СПВ), сооружаемые параллельно существующему централизованному хозяйственно - питьевому водопроводу. Поскольку расход воды в сотни раз меньше, чем в хозяйственно - питьевых системах, СПВ могут быть созданы достаточно быстро и с небольшими капиталовложениями. Одним из вариантов реализации СПВ является устройство микрорайонных пунктов доочистки питьевой воды.
Здесь возможно несколько подвариантов:
     а) вода отбирается из водопроводной сети, дополнительно очищается в специальной установке, а затем реализуется населению в его собственную тару;
     б) источником водоснабжения является находящаяся поблизости артезианская скважина, вода из которой при необходимости очищается, обеззараживается, а затем реализуется;
     в) вода очищается в одной или нескольких станциях, расположенных в пределах населенного пункта (аналогично варианту бутылирования), а затем специальными автоцистернами доставляется в микрорайонные пункты, заливается в баки - накопители, из которых отпускается потребителям. Анализ современных технологических схем очистки воды указывает, по нашему мнению, перспективность использования в составе установок мембранных технологий, в частности и использованием метода обратного осмоса. Применение мембранной технологии на основе методов обратного осмоса имеет целый ряд преимуществ, которые заключаются в следующем:
     1. Вода не претерпевает фазовых превращений (испарения или замерзания), что обеспечивает низкою энергоемкость способа, по сравнению с известными методами ее деминерализации.
     2. Высокая селективность мембран (особенно полиамидных), которая достигает в среднем 96%.
     3. Низкие эксплуатационные затраты.
     4. Простота технологической схемы, легко поддающаяся автоматизации.
     5. Технически простой контроль качества очищенной воды (например, по ее удельной электропроводности).
     6. Экологичность способа, который достигается благодаря тому, что, во-первых, вторичный продукт не складируется и не требует переработки, а сливается в канализацию; во-вторых, не применяются реагенты (типа NaCl, NaOH, H2SO4) для регенерации мембран, а следовательно нет проблемы обработки регенерационных растворов, опасно загрязняющих окружающую среду, и отсутствуют затраты на приобретение реагентов.
     7. Имеет место полная бактерицидная обработка воды благодаря совмещению схем деминерализации воды и ее обеззараживания за счет малости диаметра пор мембран, не пропускающих бактерии.
     8. Прогрессирующее развитие техники способа, поскольку мембранные технологии получают все большее развитие в мировой практике не только для очистки воды, но также для достижения других целей в химической, электронной, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Можно прогнозировать совершенствование и удешевление производства мембран.
     К недостаткам способа обратного осмоса следует отнести
     1. Высокие капитальные затраты, составляющие, например, для установки 1 м3/час 6000 у.е. Однако с увеличением производительности установок эти затраты будут существенно снижаться. Кроме того, следует отметить, что в процессе работы низкие эксплуатационные расходы способствуют быстрой окупаемости установки.
     2. Низкая селективность мембран по газам (особенно H2S, HN3, размеры молекул которых очень малы). Поэтому при доочистке артезианских вод может потребоваться монтаж деаэратора. Следует отметить, что этот недостаток присущ не только методу обратного осмоса, но и другим способам с применением мембран.
     3. Практическое отсутствие промышленного производства мембран в Украине. Лучшими производителями мембран являются фирмы США, Франции, Германии, Японии. Мембраны производятся также в России.
     4. Отсутствие пролонгирующего бактерицидного эффекта. Как и при ультрафиолетовом облучении (УФ), озонировании вода обеззараживается единожды, т.е. в установке. Попадая в раздаточную трубу, вода уже не содержит окислителя (типа хлора), который продолжает убивать бактерии. Для исключения этого недостатка рекомендуется применять анодное растворение серебра (0,01 мг/л). При такой концентрации серебра в воде ингибируется (подавляется) рост бактерий.
     5. Низкое солесодержание очищенной воды (менее 50 мл/л), несоответствующее нормам СанПИНр 136/1940/21 "Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения" (требуется 100-1000 мл/л в зависимости от вариантов реализации очищенной воды). Поэтому деминерализованную воду надо пропускать через мел, доломиты или смешивать с обычной водопроводной водой.