автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование и оптимизация работы установок очистки воды методом ультрафильтрации

На правах рукописи

АНДРИАНОВ АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ВОДЫ МЕТОДОМ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, канализация и строительные

системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете

Научный руководитель

доктор технических наук Первое Алексей Германович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Залётова Нина Анатольевна

кандидат технических наук Говорова Жанна Михайловна

Ведущая организация:

ГУГТ «МосводоканалНИИпроект»

Защита диссертации состоится « 2003 г. в ауд.

/" / £Г) на заседании диссертационного совета Д 212.138.10 при

Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Орлов В.А.

2.0 Р5-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Снабжение населения качественной питьевой водой представляет важную научную и практическую задачу. Ужесточение нормативных требований к качеству питьевой воды требует создания более совершенных технологий очистки, обеспечивающих гарантированное качество очищенной воды вне зависимости от колебаний состава воды в источниках в силу природных, экологических или технологических факторов.

В связи с поиском новых решений в сфере подготовки питьевой воды во всем мире проводятся исследования возможностей новой современной технологии - мембранной ультрафильтрации. Этот метод находит все более широкое применение для питьевого и промышленного водоснабжения и позволяет получать воду, отвечающую современным нормативным требованиям.

Ультрафильтрационные мембраны эффективно извлекают из воды тонкодисперсные и коллоидные примеси, высокомолекулярные вещества, водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы. При этом они практически не задерживают растворенные в воде соли, что позволяет сохранить естественный солевой состав природной воды. Особенность мембранной технологии ультрафильтрации заключается в том, что задержанные на поверхности мембраны загрязнения удаляются с помощью периодических гидравлических промывок.

В отличие от классических методов фильтрования, мембраны исключают проскоки загрязнений на завершающем этапе фильтроцикла и обеспечивают практически неизменное качество очищенной воды независимо от колебаний ее состава и температуры в источнике. Кроме того, мембраны позволяют обрабатывать воду с высоким содержанием взвешенных веществ. Применение ультрафильтрации позволяет избежать попадания в очищенную воду бактерий, остаточного алюминия, хлорорганических соединений.

К преимуществам метода ультрафильтрации также относят: полное задержание всех патогенных микроорганизмов, низкое потребление электроэнергии, отсутствие или малое потребление реагентов. Кроме того, мембранные установки очень компактны, просты в монтаже и эксплуатации, легко автоматизируются.

Всё это позволяет рассматривать ультрафильтрацию как альтернативу традиционным процессам осветления, обесцвечивания и

обеззараживания воды.

Метод ультрафильтрации также эффективен и для обезжелезивания подземных вод. Применение ультрафильтрации дает возможность значительно сократить объем аэрационных и фильтровальных сооружений благодаря компактности установок и высокой степени задержания коллоидных частиц гидроксвда железа.

Несмотря на бесспорную эффективность ультрафильтрационного метода очистки воды, опыт применения и эксплуатации мембранных установок на его основе в отечественной практике накоплен недостаточно, что затрудняет их широкое внедрение. В силу своей природы ультрафильтрационные мембраны подвержены загрязнению органическими и неорганическими веществами, содержащимися в природных водах, а также биологическому обрастанию. Неконтролируемый процесс накопления таких осадков при неправильной эксплуатации установки может быстро привести к необратимому ухудшению характеристик мембранных аппаратов.

Целью настоящей работы стало изучение процессов, происходящих на поверхности мембран при обработке природных вод, и научное обоснование принципов выбора такого режима эксплуатации, который обеспечивал бы эффективное и своевременное удаление загрязнений с поверхности мембран с помощью обратных промывок. На основании полученных опытных данных автором ставилось целью научно обосновать возможность получения питьевой воды из поверхностных и подземных источников с помощью мембранного метода ультрафильтрации, разработать методику определения эксплуатационных параметров и прогнозирования работы ультрафильтрационной установки в зависимости от состава исходной воды; экономически обосновать целесообразность использования новой технологии.

Научная новизна работы.

1. Предложена собственная модель прогнозирования падения производительности ультрафильтрационных мембран, вследствие их загрязнения коллоидными, органическими и биологическими осадками, учитывающая постепенное накопление загрязнений, не удаляемых обратными промывками.

2. Научно обосновано применение ультрафильтрации для получения питьевой воды из поверхностных и подземных источников на основе оценки работоспособности мембран для различных видов исходной воды.

3. Разработана экспериментальная методика, позволяющая в течение короткого'времени определить оптимальный режим эксплуатации (рабочие давления, * частоту и продолжительность обратных промывок)

ультрафильтрационной установки очистки воды, дать прогноз ее работы в течение заданного времени и выбрать технологическую схему установки и тип мембран в зависимости от качества воды и типа водоисточника.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика расчета параметров работы ультрафильтрационной установки, которая дает возможность избежать преждевременного загрязнения мембран и выхода их из строя.

2. На основе исследований, проведенных на лабораторных и промышленных установках, предложены рекомендации по выбору типа мембран и технологической схемы установки, позволяющие добиться лучшего качества питьевой воды с наименьшим потреблением реагентов.

3. Установлены наиболее оптимальные режимы аэрации и тип мембран для разных составов подземной воды и содержания железа.

4. Научно обоснован способ очистки подземных и поверхностных вод с помощью ультрафильтрации и разработаны конструкции установок, значительно сокращающие себестоимость воды по сравнению с традиционными сооружениями, использующими коагуляцию, отстаивание и фильтрование. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии на малых объектах (с водопотреблением 100-200 м3/сутки) составляет около 80 тысяч рублей в год.

Апробация работы.

Результаты и основные положения работы были доложены на следующих конференциях:

— Международный научно-практический семинар «Мембранные технологии очистки природных и сточных вод на службе человека в XXI веке». Москва, 26-27 марта 2003 г.

— Европейская конференция «Обессоливание и окружающая среда: чистая вода для всех». Мальта, 4-8 мая 2003 г.

— Конференция «Мембранные беседы - 2003». Дубна, 16-19 июня, 2003 г.

Основные положения диссертации изложены в работе «Решение проблем питьевого водоснабжения населения с помощью мембранных установок», получившей второе место на Открытом конкурсе на соискание премии молодым ученым и специалистам в области техники по направлению «Водоснабжение и водоотведение», проводимом ГУЛ «МосводоканалНИИпроект» в 2002 году.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа включает введение, четыре главы, общие выводы, список литературы из 207 наименований и 3 приложения. Диссертация изложена на 221 странице, содержит 74 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе рассмотрена сущность метода ультрафильтрации, основные направления ее развития в современном мире технологий очистки воды. Данный раздел диссертации посвящен изучению устройства и принципов работы существующих ультрафильтрационных систем обработки природной воды: от отдельных мембран до целых установок.

В настоящее время широкое распространение для очистки природных вод получили элементы рулонного типа и аппараты с капиллярными мембранами. Они характеризуются высокой плотностью «упаковки» мембран, благодаря чему достигается большая площадь фильтрования в одном аппарате. Аппараты с капиллярными мембранами выпускаются ГП «ВНИИПВ» (г. Мытищи). Специально для работы в тупиковом режиме на предприятии ЗАО НТЦ «Владипор» (г. Владимир) разработаны конструкции рулонных элементов с улучшенными гидравлическими характеристиками, позволяющие проводить обратные промывки. В аппаратах, предназначенных для обработки природных вод, широко используются мембраны с гидрофильными свойствами, например из ацетата целлюлозы и полиэтерсульфона, которые менее всего подвержены загрязнению при обработке воды, содержащей природные органические соединения.

Существуют два основных режима фильтрования - тупиковый режим, когда вся исходная вода под давлением от 0,5 до 3 - 4 атм профильтровывается через мембрану, и режим фильтрования с поперечным потоком, когда часть исходной воды с большой скоростью пропускается над поверхностью мембраны для поддержания частичек загрязнений во взвешенном состоянии. Наибольшее распространение для очистки природных вод с невысокой мутностью получила схема с тупиковой фильтрацией. Такой режим характеризуется простотой конструктивного оформления, низким энергопотреблением и небольшим расходом воды на собственные нужды.

Так как в процессе ультрафильтрации все задерживаемые загрязнения накапливаются на поверхности мембраны, вызывая снижение ее проницаемости, то несколько раз в час эти осадки удаляются с помощью обратных промывок - фильтрации воды в обратном направлении, как и в обычных фильтрах. Такие промывки производятся чаще, чем промывки фильтров с зернистой загрузкой, но при этом их продолжительность составляет всего 10-60 секунд, поэтому объем сбрасываемой воды не превышает 5% от объема фильтрата.

Схема с тупиковой фильтрацией была взята за основу при проведении экспериментов на лабораторном стенде и разработке конструкций пилотных и промышленных установок.

Важной проблемой при эксплуатации ультрафильтрационных установок является загрязнение мембран веществами, содержащимися в природных водах. Выяснение причин загрязнения мембран, оценка влияния различных факторов, осуществление контроля и прогнозирование этого процесса - основная задача проведенных исследований.

Можно выделить несколько видов загрязнения микро- и ультрафильтрационных мембран - образование осадков коллоидных и взвешенных веществ, загрязнение органическими веществами и биологическое обрастание. Осадки взвешенных и коллоидных частиц оказывают наибольшее влияние на падение производительности. Органическое и биологическое загрязнение мембран характеризуется более медленными темпами прироста, и его отрицательный эффект проявляется в постепенном снижении производительности мембранных аппаратов. Биологические отложения и органические осадки трудно поддаются удалению гидравлическими промывками, поэтому для восстановления первоначальной проницаемости применяют химические промывки.

Использование этого метода очистки воды развивается по трем основным направлениям.

Первое направление - осветление и обеззараживание подземных вод, а также доочистка воды после традиционных сооружений - получило широкое распространение благодаря тому, что именно мембраны могут обеспечить качество воды, соответствующее требованиям ВОЗ по содержанию патогенных микроорганизмов, например таких, как 01агсИа и СгурЮвропёнип. Кроме того, в очищенной воде практически не содержится взвешенных и коллоидных веществ, в том числе трехвалентного железа и алюминия, снижается содержание органических соединений.

Второе направление связано с предочисткой воды, подаваемой на обратноосмотические аппараты. Использование ультрафильтрадии позволяет продлить срок службы мембранных элементов, отказаться от использования патронных микрофильтров предочистки, увеличить полезную производительность и сократить число химических промывок.

Наибольший интерес, на наш взгляд, представляет третье направление развития ультрафильтрации - получение воды питьевого качества непосредственно из поверхностных и подземных источников без применения дополнительных ступеней очистки и реагентов.

Изучение отечественного и зарубежного опыта создания мембранных установок показывает, что в настоящее время существует множество различных технологических решений в области обработки поверхностных и подземных вод методом ультрафильтрации. Однако необходимо отметить, что четких рекомендаций по выбору схемы очистки и параметров эксплуатации не существует. Кроме того, в отечественной и зарубежной литературе крайне мало информации, касающейся устройства мембранных установок очистки воды и схем автоматизации их работы. Следовательно, возникает необходимость в дальнейшем изучении ультрафильтрационного метода обработки воды, разработке технологических схем и, самое главное, - разработке методов подбора эксплуатационных параметров (давления фильтрования и обратной промывки, продолжительности фильтроцикла и промывки), обеспечивающих длительную работу ультрафильтрационных аппаратов. Также требуется проведение технико-экономического анализа данного метода очистки воды на основе данных, полученных в результате создания и эксплуатации установок с использованием отечественных комплектующих.

Вторая глава диссертации посвящена изучению механизма загрязнения ультрафильтрационных мембран при обработке природных вод. Анализ имеющихся литературных данных позволяет сделать вывод, что основной причиной падения производительности является отложение коллоидных и взвешенных частиц как органического, так и неорганического происхождения на поверхности и в порах мембраны, сопровождающееся закупориванием пор и образованием слоя осадка. Вместе с этим происходит процесс сорбции органических веществ на материале мембраны, вызывающий дополнительное увеличение ее сопротивления.

Однако противоречивость некоторых сведений относительно влияния отдельных фракций органических примесей, встречающихся в природных водах, на падение производительности мембран, а также

О 10 20 30 40 50 60

Время ^ мин

а)

Время 1, мин б)

Рис. 1. Зависимости удельной производительности от времени, полученные при фильтровании раствора гидроксида железа (Ш) различной концентрации (а) через ультрафильтрационные мембраны с различным размером пор (б).

отсутствие единой модели, описывающей механизм загрязнения мембран коллоидными и взвешенными частицами, потребовали дальнейшего

экспериментального и теоретического изучения процессов, происходящих на поверхности ультрафильтрационных мембран при очистке поверхностных и подземных вод.

Для выяснения закономерностей загрязнения ультрафильтрационных мембран были подробно рассмотрены и экспериментально проверены вопросы влияния различных факторов на падение производительности мембран в процессе фильтрования. Показано, что наибольшее влияние на падение производительности оказывают концентрация взвешенных частиц, соотношение размеров частиц и пор мембраны и удельное сопротивление слоя осадка. На рис. 1 приведены полученные зависимости падения производительности для мембран с различным размером пор при различных концентрациях взвешенных веществ в исходной воде.

Процесс фильтрования в тупиковом режиме для малоконцентрированных суспензий, какими являются природные воды, можно разделить на две основные стадии: фильтрование с постепенным закупориванием пор и образование осадка. Границы между двумя стадиями размыты и, как правило, одновременно может происходить несколько процессов: например закупоривание пор и отложение частичек на поверхности мембраны. Поэтому классические уравнения фильтрования недостаточно точно описывают механизм загрязнения ультрафильтрационных мембран, и, следовательно, необходимо привлекать комбинированные уравнения, учитывающие несколько процессов.

Большинство известных моделей, описывающих процессы загрязнения мембран, основаны на уравнении фильтрования с образованием осадка. Однако при обработке природных вод образованию осадка на поверхности ультрафильтрационных мембран предшествует продолжительный период времени, в течение которого происходят процессы закупоривания пор мембраны и первоначальное накопление частиц загрязнений на ее поверхности. Наличие переходного периода обусловлено относительно высоким сопротивлением ультрафильтрационных мембран; этот период необходимо учитывать при прогнозе падения их производительности.

Анализ полученных нами экспериментальных данных по фильтрованию речной воды и модельных растворов бентонита и трехвалентного железа на ультрафильтрационных мембранах показал, что наиболее точно этот процесс описывается следующим уравнением:

•О-«"-)

(1)

где I - поток через единицу площади поверхности мембраны, ДР - перепад давления на мембране; Я = + + -

сопротивление мембраны соответственно до и после закупоривания пор = (0,5 - 1,6)-Кот>; Яадс, Ивиол - дополнительное сопротивление мембраны за счет адсорбционного и биологического загрязнения; ц - динамическая вязкость; а - коэффициент закупоривания пор;

М-К '

а - коэффициент пропорциональности (а = Ю...300х103 м^кг), Сисх -концентрация взвешенных веществ в исходной воде;

Ь - коэффициент образования осадка: Ь = гт-Сисх-(ДР/ц)-1;

гт - удельное сопротивление осадка (для гидроксида трехвалентного железа гш = 9...10х1014 м/кг), t - время.

Помимо процессов накопления осадка и закупоривания пор, при очистке природных вод происходит сорбция различных веществ на материале мембраны, и это явление также необходимо учитывать при прогнозе работы установок. Для выяснения влияния сорбционного загрязнения мембраны на падение ее производительности нами проводились эксперименты на модельном растворе трехвалентного железа и имитате цветности. Опыты показали, что наибольшее влияние на падение производительности оказывают природные органические соединения.

Влияние сорбционного загрязнения мембран на ее сопротивление учитывается следующей формулой:

IV = 1**,-^ .(1-е1*), (2)

где кадС- коэффициент величины адсорбции, показывающий увеличение сопротивления мембраны в зависимости от ее начального сопротивления и концентрации загрязнений в исходной воде; р - коэффициент скорости адсорбции.

Коэффициенты кадС и р определяются экспериментально и зависят от материала мембраны и состава исходной воды.

Третья глава посвящена исследованию процессов накопления и удаления осадков при обратной промывке, оптимизации и прогнозированию работы ультрафильтрационных установок очистки воды.

Проведенный анализ имеющихся исследований, посвященных данному вопросу, показал, что большинство моделей, описывающих процесс обратной промывки, не учитывает постепенное накопление осадка, остающегося в мембранных аппаратах после промывок. Существующие

модели позволяют определить оптимальные продолжительности фильтро-цикла и обратной промывки, но не дают возможности прогнозировать падение производительности в течение длительного времени. Для описания постепенного загрязнения мембран предлагаются различные коэффициенты, не отражающие в полной мере физическую сущность процессов, происходящих на поверхности мембран.

В ходе изучения процесса удаления осадков с поверхности мембран при обратной промывке, был сделан вывод, суть которого заключается в том, что даже при оптимальной продолжительности промывки на мембране остается часть загрязнений. Постепенно накапливаясь, эти загрязнения вызывают медленное падение производительности, и в конечном итоге возникает необходимость в химической регенерации мембранных аппаратов. В реальных условиях невозможно установить такую длительность промывки (с учетом увеличения расхода промывной воды), при которой удалялись бы все загрязнения с поверхности мембраны. Поэтому при эксплуатации мембранных установок невозможно избежать постепенного уменьшения производительности, но можно свести это отрицательное явление к минимуму.

Нами проводились исследования по оптимизации процесса обратной промывки на модельном растворе железа (III). Дня заданной концентрации железа в исходной воде на эффективность обратной промывки будут влиять: интенсивность промывки (давление и длительность обратной промывки) и интервал между промывками (продолжительность фильтроцикла). Цель экспериментов состояла в определении оптимальных величин продолжительностей фильтроцикла и промывки для различного состава обрабатываемой воды. Значения вышеуказанных параметров должны соответствовать наибольшему количеству очищенной воды, полученной в течение заданного времени.

Эксперименты были разбиты на серии с различной продолжительностью обратной промывки. Внутри каждой серии при фиксированной длительности обратной промывки менялась продолжительность фильтроцикла. Изменение производительности мембранного аппарата в зависимости от концентрации железа в исходной воде показано на рис. 2. Для каждой серии определялись общие объемы фильтрата Уф и промывной воды Ущ,.

Поиск оптимальных соотношений длительности фильтроцикла и промывки производился по максимальной полезной производительности мембранного аппарата, которую можно определить как Упол = Уф - Ущ,. Сначала оптимальные точки находятся отдельно для каждой продолжитель-

ч Ч к К К-

УАМ -150 ^Чч-

- -»- 5 мг/л - -•-10 мг/л

1 з мг/л

15

20

0 5 10

Время 1, ч

Рис. 2. Снижение производительности мембранного аппарата с течением времени для различных концентраций железа в исходной воде. Продолжительность фильтроцикла - 60 мин, продолжительность промывки - 30 с.

ности промывки. Затем полученные кривые зависимости полезного объема чистой воды от продолжительности фильтроцикла сводятся на один график, и по точкам максимумов этих кривых строится результирующая кривая, которая позволяет найти оптимальную длительность обратной промывки (рис. 3).

4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

I -*-60с -»-45 с -♦-30 с -♦-15 с

Г

1 1

1 • ТОЧ! -•- са оптимума - -

0 20 40 60 80

Продолжительность фильтроцикла Ц, мин

Рис. 3. Определение оптимальной продолжительности фильтроцикла: а) при продолжительности промывки 30 с; б) для разных продолжительностей фильтроцикла - сводный график. Концентрация железа в исходной воде -10 мг/л.

В ходе экспериментов определялось количество осадка, остающегося в мембранных аппаратах после обратных промывок. По полученным данным в работе построены зависимости производительности и эффективности промывки от массы накопленного осадка.

В процессе экспериментов установлено, что оптимальное соотношение давления промывки и фильтрования составляет АРпр/АРф » 2.

Разработанная методика поиска оптимального режима эксплуатации установки позволяет определять продолжительность и частоту обратных промывок и рабочие давления для различных концентраций загрязнений в обрабатываемой воде.

Для возможности прогнозирования эффективности обратной промывки при обработке воды различного состава, были изучены закономерности удаления осадков во время обратных промывок. Для этого была проведена серия экспериментов - фильтроциклы с обратными промывками - на лабораторной установке с мембранной ячейкой, моделирующей участок рулонного элемента и позволяющей проводить визуальные наблюдения за процессами накопления и удаления осадков на поверхности мембраны.

В процессе экспериментов определялось количество взвешенных веществ, отложившихся на мембране и содержащихся в промывной воде в различные моменты времени. В опытах варьировалось содержание взвешенных веществ (суспензия бентонита и гидроокись железа (Ш)) в исходной воде (5-50 мг/л) давление фильтрования (1-3 атм) и продолжительность фильтроцикла (15-120 мин). Результаты одной из серий экспериментов приведены на рис. 4. На графиках видно, что чем больше продолжительность фильтроцикла, то есть, чем больше образовывается осадка на мембране, тем меньше эффективность обратной промывки.

На основе проведенных экспериментов разработана модель, которая отражает особенности образования и удаления осадка внутри мембранных аппаратов. Ниже приведены основные положения, которые легли в основу модели:

- поток через загрязненную мембрану в общем виде описывается уравнением (1). Сопротивление потоку через мембрану складывается из сопротивления мембраны с частично закупоренными порами (1^+11;), дополнительного сопротивления за счет адсорбции различных веществ (1^) и биологического обрастания (К&юл);

- очистка мембраны при проведении обратных промывок включает следующие процессы:

0 10 20 30 40 50 60 Продолжительность промывки I«,, с

Рис. 4. Количество удаленного осадка в зависимости от продолжительности обратной промывки и фильтроцикла. Продолжительность фильтроцикла показана на графике. Мо - количество осадка на мембране перед обратной промывкой. Концентрация взвешенных веществ (суспензия бентонита) в исходной воде - 20 мг/л. Давление фильтрования - 1,5 атм, давление обратной промывки - 3 атм.

1) удаление осадка, которое подчиняется следующему закону:

к' ДР_

М0СТ=М0-ехр(-^--(1-ехр(-ки—^))t), (3)

м§ ДРф

где Мо и Мост - масса осадка на мембране до и после обратной промывки; к' - коэффициент удаления осадка при обратной промывке (к' -0,0005 - 0,001); к" - коэффициент влияния соотношения давления обратной промывки и фильтрования (к" = 0,7 - 1,0); кобр - коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления мембраны при прикладывании обратного давления (1,5 - 4); с - показатель степени, учитывающий влияние первоначального количества осадка на мембране на скорость его удаления при обратной промывке (с = 0,5 - 0,6);

2) раскупоривание пор:

R'3=R3.exp(-k,„Ä, (4)

ДРФ

где R'3 - дополнительное сопротивление за счет закупоривания пор после обратной промывки; к»* - коэффициент раскупорки пор, учитывающий влияние давления обратной промывки (к^ = 0,7 -1,0).

Определение производительности мембраны после промывки определяется с учетом оставшегося на мембране осадка:

]тч=-—-. (5)

m

Для определения падения производительности в течение длительного времени последовательно для каждого фильтро цикла определяют падение производительности внутри фильтроцикла, количество осадка на мембране до и после обратной промывки, степень адсорбционного загрязнения. Расчеты выполняются в циклическом режиме и их удобнее проводить с применением ЭВМ. Для проведения расчетов автором была написана программа для MS Excel, позволяющая определять падение производительности и оптимальный режим работы ультрафильтрационной установки.

Для определения эксплуатационных параметров работы ультрафильтрационной установки очистки природных вод разработана экспресс-методика, которая позволяет в короткий срок определить режим работы установки и дать прогноз падения ее производительности и, следовательно, частоту процедур по химической регенерации мембранных аппаратов.

Экспресс-анализ выполняется на лабораторной установке с мембраной ячейкой и занимает не более 1-1,5 часов. Для его проведения необходимо около 20 л исходной воды. Эксперименты включают в себя определение фильтрационных свойств осадка (коэффициент о, удельное сопротивление осадка гш и величина Rj в уравнении падения производительности (1)) и определение эффективности обратной промывки (коэффициенты к', код и с в уравнении обратной промывки (5)). Выбор оптимальных параметров работы (давления и продолжительности прямого фильтрования и обратной промывки) проводится по описанному выше алгоритму. После выбора режима работы определяется падение производительности в течение расчетного периода эксплуатации.

Четвертая глава посвящена внедрению результатов исследований, разработке и эксплуатации систем очистки природных вод методом ультрафильтрации.

В первом разделе рассмотрены вопросы, связанные с определением селективности ультрафильтрационных мембран при обработке поверхностных вод. Большинство исследователей отмечают, что ультрафильтрационные мембраны с размерами пор в диапазоне 0,01-0,1 мкм неэффективно задерживают органические вещества, содержащиеся в природной воде, однако хорошо извлекают взвешенные и коллоидные вещества, в том числе гидроксиды тяжелых металлов, простейшие, бактерии и вирусы. Исключение составляют высокомолекулярные органические соединения, в том числе гуминовые кислоты и их комплексы, по которым удается добиться

более высоких степеней очистки - 50-80%. В процессе загрязнения мембран их задерживающая способность может значительно возрасти.

Для оценки эффективности очистки поверхностной воды с помощью различных ультрафильтрационных мембран были проведены серии экспериментов, показавших, что на мембранах с отсечением по молекулярной массе 10-20 кДа возможно получение воды питьевого качества без дополнительной обработки реагентами. При использовании предварительной коагуляции такие же результаты могут быть получены на мембранах с отсечением 100-200 кДа (размер пор — 0,01-0,05 мкм). Замечено, что осадок, образующийся на мембранах в случае обработке воды коагулянтами, обладает меньшим удельным сопротивлением. Мембраны с бблышим размером пор имеют более высолю проницаемость, поэтому применение коагуляции для повышения степени очистки экономически оправдано. Результаты экспериментов обобщены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели качества (на воде из р. Москва, створ -Новодевичья наб.) Снижение содержания в очищенной воде, %%

Без коагуляции С коагуляцией

УВА-20-ПС-1040* УАМ-50 УАМ-150 УАМ-50 УАМ-150

Мутность 75 75-95 70-80 до 100 90-100

Цветность 95 60-70 -20 до 100 30-90

Железо общее 97 75-85 70-80 85-95 85-95

Перманганатная окисляемость 20-30 30-35 5-10 60-70 20-30

Жесткость - -40 0 -40-50 0-5

* вода из р. Ока (г. Коломна)

Рассмотрены варианты применения ультрафильтрации для непосредственной очистки поверхностных вод, для доочистки воды на существующих станциях, для использования в качестве предочистки перед обратным осмосом и нанофилырацией. Получение питьевой воды аз поверхностных источников представляет наиболее сложную задачу, поэтому в зависимости от качества исходной воды схемы с ультрафильтрацией дополняются предварительной коагуляцией, обработкой воды окислителями и активным углем.

Разработаны схемы мембранных установок и рекомендации по их эксплуатации для производственного водоснабжения; для автономного водоснабжения отдельных зданий и улучшения качества воды в точках водоразбора и для водоснабжения малых населенных пунктов.

На рис. 5 показана технологическая схема установки приготовления технической воды для подпитки оборотной системы охлаждения компрессоров на предприятии ОАО «Щуровский цемент» (г. Коломна, Московская обл.). Исходная вода подается по техническому водопроводу из поверхностного источника (р. Ока). Производительность установки -0,5 м3/ч. Для очистки воды использованы половолоконные мембранные модули УВ А-20-ПС-1040 производства ГП «ВНИИПВ».

Рис. 5. Технологическая схема установки очистки воды из поверхностного источника: 1 - магнитный клапан на входе в установку; 2 - фильтр грубой очистки; 3 - обратные клапаны; 4 - ультрафильтрационные аппараты; 5 - магнитные клапаны; 6 - накопительный бак очищенной воды; 7 - насос подачи очищенной воды потребителю; 8 - напорный бак обратной промывки с реле давления; 9 - напорный бак очищенной воды с реле давления; 10 - регулируемый вентиль.

Второй раздел посвящен обезжелезиванию подземной воды с помощью ультрафильтрации. Сделан обзор существующих методов и рассмотрены теоретические основы обезжелезивания воды.

В основе предлагаемого метода обезжелезивания подземных вод ультрафильтрацией лежит окисление кислородом воздуха двухвалентного железа с образованием коллоида гидроксида железа (П1), его коагулирование и выпадение в осадок, который задерживается ультрафильтрацион-

ными мембранами. Образующаяся при окислении гидроокись железа (ГО) очень мало растворима (при рН=4 около 0,05 мг/л, а при высоких pH -тысячные и еще меньшие доли мг/л), но может присутствовать в растворе в коллоидном состоянии. Это позволяет эффективно извлекать из воды трехвалентное железо даже с помощью самых крупнопористых ультрафильтрационных мембран (с размером пор 0,05 - 0,1 мкм).

Нами проводились эксперименты, целью которых было выяснение эффективности очистки воды от железа с помощью различных ультрафильтрационных мембран и определение оптимальных параметров работы мембранной установки. Установлено, что степень очистки воды от железа зависит, в первую очередь, от эффективности процесса аэрации исходной воды. Селективность ультрафильтрационных мембран с размером пор в диапазоне от 0,005 до 0,1 мкм практически не меняется по мере их загрязнения и остается очень высокой (98-99%), поэтому для проведения процесса обезжелезивания достаточно упрощенной аэрации исходной воды. По результатам испытаний рекомендовано применение крупнопористых мембран (типа УАМ-1000), обладающих высокой удельной производительностью.

Разработаны технологические схемы обезжелезивания артезианских вод с различным содержанием железа и сероводорода. Для установок малой производительности разработана система автоматизации обратных промывок, позволяющая без применения электронных реле времени регулировать продолжительность и частоту обратных промывок. На основе предложенной технологии была сконструирована и внедрена в эксплуатацию ультрафильтрационная установка кондиционирования артезианской воды производительностью 1 м3/ч (пос. Селятино, Наро-Фоминский район, Московская обл.). Содержание железа в исходной воде составляет 3-4 мг/л. Аэрация воды проводится с помощью мини-воздуходувки. Работа ультрафильтрационных аппаратов с мембранами марки УАМ-1000 проходит в тупиковом режиме. Продолжительность фильтроцикла и промывки составляет соответственно 40 мин и 20 с. Расход промывной воды не превышает 2%.

Для оценки экономической эффективности предлагаемой технологии подготовки питьевой воды проведено технико-экономическое сравнение для случаев очистки поверхностных вод и обезжелезивания подземных вод. Сравнение выполнено для установок «Струя» и «Деферрит» (НИИ КВОВ) производительностью 100 мэ/сутки. Годовой экономический эффект, который может быть получен от внедрения ультрафильтрационных

установок производительностью 100 »//сутки составляет 75 - 80 тыс. рублей. Сделан вывод о наибольшей эффективности (по капитальным и эксплуатационным затратам, а также по габаритам) применения установок производительностью 100 - 200 м3/сутки.

Общие выводы

1. Анализ литературных данных свидетельствует о стремительном росте новой технологии очистки поверхностных вод для целей питьевого и технического водоснабжения - ультрафильтрации. Применение таких ультрафильтрационных установок в централизованном водоснабжении позволяет снизить количество потребляемых реагентов и избежать попадания в очищенную воду бактерий, вирусов, взвешенных веществ, остаточного алюминия и других загрязнений. Наибольшую сложность в использовании мембранных установок представляет подбор типа мембран и режимов эксплуатации, позволяющих избежать преждевременного выхода мембранных модулей из строя.

2. Экспериментально изучен механизм образования и роста отложений содержащихся в воде взвешенных веществ и бактерий на поверхности ультрафильтрационных мембран и их влияние на снижение производительности. Показано, что характер падения производительности ультрафильтрационных мембран зависит от концентрации взвешенных и коллоидных веществ в исходной воде и соотношения размеров пор мембраны и задерживаемых частиц.

3. Рассмотрены процессы сорбции гуминовых веществ и гидроокиси железа на ультрафильтрационных мембранах. Показано, что наибольшее влияние на падение производительности мембран оказывают органические соединения, содержащиеся в природных водах. Для обезжелезивания подземных вод с помощью ультрафильтрации по результатам экспериментов были рекомендованы мембраны из ацетата целлюлозы.

4. Изучен механизм удаления осадков взвешенных веществ при обратных промывках мембранных аппаратов. По результатам экспериментов предложена математическая модель прогноза снижения производительности ультрафильтрационных мембран как в течение одного фильтроцикла, так и в течение длительного срока эксплуатации. Данная модель учитывает свойства осадка и сопротивление используемых мембран, а также процесс закупоривания пор, происходящий на начальной стадии фильтрования.

5. На основе предложенной модели разработана компьютерная программа оптимизации работы ультрафильтрационных установок в зависимости от состава исходной воды. Модель позволяет определить оптимальные параметры эксплуатации установок (продолжительность фильтроцикла и обратной промывки, рабочие давления), соответствующие минимальным значениям расхода воды на собственные нужды, и построить прогноз снижения производительности мембран в зависимости от времени работы и количества фильтроциклов.

6. Разработана экспериментальная методика технологического анализа работы ультрафильтрационных установок, состоящая в определении закономерностей снижения производительности мембран в течение фильтроцикла и эффективности удаления загрязнений во время обратной промывки в зависимости от ее давления и продолжительности. Полученные в экспериментальные данные используются в разработанной программе для определения оптимальных параметров работы установки на воде заданного состава.

7. Разработаны конструкции и схемы ультрафильтрационных установок для очистки подземных вод от железа и осветления поверхностных вод с использованием мембранных аппаратов отечественных производителей. Даны рекомендации по выбору наиболее оптимальных типов мембран. Для обезжелезивания подземных вод рекомендованы к применению ацетатцеллюлозные мембраны с размером пор 0,05 - 0,1 мкм, а для обработки поверхностных вод - мембраны с гидрофильными характеристиками и с размером пор 0,005 - 0,01 мкм (с отсечением по молекулярной массе 10 - 30 кДа). При использовании предварительной коагуляции возможно применение мембран с размером пор 0,02 - 0,05 мкм (с отсечением 100 - 150 кДа). Приведенные данные пилотных испытаний свидетельствуют об эффективности и надежности метода ультрафильтрационной очистки воды.

8. Проведено технико-экономическое сравнение ультрафильтрационных установок с традиционными («Струя» и «Дефферит»). Сделан вывод о наибольшей эффективности разработанных установок при водопотребле-нии до 100 - 200 м3/сут. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии для очистки поверхностных и подземных вод, определенный для установки производительностью 100 м3/сут, составляет 75 - 80 тысяч рублей в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Первое А.Г., Мотовилова Н.Б., Андрианов А.П. / Ультрафильтрация - технология будущего // Водоснабжение и сан. техника. 2001. №9. стр. 9-12.

2. Макаров Р. И., Первов А. Г., Андрианов А. П. Прогноз качества воды, обработанной с помощью нанофильтрационных мембран ОПМН // Критические технологии. Мембраны. 2002. №15, стр. 3-9.

3. Первов А.Г., Макаров Р. И., Андрианов А.П., Ефремов Р.В. / Мембраны: новые перспективы освоения рынка питьевой воды // Водоснабжение и сан. техника. 2002. №10, стр. 26-29.

4. Андрианов А.П. Получение питьевой воды с помощью мембранного метода ультрафильтрации. // Эколог, системы и приборы. 2003. №4, стр.15-18.

5. Pervov A. G., Andrianov А. P., Efremov R. V. A new solution for Caspian Sea desalination: low pressure membranes. (Presented at the European Conference on Desalination and the Environment: Fresh Water for All, Malta, A— 8 May 2003. EDS, IDA) // Desalination. 2003. Vol.157, p. 377 - 384.

6. Андрианов А.П. Получение питьевой воды с помощью мембранного метода ультрафильтрации. // Шестая традиционная (Первая международная) научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, Москва, 21-22 мая 2003г. Материалы конференции, Т. 1, стр. 87-92.

7. Андрианов А.П., Первов А.Г. Оптимизация процесса обработки воды методом ультрафильтрами. // Водоснабжение и сан. техника. 2003. №6, стр.7-9.

КОПИ-ЦЕНТР св. 77:07:10429 Тираж 100 экз. тел. 185-79-54

г. Москва м. Бабушкинская ул. Енисейская 36 комната №1 (Экспериментально-производственный комбинат)

Иб8 4 3 '

Условные обозначения.

Введение.

Глава. 1. Современное состояние проблемы получения гольевой воды методом ультрафильтрации.

1.1. Общие положения.

1.2. Сущность и описание процесса ультрафильтрации.

1.3. Материалы для изготовления ультрафильтрационных мембран.

1.4. Конструкции ультрафильтрационных аппаратов.

1.5. Сравнение различных режимов работы ультрафильтрационных аппаратов.

1.6. Проблемы загрязнения ультрафильтрационных мембран.

1.6.1. Виды загрязнений, образующихся на ультрафильтрационных мембранах при обработке природных вод.

1.6.2. Влияние биологического фактора на загрязнение мембран.

1.6.3. Методы борьбы с загрязнением мембран.

1.7. Технологические схемы очистки воды с применением ультрафильтрационных мембран.

1.7.1. Технологические схемы очистки воды из поверхностных источников методом ультрафильтрации.

1.7.2. Применение ультрафильтрации для обеззараживания воды.

1.7.3. Применение ультрафильтрации в качестве предочистки перед обратным осмосом.

1.7.4. Установки для ультрафильтрации.

1.8. Выводы по главе 1.

Глава 2. Теоретическое и экспериментальное изучение образования осадков коллоидных частиц на ультрафильтрационных мембранах.

2.1. Постановка задачи исследовании.

2.2. Теоретические представления о механизме загрязнения ультрафильтрационных мембран при обработке природных вод.

2.3. Обзор литературы по моделированию падения производительности ультрафильтрационных мембран в течение фильтроцикла.

2.3.1. Введение в теорию фильтрования.

2.3.2. Механизмы загрязнения микро- и ультрафильтрационных мембран при обработке природных вод.

2.3.3. Модели, описывающие начальную стадию загрязнения мембран.

2.3.4. Фильтрование с образованием осадка.

2.3.5. Гель-поляризационная модель падения производительности.

2.4. Экспериментальные исследования процесса загрязнения ультрафильтрационных мембран при очистке природных вод.

2.4.1. Изучение процесса загрязнения мембран коллоидными и взвешенными веществами.

2.4.2. Изучение процессов сорбции на ультрафилырационных мембранах при обработке природных вод.

2.5. Разработка модели загрязнения ультрафильтрационных мембран.

2.6. Выводы по главе 2.

Глава 3. Оптимизация работы ультрафильтрационных установок очистки природных вод.

3.1. Обзор литературы по эксплуатации ультрафильтрационных установок очистки воды.

3.1.1. Моделирование процесса промывки мембран обратным током.

3.1.2. Методы прогнозирования работы и подбора параметров эксплуатации ультрафильтрационной установки.

3.2. Экспериментальное изучение механизма обратной промывки.

3.2.1. Эксперименты по оптимизации процесса ультрафильтрации.

3.2.2. Эксперименты по определению эффективности обратной промывки

3.3. Разработка модели падения производительности ультрафильтрационных аппаратов с течением времени.

3.4. Алгоритм расчета падения производительности ультрафильтрационной установки в процессе эксплуатации.

3.5. Разработка экспресс-методики определения эксплуатационных параметров работы ультрафильтрационной установки.

3.5.1. Экспресс-методика.

3.5.2. Определение постоянных фильтрования.

3.5.3. Определение эффективности обратной промывки.

3.5.4. Влияние биологического фактора на загрязнение мембран.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Внедрение результатов исследований. Разработка и эксплуатация установок очистки природных вод методом ультрафильтрации.

4.1. Обработка воды, содержащей природные органические вещества, с помощью ультрафильтрации.

4.1.1. Характеристика органических веществ, содержащихся в природной воде.

4.1.2. Задержание природных органических примесей ультрафильтрационными мембранами.

4.1.3. Экспериментальное изучение возможностей метода ультрафильтрации для получения питьевой воды из поверхностных источников.

4.1.4. Разработка установок для очистки поверхностных вод.

4.1.5. Разработка установок для производственного водоснабжения, автономного водоснабжения отдельных зданий и улучшения качества воды в точках водоразбора.

4.2. Обработка подземных вод с помощью ультрафильтрации.

4.2.1. Общие сведения о содержании железа в подземных водах.

4.2.2. Теоретические закономерности окисления железа в свободном объеме.

4.2.3. Методы обезжелезивания воды и современные установки обезжелезивания подземных вод малой и средней производительности.

4.2.4. Экспериментальное изучение процесса обезжелезивания с помощью ультрафильтрации.

4.2.5. Разработка технологии обезжелезивания воды с использованием мембранной ультрафильтрации.

4.2.5.1. Рекомендации по применению ультрафильтрационного метода обезжелезивания подземных вод.

4.2.5.2. Установки обезжелезивания подземной воды на основе метода ультрафильтрации.

4.2.5.3. Схема автоматизации установок обезжелезивания воды (на примере установки обезжелезивания минеральной воды «Московская»).

4.3. Технико-экономическое сравнение вновь разработанных ультрафильтрационных установок с уже существующими.

4.3.1. Установки для очистки поверхностных вод.

4.3.2. Установки для обезжелезивания подземных вод.

4.4. Выводы по главе 4.

Мембранные способы разделения находят все более широкое применение как высокотехнологичный процесс для подготовки питьевой, технической и особо чистой воды. Среди них технология мембранной ультрафильтрации в настоящее время переживает настоящий подъем, являясь самой «молодой» технологией с точки зрения ее применения для водоподготовки [1-3]. За последнее десятилетие суммарная производительность станций ультрафильтрации в странах Западной Европы и в США выросла в 100 раз. Во всем мире более 2 млн. м /сут питьевой воды получают с использованием ультрафильтрационных мембран.

Возросший интерес к технологии ультрафильтрации вызван рядом причин и, в первую очередь, поиском новых методов очистки, позволяющих получать питьевую воду высокого качества, отвечающую современным нормативным требованиям. Активное строительство ультрафильтрационных станций для водоснабжения населенных пунктов Великобритании, Германии и США инициировано введением в этих странах новых, более жестких, санитарных норм по микробиологическим показателям. Повышение нормативных требований к качеству питьевой воды вызвано деградацией качества воды во многих поверхностных и подземных источниках.

В настоящее время в мире накоплен большой опыт производства полупроницаемых мембран и эксплуатации систем очистки на их основе, что вместе с научными достижениями ушедшего века подготовило почву для появления нового поколения технологически более тонких процессов очистки воды. К таким процессам относится и ультрафильтрационный метод, позволяющий создавать на его основе компактные, полностью автоматизированные установки, простые и удобные в эксплуатации.

Ультрафильтрация - мембранный процесс, занимающий по своим селективным характеристикам промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны эффективно извлекают из воды тонкодисперсные и коллоидные примеси, высокомолекулярные вещества, водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы. Но при этом они практически не задерживают растворенные в воде соли, что позволяет сохранить естественный солевой состав природной воды. Особенность технологии мембранной ультрафильтрации заключается в том, что задержанные на поверхности мембраны загрязнения удаляются с помощью гидравлических промывок. Высокий уровень очистки, достигаемый с помощью ультрафильтрации, позволяет рассматривать этот метод как альтернативу традиционным процессам осветления, фильтрования и обеззараживания.

С 2002 года вступил в силу СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода», отвечающий рекомендациям Всемирной Организации Здравоохранения. Сегодня требования, предъявляемые к качеству питьевой воды, дополнены рядом новых биологических показателей (клострдии, цисты патогенных микроорганизмов, колифаги), расширен ПДК на ряд токсичных органических соединений, введено ограничение общего содержания органических веществ по показателю перманганатной окисляемости (не более 5мг02/л).

Базовой схемой очистки воды из поверхностных источников является классическая двухступенчатая схема с использованием коагуляции, отстаивания, фильтрования и обеззараживания воды хлором. Существующая схема имеет ряд недостатков: в зимний период коагуляция идет медленно, в очищенной воде наблюдается увеличение содержания остаточного алюминия, а также повышенная цветность и мутность [4]. При обработке маломутных цветных вод отстойники не всегда работают удовлетворительно, и основная нагрузка приходится на фильтры. Для улучшения качества очистки воды от органических соединений, запахов и привкусов схема дополняется озонированием, предварительным хлорированием, сорбционной обработкой с применением активного угля [5-7].

Применение ультрафильтрации позволяет отказаться от таких технологических процессов, как отстаивание и фильтрование. С ее помощью можно добиться улучшения степени осветления воды без увеличения дозы коагулянта, а в ряде случаев - достичь снижения мутности, цветности и окисляемости без использования реагентов.

При использовании артезианских источников для снабжения населения питьевой водой одной из основных задач является их обезжелезивание, так как большинство подземных вод Российской Федерации содержит железо в повышенных концентрациях. Эта проблема особенно актуальна для городского и малоэтажного строительства в Московской области. Преимущество мембраной технологии заключается в том, что ультрафильтрационные мембраны могут задерживать самые мелкие частицы коллоидного железа, поэтому для проведения процесса обезжелезивания достаточно упрощенной аэрации воды. Мембраны могут эффективно работать при любом содержании взвешенных веществ и железа в исходной воде и позволяют одновременно с осветлением обеззараживать воду, что расширяет область их применения в сфере очистки подземных вод.

Наконец, состояние городских водопроводных сетей часто вызывает необходимость доочистки воды, поступающей из городского водопровода, в особенности для объектов с повышенными требованиями к качеству питьевой воды (больницы, предприятия общественного питания, детские учреждения).

Сегодня во всем мире ультрафильтрация как метод очистки и предочистки для получения питьевой и технической воды уже не вызывает сомнений в своей эффективности и конкурентоспособности. Множество зарубежных компаний производят самые различные мембраны, мембранные модули и установки очистки воды на их основе. В нашей стране мембранная ультрафильтрация практически не используется для получения питьевой воды. Развитие мембранной технологии в России сдерживается недостатком практических и теоретических исследований в области применения ультрафильтрации для очистки природных вод, малой информированностью и, следовательно, слабым интересом потребителей к данному методу очистки. Следствием этого является отсутствие широкого производства отечественных ультрафильтрационных мембран и мембранных элементов.

Несмотря на интенсивное развитие ультрафильтрационной технологии за рубежом, многие вопросы все еще остаются недостаточно изученными. В частности, не существует единого мнения о наилучшем типе мембран для обработки природных вод: для этой цели используются как капиллярные, так и плоские (рулонные элементы) мембраны. Отсутствуют четкие критерии, по которым можно оценить необходимость и целесообразность предочистки, обработки воды коагулянтами и окислителями перед подачей на мембранную установку, а также рекомендации по выбору оптимального размера пор мембран и дозы коагулянта. В настоящий момент не разработана теория оптимизации работы ультрафильтрационной установки очистки воды с учетом падения ее производительности с течением времени и эффективности гидравлических промывок, а также надежной экспериментальной методики определения параметров работы установки на воде заданного состава.

Наконец, в силу своей природы ультрафильтрационные мембраны подвержены загрязнению органическими и неорганическими веществами, содержащимися в природных водах, а также биологическому обрастанию. Неконтролируемый процесс накопления таких осадков при неправильной эксплуатации установки может быстро привести к необратимому ухудшению характеристик мембранных аппаратов и выходу их из строя.

Поэтому целью настоящей работы стало изучение механизмов, происходящих на поверхности мембран при обработке природных вод, и научное обоснование принципов выбора такого режима эксплуатации, который обеспечивал бы эффективное и своевременное удаление осадков с поверхности мембран посредством обратных промывок. На основании полученных опытных данных автором ставилось целью научно обосновать возможность получения питьевой воды из поверхностных и подземных источников с помощью мембранного метода ультрафильтрации, разработать методику определения эксплуатационных параметров и прогнозирования работы ультрафильтрационной установки в зависимости от состава исходной воды.

Цель проведенных исследований - дать научно обоснованный подход к новой технологии, которая на протяжении многих лет завоевывает все более прочные позиции в сфере подготовки питьевой и технической воды.

Научная новизна работы. Предложена собственная модель прогнозирования падения производительности ультрафильтрационных мембран, вследствие их загрязнения коллоидными, органическими и биологическими осадками, учитывающая постепенное накопление загрязнений, не удаляемых обратными промывками.

Научно обосновано применение ультрафильтрации для получения питьевой воды из поверхностных и подземных источников на основе оценки работоспособности мембран для различных видов исходной воды.

Разработана экспериментальная методика, позволяющая в течение короткого времени определить оптимальный режим эксплуатации (рабочие давления, частоту и продолжительность обратной промывки) ультрафильтрационной установки очистки воды, дать прогноз ее работы в течение заданного времени и выбрать технологическую схему установки и тип мембран в зависимости от качества воды и типа водоисточника.

Практическая ценность работы. Разработана методика расчета параметров работы ультрафильтрационной установки, которая дает возможность избежать преждевременного загрязнения мембран и выхода их из строя.

На основе исследований, проведенных на лабораторных и промышленных установках, предложены рекомендации по выбору типа мембран и технологической схемы установки, позволяющие добиться лучшего качества питьевой воды с наименьшим потреблением реагентов.

Данные, полученные в ходе эксплуатации пилотной ультрафильтрационной установки обезжелезивания подземной воды, позволяют подобрать наиболее оптимальные режим аэрации и тип мембран для разных составов подземной воды и содержания железа.

Научно обоснован способ очистки подземных и поверхностных вод с помощью ультрафильтрации и разработаны конструкции установок, значительно сокращающие себестоимость воды по сравнению с традиционными сооружениями, использующими коагуляцию, отстаивание и фильтрование. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии на малых объектах (с водопотреблением 100-200 м3/сутки) составляет около 80 тысяч рублей в год.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы были доложены на следующих конференциях:

Международный научно-практический семинар «Мембранные технологии очистки природных и сточных вод на службе человека в XXI веке». Москва, 26-27 марта 2003 г.

Европейская конференция «Обессоливание и окружающая среда: чистая вода для всех». Мальта, 4-8 мая 2003 г.

Первая международная (VI межвузовская) научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности». Москва, 21-22 мая 2003 г.

Конференция «Мембранные беседы - 2003». Дубна, 16-19 июня, 2003 г.

Региональный семинар «Технологии водоподготовки и очистки сточных вод на объектах энергетики». Новосибирск, 24-26 сентября 2003 г.

Основные положения работы изложены в работе «Решение проблем питьевого водоснабжения населения с помощью мембранных установок», получившей второе место на Открытом конкурсе на соискание премии молодым ученым и специалистам в области техники по направлению «Водоснабжение и водоотведение», проводимом ГУЛ «Мосводоканал-НИИпроект» в 2002 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Общие выводы

1. Анализ литературных данных свидетельствует о стремительном росте новой технологии очистки поверхностных вод для целей питьевого и технического водоснабжения - ультрафильтрации. Применение таких ультрафильтрационных установок в централизованном водоснабжении позволяет снизить количество потребляемых реагентов и избежать попадания в очищенную воду бактерий, вирусов, взвешенных веществ, остаточного алюминия и других загрязнений. Наибольшую сложность в использовании мембранных установок представляет подбор типа мембран и режимов эксплуатации, позволяющих избежать преждевременного выхода мембранных модулей из строя.

2. Экспериментально изучен механизм образования и роста отложений содержащихся в воде взвешенных веществ и бактерий на поверхности ультрафильтрационных мембран и их влияние на снижение производительности. Показано, что характер падения производительности ультрафильтрационных мембран зависит от концентрации взвешенных и коллоидных веществ в исходной воде и соотношения размеров пор мембраны и задерживаемых частиц.

3. Рассмотрены процессы сорбции гуминовых веществ и гидроокиси железа на ультрафильтрационных мембранах. Показано, что наибольшее влияние на падение производительности мембран оказывают органические соединения, содержащиеся в природных водах. Для обезжелезивания подземных вод с помощью ультрафильтрации по результатам экспериментов были рекомендованы мембраны из ацетата целлюлозы.

4. Изучен механизм удаления осадков взвешенных веществ при обратных промывках мембранных аппаратов. По результатам экспериментов предложена математическая модель прогноза снижения производительности ультрафильтрационных мембран как в течение одного фильтроцикла, так и в течение длительного срока эксплуатации. Данная модель учитывает свойства осадка и сопротивление используемых мембран, а также процесс закупоривания пор, происходящий на начальной стадии фильтрования.

5. На основе предложенной модели разработана компьютерная программа оптимизации работы ультрафильтрационных установок в зависимости от состава исходной воды. Модель позволяет определить оптимальные параметры эксплуатации установок (продолжительность фильтроцикла и обратной промывки, рабочие давления), соответствующие минимальным значениям расхода воды на собственные нужды, и построить прогноз снижения производительности мембран в зависимости от времени работы и количества фильтроциклов.

6. Разработана экспериментальная методика технологического анализа работы ультрафильтрационных установок, состоящая в определении закономерностей снижения производительности мембран в течение фильтроцикла и эффективности удаления загрязнений во время обратной промывки в зависимости от ее давления и продолжительности. Полученные в экспериментальные данные используются в разработанной программе для определения оптимальных параметров работы установки на воде заданного состава.

7. Научно обосновано применение ультрафильтрации для получения питьевой воды из поверхностных и подземных источников на основе оценки работоспособности мембран для различных видов исходной воды. Разработаны конструкции и схемы ультрафильтрационных установок для очистки подземных вод от железа и осветления поверхностных вод с использованием мембранных аппаратов отечественных производителей. Даны рекомендации по выбору наиболее оптимальных типов мембран. Для обезжелезивания подземных вод рекомендованы к применению ацетатцеллю-лозные мембраны с размером пор 0,05 - 0,1 мкм, а для обработки поверхностных вод - мембраны с гидрофильными характеристиками и с размером пор 0,005 - 0,01 мкм (с отсечением по молекулярной массе 10-30 кДа).

При использовании предварительной коагуляции возможно применение мембран с размером пор 0,02 - 0,05 мкм (с отсечением 100 - 150 кДа). Приведенные данные пилотных испытаний свидетельствуют об эффективности и надежности метода ультрафильтрационной очистки воды.

8. Проведено технико-экономическое сравнение ультрафильтрационных установок с традиционными («Струя» и «Дефферит»). Сделан вывод о наибольшей эффективности разработанных установок при водопотреблении до 100 - 200 м3/сут. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии для очистки поверхностных и подземных вод, определенный для установки производительностью 100 м3/сут, составляет 75 - 80 тысяч рублей в год.

1. Laine J.-M., Vial D., Moulart P. Status after 10 years of operation -overview of UF technology today // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 1, p. 17-25.

2. Wilf I. New membrane research and development achievements. // Desalination and Water Reuse. 2001. V. 10/1, p. 28-33.

3. Журба М.Г. с соав. Очистка цветных маломутных вод, содержащих антропогенные примеси. // Водоснабжение и сан. техника. 1997. №6-7.

4. Ищенко И.Г. Реконструкция водопроводных станций г. Москвы. // Водоснабжение и сантехника. 1999. №8, стр. 4-5.

5. Подковыров В.П., Коверга А.В., Благова О.Е. Технологическая и санитарная надежность водопроводных станций г. Москвы. // Водоснабжение и сан. техника. 1999. №9, стр. 24-26.

6. Абрамов В.М., Медриш Г.Л., Писков М.В. Обеззараживание воды на предприятиях водопроводно-канализационного хозяйства. // Водоснабжение и сан. техника. 1999. №6, стр. 12-13.

7. Schippers J.C., Verdouw J. The modified fouling index, a method of determining the fouling characteristics of water. // Water Life. Proc. Int. Congr. Desalin. and Water Re-Use K.C. Channalasappa Mem, Nice, 1979. V. 3, p. 137-148.

8. Ю.Дубяга В.П., Перепечкин Л.П., Каталевский E.E. Полимерные мембраны. -М.: «Химия», 1981.

9. П.Кремневская Е.А. Мембранная технология обессоливания воды. -М.: Энергоатомиздат, 1994.

10. Трусов Л.И. Новые мембраны Trumem и Rusmem, основанные на гибкой керамике. //Крит, технол. Мембраны. 2001. №9, стр. 20-27.

11. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: Пер. с англ. -М.: Мир, 1999.

12. Ясминов А.А., Орлов А.К., Карелин Ф.Н. Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрацией. -М.: Стройиздат, 1978.

13. Hillis P., Padley М.В., Powell N.I., Gallagher P.M. Effects of backwash conditions on out-to-in membrane microfiltration. // Desalination. 1998. V. 118, p. 197-204.

14. Thompson M.A. Membrane filtration of high turbidity sources. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 2, p. 329-334.

15. Futselaar H. Flexible system design and process operation for water treatment systems. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 2, p. 335-343.

16. Suzuki Т., Watanabe Y., Ozawa G., Ikeda S. Removal of soluble organics an manganese by a hybrid MF hollow fiber membrane system. // Desalination. 1998. V. 117, p. 119-130.

17. C6t£ P., Mourato D., Gtlngerich C., Russell J., Houghton E. Immersed membrane filtration for the production of drinking water: Case studies. // Desalination. 1998. V. 117, p. 181-188.

18. Baker R.J., Fane A.G., Fell C.J.D., Yoo B.H. // Desalination. 1985. V. 53, p. 81-93.

19. Xu-Jiang Y., Dodds J., Leclerc D. Cake characteristics in cross-flow and dead-end microfiltration. // Filtration and Separation. 1995. V. 32. No.8, p.795-798.

20. Kennedy M., Kim S.-M., Mutenyo I., Broens L., Schippers J. Intermittent crossflushing of hollow fiber ultrafiltration systems. // Desalination. 1998. V. 118, p. 175-188.

21. Futselaar H., Weijenberg D.C. System design for large-scale ultrafiltration applications. //Desalination. 1998. V. 119, p. 217-224.

22. Houtte E.V., Verbauwhede J., Vanlerberghe F., Demunter S., Cabooter J. Treating different types of raw water with micro- and ultrafiltration for further desalination using reverse osmosis. // Desalination. 1998. V. 117, p. 49-60.

23. Pianta R. at al. Micro- and ultrafiltration of karstic spring water. // Desalination. 1998. V. 117, p. 61-71.

24. Mores W.D., Bowman C.N., Davis R.H. Theoretical and experimental flux maximization by optimization of backpulsing. // J. Membrane Science. 2000. V. 165, p. 255-236.

25. Mugnier N., Howell J.A., Ruf M. Optimisation of a back-flush sequence for zeolite microfiltration. //J. Membrane Science. 2000. V. 175, p. 149-161.

26. Sondhi R., Bhave R. Role of backpulsing in fouling minimization in cross-flow filtration with ceramic membranes. // J. Membr. Science. 2001. V. 186, p. 41-52.

27. Davis R.H. Novel membrane process with rapid backpulsing for water treatment. Water treatment technology program report No. 18. Dep. of Chemical Engineering. University of Colorado, USA. April, 1997.

28. Mavrov V., Chmiel H., Kluth J., Meier J., Heinrich F., Ames P., Backes K., Usner P. Comparative study of different MF and UF membranes for drinking water production. //Desalination. 1998. V. 117, p. 189-196.

29. Glucina K., Lalne J.M., Durand-Bourlier L. Assessment of filtration mode for the ultrafiltration membrane process. // Desalination. 1998. V. 118, p. 205-211.

30. Скиды мембранной ультрафильтрации производительностью от 200 до 3000 м /сутки. Каталог компании ONDEO Degremont. Февраль, 2000.

31. Schafer A.I., Schwicker U., Fischer M.M., Waite T.D. Microfiltration of colloids and natural organic matter. // J. Membrane Science. 2000. V. 171, p.151-172.

32. Membrane processes in separation and purification. Edited by JoSo G. Grespo and Karl W. Bdddeken. NATO ASI Series. V. 272,1994, p. 39-42.

33. Crozes G., Jacangelo J., Anselme C. // In: Proceedings of the AWWA Membrane Technology Conference, Reno, NA, 1995, p.457-485.

34. Jucker C., Clark M.M. // J. Membrane Science. 1994. V. 97, p. 37-52.

35. Clark M.M., Jucker C. // In: Proceeding of AWWA Membrane Technology Conference, Baltimore, 1993, p. 259-272.

36. Bersilion J.L. Fouling analysis and control. // Future industrial prospects, edited by L. Cecille and J.-C. Toussaint, 1989.

37. Maartens A., Swart P., Jacobs E.P. Humic membrane foulants in natural brown water: characterization and removal. // Desalination. 1998. V. 115, p. 215-227.

38. Nakatsuka S., Nakate I., Miyano T. Drinking water treatment by using ultrafiltration hollow fiber membranes. // Desalination. 1996. V. 106, p. 55-61.

39. Kaiya Y., Itoh Y., Fujita K., Takizawa S. Study on fouling materials in the membrane treatment process for potable water. // Desalination. 1996. V. 106, p.71-77.

40. Baker J.S., Dudley L.Y. Biofouling in membrane systems A review. // Desalination. 1998. V. 118, p. 81-90.

41. Flemming H.-C., Schaule G., Griebe Т., Schmitt J., Tamachkiarowa A. Biofouling the Achilles heel of membrane processes. // Desalination. 1997. V. 113, p.215-225.

42. Zahir A., editor. Reverse osmosis: membrane technology, water chemistry and industrial applications. Van Nostrand Reinhold, New York, 1993.

43. Flemming H.-C. Reverse Osmosis Membrane Biofouling. // Experimental Thermal and Fluid Science. 1997. V. 14, p. 382-391.

44. Lipp P., Baldauf G., Schick R., Elsenhans K., Stabel H.-H. Integration of ultrafiltration to conventional drinking water treatment for a better particle removal efficiency and costs? // Desalination. 1998. V. 119, p. 133-142.

45. Flemming H. C., Schaule G., Investigation on biofouling of reverse osmosis and ultrafiltration membranes. Part 2, Analysis and removal of surface films. Vom Wasser 73, 1989, p.287-301.

46. Doyen W., Ваёе В., Beeusaert L. UF as an alternative pretreatment step for producing drinking water. // Membrane Technology. No. 126, p. 8-13.

47. Bos R., Broens L., Dost S., Hoof S., Maas P., Oosterom H. Membrane filtration for greenhouse horticulture. Largest ultrafiltration plant in The Netherlands. //Desalination. 1998. V. 118,p. 93-100.

48. Sawada S., Sumida I., Matsumoto K. Membrane filtration of surface water in the presence of ozone. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 1, p. 595-604.

49. Liikanen R., Yli-Kuivila J., Laukkanen R. Efficiency of various chemical cleanings for nanofiltration membrane fouled by conventionally-treated surface water. // J. Membrane Science. 2001. V. 195, p. 265-276.

50. Maartensa A., Swarta P., Jacobs E.P. Removal of natural organic matter by ultrafiltration: characterization, fouling and cleaning. // Water Science and Technology. 1999. V. 40, Issue 9, p. 113-120.

51. Lee H., Amy G., Cho J., Yoon Y., Moon S.-H., Kim I. S. Cleaning strategies for flux recovery of an ultrafiltration membrane fouled by natural organic matter. // Water Resources. 2001. V. 35, No. 14, p. 3301-3308.

52. Николадзе Г.И., Сомов M.A. Водоснабжение: учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1995.бО.Ое Т., Koide Н., Hirokawa Н., Okukawa К. Performance of membrane filtration system used for water treatment. // Desalination. 1996. V. 106, p. 107-113.

53. Lipp P., Schmitt A., Baldauf G. Treatment of soft reservoir water by limestone filtration in combination with ultrafiltration. // Desalination. 1997. V. 113, p. 285-292.

54. Green J.H., Tylla M. A comparison of ultrafiltration on various river waters. //Desalination. 1998. V. 119,p. 79-84.

55. Hofman J.A.M.H., Beumer M.M., Baars E.T., Hoek J.P., Koppers H.M.M. Enhanced surface water treatment by ultrafiltration. // Desalination. 1998. V. 119, p. 113-125.

56. Weber P., Knauf R. Ultrafiltration of surface water with ®MOLPURE FW50 hollow fiber module. // Desalination. 1998. V. 119, p. 335-339.

57. Jacangelo J.g., Aieta E.M., Cams K.E., Cummings E.W., Mallevialle J. Assessing hollow-fiber ultrafiltration for particulate removal. // Journal of American Water Works Association (J. AWWA). November 1989, p. 68-75.

58. Vos G., Brekvoort Y., Oosterom H.A., Nederlof M.M. Treatment of canal water with ultrafiltration to produce industrial and household water. // Desalination. 1998. V. 118, p. 297-303.

59. Schafer A.I., Fane A.G., Waite T.D. Fouling effects on rejection in the membrane filtration of natural water. // Desalination. 1999. V. 131, p. 215-224.

60. Schafer A.I., Fane A.G., Waite T.D. Cost factors and chemical pretreatment effects in the membrane filtration of waters containing natural organic matter. // Water Resources. 2001. V. 35, No. 6, p. 1509-1517.

61. Enhanced ultrafiltration for Cristal clear water. // Membrane Technology. No. 65, p. 6-7.

62. Baudin I., Chevalier M.R., Anselme C., Cornu S., Laine J.M. L'Api6 and Vigneux case studies: First month of operation. // Desalination. 1997. V. 113, p. 273-275.

63. Bonn6 P.A.C., Hiemstra P., Hoek J.P., Hofinan J.A.M.H. Is direct nanofiltration with air flush an alternative for household water production for Amsterdam? U Desalination. 2002. V. 152, p. 263-269.

64. Futselaar H., Dalfsen H., Welkers B. Direct capillary nanofiltration removes pesticides from water. // Water and Wastewater international. 2002. V. 17. Issue 2, p. 31.

65. Bruggen В., Hawrijk I., Cornelissen E., Vandecasteele C. Direct nanofiltration of surface water using capillary membranes: comparison with flat sheet membranes. // Separation and Purification Technology. 2003. In press.

66. Wilf M. New composite membrane and element configuration for reclamation of heavy fouling waters. // www.membranes.com официальный сайт компании "Hydranautics".

67. Adham S., Gagliardo P., Gramith K. Environmental technology verification program of various ultrafiltration systems. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). -2000. V. 2, p. 229-238.

68. Biana R., Watanabe Y., Tambo N. Removal of humic substances by UF and NF membrane systems. // Water Science and Technology. 1999. V. 40, Issue 9, p. 121-129.

69. Vickers J.C., Thompson M.A., Kelkar U.G. The use of membrane filtration in conjunction with coagulation processes for improved NOM removal. // Desalination. 1995. V. 102, p. 57-61.

70. Guigui C., Rouch J.C., Durand-Bourlier L., Bonnelye V., Aptel P. Impact of coagulation conditions on the in-line coagulation/UF process for drinking water production. //Desalination. 2002. V. 147, p. 95-100.

71. McCaw J. Colloidal silica removal by ultrafiltration. // "Proceedings of the International Water Conference, 14". Pittsburgh, US, 1986.

72. Проспект фирмы Meroco®, 2001. // www.meroco.com официальный сайт фирмы "Meroco".

73. Pearce G.K., Heijnen M., Reckhouse J. Using UF technology to beat Cryptosporidium: a case study at Bristol water. // Desalination and Water Reuse. 2002. V. 11/4, p. 18-25.

74. Bodzek M., Konieczny К. Comparison of various membrane types and module configurations in the treatment of natural water by means of low-pressure membrane methods. // Separation and Purification Technology. 1998. V. 14, p. 69-78.

75. Hagen K. Removal of particles, bacteria and parasites with ultrafiltration for drinking water treatment. //Desalination. 1998. V. 119, p. 85-91.

76. Panglisch S., Dautzenberg W., Kiepke O., Gimbel R., Gebel J., Kirsch A., Exner M. Ultra- and microfiltration pilot plant investigations to treat reservoir water. //Desalination. 1998. V. 119, p. 277-288.

77. Brunelle M.T. Colloidal fouling of reverse osmosis membranes. // Water Life. Proc. Int. Congr. Desalin. and Water Re-Use K.C. Channalasappa Mem., Nice, 1979. V. 3,p. 127-135.

78. Hebden D., Botha G.R. The pretreatment of seawater RO feed using the UVOX (UV/oxidant) process. // Water Life. Proc. Int. Congr. Desalin. and Water Re-Use K.C. Channalasappa Mem., Nice, 1979. V. 3, p. 115-126.

79. Kaakinen J.W., Moody C.D. Characteristics of reverse osmosis membrane fouling at the Yuma desalting test facility. // "Reverse Osmosis and Ultrafiltration Symp. 188th Meet. Amer. Chem. Soc., Philadelphia, Aug. 21-31, 1984". Washington, 1985, p.359-382.

80. Gille D. Seawater intakes for desalination plants. (Presented at the European Conference on Desalination and the Environment: Fresh Water for All, Malta, Ф-8 May 2003. EDS, IDA) // Desalination. 2003. Vol. 156, p. 249-256.

81. Bates W.T. Capillary UF as RO pretreatment. // Presented at the International Water Conference in Pittsburgh, PA. USA, October, 1999.

82. Wilf M., Klinko K. Improved performance and cost reduction of RO seawater systems using UF pretreatment. // www.membranes.com официальный сайг компании "Hydranautics".

83. Dalary H., How Y.C. Use of spiral wound UF in RO pretreatment. // www.membranes.com официальный сайт компании "Hydranautics".

84. Hoof S.C.J.M, Minnery J.C., Mack B. Dead-end ultrafiltration as pretreatment to seawater reverse osmosis. // Desalination and Water Reuse. 2001. V. 11/3, p. 44-47.

85. Hoof S.C.J.M., Hashim A., Kordes A.J. The effect of ultrafiltration as pretreatment to reverse osmosis in waste water reuse and seawater desalination applications. //Desalination. 1999. V. 124, p. 231-242.

86. Murrer J., Rosberg R. Desalting of seawater using UF and RO -results of a pilot study. // Desalination. 1998. V. 118, p. 1-4.

87. Truby R. Desalination's global growth driven by multiple membrane systems. // Water and Wastewater international. 2000. V. 15. Issue 3, p. 26-28.

88. Vial D., Doussau G. The use of microfiltration membranes for seawater pre-treatment prior to reverse osmosis membranes. // Desalination. 2002. V. 153, p. 141-147.

89. Manth Т., Frenzel J., Vlerken A. Large-scale application of UF and RO in the production of demineralized water. //Desalination. 1998. V. 118, p. 255-262.

90. Беленький Б.Г. и др. Способ очистки водопроводной воды. Пат. 2049078 Россия, МПК C02F 9/00, B01D 61/14. №93019580/26; Заявл. 15.04.93; Опубл. 27.11.95, Бюл. №33.

91. Трофимов и др. Способ обработки питьевой воды. Пат.2060974 Россия, МПК C02F 9/00, 1/66, B01D 61/16. ТОО «Эпгон». №94000633/26; Заявл. 10.01.94; Опубл. 27.05.96, Бюл. №15.

92. Мигалатий Е.В. и др. Способ очистки воды для бытового потребления. Паг.2092452 Россия, МПК C02F 1/78, 1/42. ТОО «БМБ». №95119943/25; Заявл. 21.11.95; Опубл. 10.10.97, Бюл. №28.

93. Станция очистки воды. Пат. 2058272 Россия, МПК C02F 9/00. АО «Полимерфильтр». №94035772/26; Заявл. 13.10.94; Опубл. 20.04.96, Бюл. №11.

94. Васильев В.А. и др. Установка для очистки воды. Пат.2100295 Россия, МПК C02F 9/00, B01D 63/00. №94004616/25; Заявл. 11.02.94; Опубл. 27.12.97, Бюл. №36.

95. Микиртычев В. Я. Способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления. Пат.2112747 Россия, МПК C02F 1/44, 9/00, B01D 61/02, 61/08. №97109261/25; Заявл. 18.06.97; Опубл. 10.06.98, Бюл. №16.

96. Ерощев С.Ю., Микиртычев В.Я. Мембранные технологии на службе водоснабжения. // Военный парад. 2000. №6, стр. 36-37.

97. Ерощев С.Ю., Микиртычев В.Я., Пичуев Д.Ю., Гутенев В.В., Фалеев М.И., Вохмянин В.В. Экологически безопасные технологии водоочистки в условиях чрезвычайных ситуаций. // Водоснабжение и сан. техника. 2002. №9, стр. 5-8.

98. Каграманов Г.Г. Научные основы технологии и применения керамических мембран. Докт. дисс., РХТУ им. Д.И. Менделеева, М., 2002.

99. Мембранный бытовой прибор "Ручеек". Руководство по эксплуатации. Владимир: 1994, ТУ 6-55-221-1338-93.

100. Cho J., Amy G., Pellegrino J. Membrane filtration of natural organic matter: factors and mechanisms affecting rejection and flux decline with charged ultrafiltration (UF) membrane. //J. Membrane Science. 2000. V. 164, p. 89-110.

101. Thorsen T. Membrane filtration of humic substances State of the art. // Water Science and Technology. 1999. V. 40, Issue 9, p. 105-112.

102. NystrOm M., Ruohomaki K., Kaipia L. Humic acid as a fouling agent in filtration. // Desalination. 1996. V. 106, p. 79-87.

103. Yuan W., Zydney A.L. Humic acid fouling during microfiltration. // J. Membrane Science. 1999. V. 157, p. 1-12.

104. Yuan W., Kocic A., Zydney A.L. Analysis of humid acid fouling during microfiltration using a pore blockage-cake filtration model. // J. Membrane Science. 2002. V. 198, p. 51-62.

105. Elimelech M., Chen W.H., Waypa J.J., Measuring the zeta (electrokinetic) potential of reverse osmosis membranes by streaming potential analyzer. //Desalination. 1994. V. 95, p. 269.

106. Jones K. L., O'Melia C.R. Protein and humic acid adsorption onto hydrophilic membrane surfaces: effects of pH and ionic strength. // J. Membrane Science. 2000. V. 165, p. 31-46.

107. Ruohomaki К., VaisSnen P., Metsamuuronen S., Kulovaara M., NystrOm M. Characterization and removal of humic substances in ultra- and nanofiltration. //Desalination. 1998. V. 118, p. 273-283.

108. Yuan W., Zydney A.L. Effects of solution environment on humic acid fouling duringmicrofiltration. //Desalination. 1999. V. 122, p. 63-76.

109. Clark M.M., Lucas P. Diffusion and partitioning of humid acid in a porous ultrafiltration membrane. // J. Membrane Science. 1998. V. 143, p. 13-25.

110. Yoon S.-H., Lee C.-H., Kim K.-J., Fane A.G. Effect of calcium ion on the fouling of nanofilter by humic acid in drinking water production. // Water Resources. 1998. V. 32, No. 7, p. 2180-2186.

111. Combe C., Molis E., Lucas P., Riley R, Clark M.M. The effect of CA membrane properties on adsorptive fouling by humid acid. // J. Membrane Science. 1999. V. 154, p. 73-87.

112. Boerlage S. at al. The modified fouling index using ultrafiltration membranes (MFI-UF): characterisation, filtration mechanisms and proposed reference membrane. // J. Membrane Science. 2002. V. 197, p. 1-21.

113. Nakatsuka S., Tomonobu A., Miyano T. High-flux ultrafiltration membrane for drinking water production. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). 2000. V. 1, p.637-645.

114. Cho J., Amy G., Yoon Y., Sohn J. Predictive models and factors affecting natural organic matter (NOM) rejection and flux decline in ultrafiltration (UF)membranes. //Desalination. 2002. V. 142, p. 245-255.

115. Carroll Т., King S., Gray S.R., Bolto B.A., Booker N.A. The fouling of microfiltration membranes by NOM after coagulation treatment. // Water Resources. 2000. V. 34, No. 11, p. 2861-2868.

116. Crozes G., Anselme C., Mallevialle J. Effect of adsorption of organic matter on fouling of ultrafiltration membranes. // J. Membrane Science. 1993. V. 84, p.61-77.

117. Nilson J.A., DiGiano F.A. // J.AWWA (1996), p.53-66.

118. Aoustin E., Schafer A.I., Fane A.G., Waite T.D. Ultrafiltration of natural organic matter. // Separation and Purification Technology. 2001. V. 22-23, p. 63-78.

119. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. -М.: «Химия», 1980.

120. Bowen W.R., Jenner F. Theoretical descriptions of membrane filtration of colloids and fine particles: an assessment and review. // Adv. in Colloid and Interface Science. 1995. V. 56, p. 141-200.

121. Баран А.А. Загрязнение обратноосмотических и ультрафильтрационных мембран. // Химия и технология воды. 1990. Т. 12, № 8, стр. 684-703.

122. Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология в промышленности. Киев.: Тэхника. 1990.

123. Bowen W.R., Calvo J.I., Hernandez A. Steps of membrane blocking in flux decline during protein microfiltration // J. Membrane Science. 1995. V. 101, p. 153-165.

124. Song L. Flux decline in crossflow microfiltration and ultrafiltration: mechanisms and modeling of membrane fouling. // J. Membrane Science. 1998. V. 139, p. 183-200.

125. Бадеха В.П., Цапюк E.A., Кучерук Д.Д. Формирование динамической мембраны из гидроксида железа и ее опресняющая способность. П Химия и технология воды. 1981. Т. 3. №5, стр. 402-405.

126. Seminario L., Rozas R., Bdrquez R., Toledo P.G. Pore blocking and permeability reduction in cross-flow microfiltration. // J. Membrane Science. 2002. V. 209, p. 121-142.

127. Ho C.-C., Zydney A.L. Effect of membrane morphology on the initial rate of protein fouling during microfiltration. // J. Membrane Science. 1999. V. 155, p. 261-275.

128. Kosvintsev S., Holdich R.G., Cumming I.W., Starov V.M. Modelling of dead-end microfiltration with pore blocking and cake formation. // J. Membrane Science. 2002. V. 208, p. 181-192.

129. Отчет о НИР «Исследование и разработка метода оценки качества осветления воды обессоливаемой на рулонных фильтрующих элементах с композитными мембранами» (Науч. рук. Ташенев К.М.). Алма-Ата, 1989.

130. Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Розанова JI.M. Закономерности фильтрования при очистке от загрязнений азотной кислоты. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1973. №8, стр. 13-14.

131. Котляров Г.Г. Исследование зависимости констант фильтрования малоконцентрированных суспензий от давления фильтрования и концентрации твердой фазы. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1976. №5, сгр. 13-14.

132. Konieczny К. Modeling of membrane filtration of natural water for potable purposes. //Desalination. 2002. V. 143, p. 123-139.

133. Ho Chia-Chi, Zydney L. A combined pore blockage and cake filtration model for protein fouling during microfiltration. // J. Colloid & Interface Science. 2000. V. 232, p. 389-399.

134. Lee Y., Clark M.M. Modeling of flux decline during crossflow ultrafiltration of colloidal suspensions. // J. Membrane Science. 1998. V. 149, p. 181-202.

135. Waite T.D., Schafer A.I., Fane A.G., Heuer A. Colloidal fouling of ultrafiltration membranes: Impact of aggregate structure and size. // J. Colloid & Inter. Science. 1999. V. 212, p. 264-274.

136. Yiantsios S.G., Karabelas A.J. The effect of colloid stability on membrane fouling. //Desalination. 1998. V. 118, p. 143-152.

137. Fu L.F., Dempsey B.A. Modeling the effect of particle size and charge on the structure of the filter cake in ultrafiltration. // J. Membrane Science. 1998. V. 149, p. 221-240.

138. Bowen W.R., Jenner F. Dynamic ultrafiltration model for charged colloidal dispersions: a Wigner-Seitz cell approach. // Chemical Engineering Science. 1995. V. 50, No. 11, p. 1707-1736.

139. Porter M.C. Concentration polarization with membrane ultrafiltration. // Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1972. V.ll, p. 234-248.

140. Fane A.G. Ultrafiltration: Factors influencing flux and rejection. // In: Wakeman R.J., editor. Progress in Filtration and Separation, V. 4. Elsevier, Amsterdam, 1986, p. 101-179.

141. Green G., Belfort G. Fouling of ultrafiltration membranes: lateral migration and the particle trajectory model. // Desalination. 1980. V. 35, p. 129-147.

142. Mallubhotla Y., Belfort G. Semiempirical modeling of cross-flow microfiltration with periodic reverse filtration. // Ind. Eng. Chem. Res. 1996. V. 35, p. 2920-2928.

143. Ramirez J.A., Davis R.H. Application of cross-flow microfiltration with rapid backpulsing to wastewater treatment. // J. of Hazardous Materials. 1998. V. B:63, p. 179-197.

144. Mores W.D., Davis R.H. Yeast foulant removal by backpulses in crossflowmicrofiltration. //J. Membrane Science. 2002. V.208, p. 389-404.

145. Mores W.D., Davis R.H. Direct visual observation of yeast deposition and removal during microfiltration. // J. Membrane Science. 2001. V. 189, p. 217-230.

146. Xu Y., Dodds J., Leclerc D. Optimization of discontinuous microfiltration-backwash process. // Chem. Eng. J. 1995. V. 57, p. 247-251.

147. Wetterau G.E., Clark M.M., Anselme C. A dynamic model for predicting fouling effects during the ultrafiltration of a groundwater. // J. Membrane Science. 1996. V. 109, p. 185-204.

148. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. M.: Химия, 1986.

149. Свынко В.И., Князкова Т В., Кульский JI.A. Свойства осадков, формирующихся при мембранном фильтровании гумусосодержащих вод. // Химия и техн. воды. 1987. Т. 9. №2, стр. 126-130.

150. Fane A.G., Fell C.J.D. A review of fouling and fouling control in ultrafiltration. //Desalination. 1987. V. 62, p. 117-136.

151. Bourgeous K.N., Darby J.L., Tchobanoglous G. Ultrafiltration of wastewater: effects of particles, mode of operation, and backwash effectiveness. // Water Resources. 2001. V. 35, No. 1, p. 77-90.

152. Fane A.G., Parameshwaran K., Cho B.D. Optimization of microffltration performance for constant flux processing of dilute suspended solids. // Desalination and Water Reuse. 2002. V. 12/1, p. 34-37.

153. Нёгап M., Elmaleh S. Prediction of cross-flow microfiltration through an inorganic tubular membrane with high-frequency retrofiltration. // Chemical Engineering Science. 2001. V. 56, p. 3075-3082.

154. Crozes G.F., Jacangelo J.G., Anselme С., Ьашё J.M. Impact of ultrafiltration operating conditions on membrane irreversible fouling. // J. Membrane Science. 1997. V. 124, p. 63-76.

155. Logde B.N., Judd S.J., Smith A.J. A statistical method for quantifying the different fouling effects of three combined water sources on an ultrafiltration membrane. // Desalination. 2002. V.142, p. 143-149.

156. Galijaard G., Schippers J.C., Nedeflof M.M., Oosterom H.A. Quick-Scan: Selection of micro- and ultrafiltration membranes. // Desalination. 1998. V. 117, p. 79-84.

157. Doyen W., Ваёе В., Lambrechts F., Leysen R. Methodology for accelerated pre-selection of UF type of membranes for large scale applications. // Desalination. 1998. V. 117, p. 85-94.

158. Boerlage S. at al. The MFI-UF as a water quality test and monitor. I I J. Membrane Science. 2003. V. 211, p. 271-289.

159. Boerlage S.F.E. at al. Modified Fouling Indexuitrafiitration to compare pretreatment processes of reverse osmosis feedwater. // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). -2000. V. 1, p. 397-410.

160. Schippers J.C., Kostense A., Verdouw J. Colloid removal by in line coagulation. // "Weiler R.A. et al., eds., Water filtration. Proc. Int. Symp." KVIV, Antwerp., 1982, p. 4.57-4.64.

161. Brauns Е„ Hoof Е., Molenberghs В., Dotremont С., Doyen W., Leysen R. A new method of measuring and presenting the membrane fouling potential. // Desalination. 2002. V. 150, p. 31-43.

162. Андрианов А.П. Получение питьевой воды с помощью мембранного метода ультрафильтрации. // Экологические системы и приборы. 2003. №4, стр. 15-18.

163. Андрианов А.П., Первов А.Г. Оптимизация процесса обработки воды методом ультрафильтрации. // Водоснабжение и сан. техника. 2003. №6, стр. 7-9.

164. Ahmed S.R., Alansari M.S., Kannari Т. Biological fouling and control at Ras Abu Jaijur RO a new approach. // Desalination. 1989. V. 74, p. 69-84.

165. Ridgway H.F., Justice C.A., Whittaker C., Argo D.F., Olson B.H. Biofilm fouling of RO membranes its nature and effect on treatment of water for re-use. // J. AWWA. June 1984, p. 94.

166. Ridgway H.F., Rigby M.F., Argo D.J. Bacteria adhesion and fouling of reverse osmosis membranes. // J. AWWA. July 1985, p.97-106.

167. Разработка рекомендаций по эксплуатации опреснительных установок бытового назначения (х/д №3248). Москва. 1992. Отчет НИИ ВОДГЕО, арх. № 11293.

168. Pervov A.G. A simplified RO process design based on understanding of fouling mechanisms. //Desalination. 1999. V. 126, p. 227-247.

169. Никитин A.M., Курбатов П.В. Некоторые аспекты очистки маломутных высокоцветных вод. // Водоснабжение и сан. техника. 1999. №3, стр. 26-28.

170. Hong S., Elimelech М. Chemical and physical aspects of natural organic matter (NOM) fouling of nanofiltration membranes. // J. Membrane Science. 1997. V. 132, p. 159-181.

171. Amy G.L., Sierka R.A., Bedessem J., Price D., Tan L. Molecular size distribution of dissolved organic matter. // J. AWWA. 1992. V. 84(67), p. 75.

172. Schoor J.L. et al. Trigalomethane yields as a function of precursor molecular weight. // Environmental Science and Technology. 1979 V.13. No.9, p. 1134.

173. Lain* J.-M., Hagstrom J.P., Clark M.M., Mallevialle J. Effects of ultrafiltration membrane composition. //J. AWWA. November 1989, p. 61-67.

174. Maartens A., Swart P., Jacobs E.P. Feed-water pretreatment: methods to reduce membrane fouling by natural organic matter. // J. Membrane Science. 1999. V. 163, p. 51-62.

175. Botes J.P., Jacobs E.P., Bradshaw S.M. Long-term evaluation of a UF pilot plant for potable water production. // Desalination. 1998. V. 115, p. 229-238.

176. Pryor M.J., Jacobs E.P., Botes J.P., Pillay V.L. A low pressure ultrafiltration membrane system for potable water supply to developing communities in South Africa. //Desalination. 1998. V. 119, p. 103-111.

177. Thorsen Т. Flux and recovery influences on treatment efficiency in ultrafiltration of coloured drinking water. // Desalination. 1998. V. 117, p. 131-138.

178. Amy G., Cho J. Interactions between natural organic matter (NOM) and membranes: rejection and fouling. // Water Science and Technology. 1999. V. 40, Issue 9, p. 131-139.

179. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. -М.: Стройиздат, 1978 г.

180. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат, 1987 г.

181. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора и сероводорода. М.: Стройиздат, 1975 г.

182. Федькушев Ю.И. Очистка от железа минерализованных вод перед гиперфильтрационными установками. // Сб. Современные высокоэффективные методы очистки воды. Московский дом научно-технической пропаганды, 1984.

183. Baldwin В., Stadnyckyj М. Canadian ultrafiltration membranes treat iron and manganese. // www.zenon.com официальный сайт фирмы "ZENON"

184. Шаяхметов А.Ш., Ананьева JI.И. Обезжелезивание воды микрофильтрацией. // Мембраны и мембранная технология. II республиканская конференция, материалы. Киев, 1991, стр. 114-115.

185. Мушаров Н.З., Давыдова П.А., Багрова Н.И., Гордеев В.Е. Способ очистки воды от железа. Пат. 2079445 Россия, ГосНИИ «Кристалл». Опубл. 08.11.1994.206. «Прогрессивные мембранные технологии». Проспект фирмы ЗАО «Мембраны», 2002.

186. Рекомендации по расчету технико-экономических показателей научно-исследовательских разработок в области водоснабжения. М.: ВНИИ ВОДГЕО, 1988.