Эффективность мембран в задержании ионов солей и молекул органических соединений используется и для приготовления питьевой воды в домашних условиях, и в офисах, пищеблоках предприятий, больниц, в ресторанах и т. д. [1]. Такие домашние минисистемы, несмотря на эффективность, достаточно дороги и сложны в эксплуатации. При высокой стоимости мембранных циклов пока так же рано серьезно говорить о возможности их широкого применения в централизованном водоснабжении, но предпосылки для этого созрели давно.

В силу усложняющейся экологической ситуации городским очистным сооружениям становится все труднее обеспечить высокое качество питьевой воды по всем показателям, предусмотренным СанПиН. Особую опасность составляют хлорорганические соединения, бактерии, вирусы, и фтор и стронций.

Важный аспект проблем городского водоснабжения – состояние городских сетей. В мировой практике уже начинают применяться крупные мембранные установки нанофильтрации и ультрафильтрации для доочистки воды, поступающей с городских очистных сооружений. Известны крупные установки (от 2 000 до 10 000 м3/ч), используемые при водоснабжении целых районов Парижа [2], и ряда городов США, Нидерландов, Великобритании.

Многие отдельные городские объекты имеют повышенные требования к составу водопроводной воды по содержанию взвешенных частиц, бактерий, железа, жесткости. Это – медицинские оздоровительные центры, элитные клубы здоровья, офисные здания, поликлиники, жилые дома и др. Проблемы возникают не только с холодной водой, но и с горячим водоснабжением и теплоснабжением. В такой ситуации целесообразным можно считать отказ от централизованных услуг и создание автономных инженерных систем в отдельных зданиях, в которые входят: подготовка качественной питьевой воды, используемой для производства горячей воды (бойлер), и подпитка системы теплоснабжения [3].

На 1 и 2 показаны системы подготовки питьевой воды с использованием нанофильтрационных установок, установленные в хозяйственных помещениях офисного здания ( и стоматологической поликлиники ( . На 3 и 4 показаны серийные автоматизированные минисистемы подготовки воды, используемые в поликлиниках, столовых, офисах и т. д. Технологическая схема улучшения качества воды с помощью мембранных установок показана на 5.

Переход на «собственное обеспечение» с помощью автономных инженерных коммуникаций открывает большие перспективы для мембранных установок.

Мембранные установки благодаря низкой стоимости, компактности, простоте сервиса, полной автоматизации могут успешно применяться для приготовления питательной воды контуров автономных источников тепла, крышных котельных и т. д. Воднохимический режим контуров отопления должен обеспечить отсутствие накипи на греющих поверхностях теплообменных аппаратов, что требует заполнения контуров отопления умягченной водой и постоянную подпитку их небольшим количеством умягченной воды.

В зависимости от объемов подпиточной воды, меняющихся от 1 м3/сут. (для крышных котельных) до 5–10 м3/сут. (для автономных источников тепла, снабжающих группу зданий), системы мембранной водоподготовки имеют производительность от 50 до 500 л/ч. Технологическая схема таких систем показана на В отличие от установок подготовки питьевой воды, в которых применены нанофильтрационные мембраны, снижающие общую жесткость на 50–70 %, в системах производства подпиточной воды используются обратноосмотические мембраны, снижающие жесткость на 99 %. Такие установки требуют минимального сервиса, состоящего в замене ингибиторных патронов предочистки и проведения процедуры регенерации мембранных фильтров не чаще 1 раза в 3–6 месяцев. Применение мембранных установок позволяет обеспечить полностью автоматизированный безреагентный режим работы, не требующий постоянного присутствия службы эксплуатации. Такие системы имеют преимущество перед системами натрийкатионирования, требующими более частых регенераций и потребляющими реагенты (поваренную соль).

Мембранные установки оказываются наиболее перспективными при внедрении в более широких государственных масштабах – на районных тепловых станциях (РТС). Для производства горячей воды и теплоснабжения целых районов жилых зданий используются паровые котлы. Для производства пара используется глубоко умягченная вода, которую традиционно получают с помощью ионообменных установок натрийкатионирования. Использование натрийкатионитовых фильтров имеет существенный недостаток: регенерация фильтров производится раствором поваренной соли, и образующиеся соленые регенерационные стоки должныбыть утилизированы. Традиционно эти стоки направляются в городскую канализацию, но в масштабах большого города эксплуатация РТС составляет серьезную экологическую проблему.

В мембранных обратноосмотических установках исходная вода разделяется на два потока: прошедшую через мембраны обессоленную воду (фильтрат) и поток, в котором остаются все соли и загрязнения (концентрат). По своему солевому составу концентрат представляет собой исходную воду, сконцентрированную в 2–3 раза, и не является какимлибо агрессивным рассолом или стоком, не подлежащим сбросу в канализацию. Для сброса в бытовую канализацию установлены нормативы состава сточных вод для приема в городскую канализацию, ограничивающие общее солесодержание воды значением 1 000 мг/л, поэтому концентрат мембранных установок, использующих воду из городского водопровода, обычно укладывается в указанные нормативы.

В случае подготовки воды для паровых котлов среднего давления на РТС подготовленная вода должна иметь значение жесткости не более 0,05 мгэкв/л. Современные обратноосмотические мембраны, имеющие значение селективности по солям на уровне 99 %, могут снизить содержание солей жесткости (кальция и магния) в 100 раз, что может оказаться недостаточным для котловой воды. Для предотвращения проскока ионов кальция и магния в подпиточную воду котлов в схемах водоподготовки используют традиционные ионообменные натрийкатионитовые фильтры ( . но в отличие от традиционных схем натрийкатионирования при использовании мембранных установок требуются ионообменные фильтры малого размера, регенерируемые крайне редко – не чаще 1 раза в 2–3 месяца, что делает солевые стоки незаметными в общем потоке сбрасываемого концентрата.

На 7 показан общий вид мембранной установки производительностью 20 м3/ч в комплекте с натрийкатионитовым фильтром доумягчения для подготовки питательной воды паровых котлов.

При небольших расходах подпиточной воды котлов (до 25 м3/ч) целесообразно использовать двухступенчатую схему обратного осмоса, позволяющую получать глубоко умягченную воду без использования натрийкатионитовых фильтров ( .

Описанные выше мембранные установки работают по единой упрощенной технологической схеме, разработанной и опробованной лабораторией улучшения качества воды института ВОДГЕО [4]. При использовании воды из водопровода специальной предварительной очистки для ее подачи в обратноосмотическую установку не требуется, за исключением использования картриджей предочистки. Исходная вода проходит последовательно через патронный фильтр с сеткой 50 мкм и патронный фильтрдозатор, заполненный специальным порошком – ингибитором. Исходная вода, проходя через патрондозатор, медленно растворяет ингибитор, который попадает в исходную воду в количестве 4–5 мг/л. Дозирование ингибитора необходимо для предотвращения образования на мембранах осадков малорастворимых солей – карбоната кальция.

но полностью предотвратить рост осадков на мембранах не представляется возможным, поэтому через 500–1 000 ч непрерывной работы применяются химические регенерации (промывки) мембран специальными растворами, удаляющими с поверхности мембран осадки карбоната кальция, и осадки гидроокиси железа, биологических и органических загрязнений, присутствующих в водопроводной воде. Сервисные мероприятия, заключающиеся в замене картриджей предочистки и проведении регенераций, осуществляются сотрудниками сервисной службы фирмыизготовителя или специально обученным персоналом.

Область применения мембранных циклов в городском хозяйстве постоянно расширяется. Важным аспектом снабжения населения водой является использование артезианских водоисточников. В ряде городов и поселков московской области используемые для водоснабжения подземные воды содержат, помимо жесткости и железа, в повышенных концентрациях фториды, стронций и даже радионуклиды.

Использование мембранных установок для водоснабжения новых микрорайонов может избавить от опасности подачи потребителям некачественной воды. На 9 показана нанофильтрационная установка производительностью 100 м3/ч для улучшения качества подземных вод.

Выводы
Широкому внедрению перспективных мембранных технологий водоподготовки в городских водных хозяйствах способствуют:

ужесточающиеся с каждым годом требования к качеству питьевой воды;

отказ от централизованных услуг и создание автономных систем водо и теплоснабжения;

экологические требования по ограничению сбросов регенерационных растворов систем водоподготовки РТС в канализацию;

рост использования артезианских вод для целей водоснабжения.

Литература
Первов А. Г., Павлов Ю. В., Жабин Г. Г. Новейшие технологии подготовки воды в централизованном водоснабжении на основе мембранных технологий // Сантехника. 200 № С. 5–8.

Ventresque C. An outstanding feat of modern technology: the Merysuroise Nanofiltration treatment plant (340 000 m3/d) // Proceedings of the Conference on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, France, 3–6 October, 200 V. P. 1–17.

Первов А. Г., Макаров Р. И., Андрианов А. П., Ефремов Р. М. Мембраны – новые перспективы освоения рынка питьевой воды // ВСТ. 200 № 1 С. 26–29.

Первов А. Г. Производство и сервис систем водоподготовки с применением мембран // ВСТ. 200 № С. 17–19.