Вече не е тайна, че на руския пазар на тръбопроводи за водоснабдяване с вътрешен диаметър до 40 mm дланта принадлежи на тръбите от полимерни материали.

Отзад напоследък модерни технологиинаправи голям пробив в производството на тръби. Тенденцията на развитие на руския пазар на инженерни системи показва активното изместване на стоманени и включително чугунени тръбопроводи от пластмасови тръбопроводи, чието изобилие в момента в стандартното градско развитие е наследство от миналия век. Вече не е тайна, че на руския пазар на тръбопроводи за водоснабдяване с вътрешен диаметър до 40 mm палмата принадлежи на тръбите от полимерни материали.

Те включват тръби от полипропилен (PP-R), полиетилен (нисък, среден, висока плътност), омрежен полиетилен (PEX), високотемпературен полиетилен (PERT), поливинилхлорид (PVC), включително хлориран (C-PVC), полибутилен (PB), акрилонитрил бутадионистирен (ABS), както и редица екзотични видовеполиолефини. Разбира се, трябва да се има предвид, че почти всеки от споменатите видове пластмаси може да има тръбни разновидности, подсилени с метал или фибростъкло.

Голям избор от материали и технологии за производство на тръби създават проблем с избора. Това, което е добро за индивидуално строителство, често е неприложимо при многоетажно строителство. Отнема време, за да разберем новите технологии, а цената на лошия избор е загубата на много пари. В края на краищата тръбопроводната система, която ще се използва масово в руски специфични условия, трябва да има най-доброто съотношение цена-качество.

При изграждането, проектирането и експлоатацията на тръбопроводи е необходимо да се ръководят от нормите и разпоредбите на SNiP 2.04.01-85 „Вътрешно водоснабдяване и канализация на сгради“ и 2.04.05-91 „Отопление, вентилация и климатизация“. Тръбите за топла вода са предназначени за максимална работна температура 75°C, а за отоплителни системи се използват тръби с работна температура 90°C. Работно налягане до 0,6 MPa. Гаранционният срок е минимум 25 години.

Според проучвания на полимерни тръбопроводи, проведени от специалисти от Руския химико-технически университет им. Менделеев, полипропиленът (PP-R) стана първият материал, който не отговаря на изискванията на серийното многоетажно строителство поради следните причини:

• Максимално допустимата температура за експлоатационен живот от 30 години не може да надвишава 70˚C. При такива параметри е необходимо увеличаване на площта отоплителни уредис 40% и увеличаване на обема на охлаждащата течност в системата, което ще доведе до увеличаване на диаметрите на тръбопровода.
• Високият коефициент на удължение при нагряване води до необходимостта от инсталиране на разширителни контури, което елиминира възможността за скрита инсталация на тръбопровода, т.е. Окабеляване е възможно само в ниши и зад фалшиви стени.
• Заваръчните фуги изискват специални умения при работа с инструмента и не изключват нарушения на технологията на монтаж (прегряване, стесняване на диаметъра).
• Различните коефициенти на линейно термично разширение на пластмасата и заварената стоманена втулка на крайните фитинги (за свързване на други части на системата чрез тръбни резби) неизбежно водят до нарушаване на целостта и в резултат на това до образуване на теч.
• Тръбите не се огъват, което увеличава количеството на отпадъците, налага поставянето на ненужни връзки и създава неудобство при транспортиране и съхранение.
• Тръбопроводите от поливинилхлорид (PVC) имат нисък коефициент на линейно удължение, което позволява да се направи без разширителни контури, но при температура от 95˚C експлоатационният живот на PVC тръбите е 1 година.

Металопластичните тръби (PEX-Al-PEX) не се използват в многоетажно строителство, защото:

• Хетерогенността на стената на композитни тръби от типа PEX-Al-PEX (метал-пластмаса), поради различни коефициенти на линейно термично разширение, по време на работа на тръбопровода води до разслояване на съставните му слоеве и съответно е невъзможно е да се изчисли експлоатационният живот на такива тръби.
• Вътрешният слой на тези тръби е изработен от PEX, но е с дебелина не повече от 0,8 mm, за разлика от необходимите 2,2 mm за проектни натоварвания, което води до намаляване на допустимите налягания в системата с 3,5 - 4 пъти, т.е. до 2 – 2,5 атм.
• Слой от алуминиево фолио с дебелина до 0,4 мм не е в състояние да издържи натиска на системата и това е при условие, че шевът е идеално заварен и тръбата по време на монтажа не е била подложена на многократно огъване на едно и също място - тук фолиото просто ще се разтегне и целостта ще бъде нарушена.
• Днес няма лепило, което да поддържа еластичност и да издържа на значителни натоварвания, защото... коефициентът на линейно топлинно удължение на полиетилена е 7-10 пъти по-висок от съответния коефициент на алуминия.
• Срезът на тръбата трябва да се обработи с райбер, т.к тя се деформира. При огъване на тръба е необходимо да се използва специално оборудване, в противен случай номиналният проход ще се стесни и ще се „затръшне“.
• Фитингът трябва да бъде оборудван с пръстеновидни гумени уплътнения (в противен случай няма да е възможно да се притисне тръбата към фитинга), както и диелектрично уплътнение, което предпазва контакта на алуминиевото фолио и месинговото тяло на фитинга - галванично двойка.
• Ниска ремонтопригодност - повторното монтиране на фитинга на едно и също място е невъзможно да се замени участък от тръба, положен в гофра (канал) и впоследствие повреден без отваряне на конструкцията.

Единственият материал, който може да издържи необходимите натоварвания за дълъг експлоатационен живот и има свойства, отговарящи на изискванията за отоплителни системи на многоетажни сгради, е молекулярно омрежен полиетилен (PEX), който има:

• Хомогенността на стената и якостните характеристики на материала позволяват инсталирането на водоснабдителни и отоплителни системи, включително централно отопление, във високи сгради с прогнозен експлоатационен живот най-малко 50 години. В този случай е възможно да се използва скрито окабеляване, което отговаря на съвременните естетически изисквания.
• Възможността за възстановяване на формата поради „молекулярната памет“ ви позволява да възстановите тръбопровода след „счупване“ (прекомерно огъване) и да работите със системата след размразяване.
• Механичната компресия на фитинга върху тръбата и „молекулярната памет” на материала, който постоянно се стреми да върне стената на тръбата в първоначалното й положение, правят връзката изключително надеждна за целия живот на системата. Допуска се вторичен монтаж на арматурата на същото място.
• Липсата на уплътнения, диелектрици или заварени вградени части от различни материали прави връзките изключително надеждни и намалява цената на продуктите и системите като цяло.
• Разнообразието от видове и широка гама от фитинги, съчетани с гъвкавостта и дългата дължина на навиване на бобините, правят възможно минимизирането на броя на връзките и отпадъците от тръби.
• Скритият монтаж на еластичен тръбопровод в гофра (канал), в съответствие с изискванията на SNiP, ви позволява да замените повредената част на тръбата, без да отваряте стената или подовата конструкция.
• Гладката вътрешна повърхност намалява коефициента на хидравлично съпротивление с 25 - 30% и не позволява на твърдите частици да се "залепят" по стените - тръбите не "обрастат".

Има три метода за образуване на триизмерни молекулярни връзки, които отговарят на целите на промишленото производство: пероксид (PEX-a), силан (PEX-b) и радиация (PEX-c). Якостните характеристики на материалите като цяло отговарят на стандартите DIN, но при подробно проучване се оказва, че тръбите, изработени от полиетилен с висока плътност по силановия метод, имат повишена устойчивост на температура и налягане за дълъг експлоатационен живот.

С цел производство и масово внедряване модерни системиполимерни тръбопроводи за отопление и водоснабдяване в Русия и ОНД, преди десет години беше създадена корпорацията BIR PEKS, която за първи път в Русия стартира производството на тръби от молекулярно омрежен полиетилен PEKS-b, използвайки оборудване и суровини, произведени в Англия. Сега това предприятие е усвоило съвместното производство на пресови и компресионни фитинги по чертежи и под търговската марка IGL - BIR PEKS, разработва и произвежда допълнителни елементи, крепежни елементи, монтажни елементи, колекторни шкафове и др.

Десет години експлоатационен опит в най-високите сгради в Русия (в момента до 48 етажа), в елитното и общинско жилищно строителство, на практика са доказали високите експлоатационни качества на продуктите и технологиите за инсталиране на тръбопроводи за системи за отопление и топла вода от BIR PECS Corporation. През 2007 г. системите BIR PECS получиха подкрепа от сектора на жилищните и комуналните услуги на Република Татарстан и бяха препоръчани за използване от държавни клиенти на министерства и ведомства на Република Татарстан, управляващи компании и проектантски организации.

През 2010 г. в регистъра бяха включени тръбопроводи от силанолен омрежен полиетилен и фитинги от марката BIR PEKS нова технология, използвани при изграждането (реконструкцията) на градски обекти в Москва и в Московския териториален строителен каталог (MTSC - 8.18).

Днес корпорацията BIR PECS обединява компании, работещи в различни сфери на производствената дейност. Корпорацията действа като изпълнител на инженерни работи, инженерна поддръжка на сгради и конструкции, а също така разполага със собствено дизайнерско бюро, способно да изпълнява задачата за проектиране на инженерна поддръжка за всеки комплекс за развитие.

BIR PEKS Company LLC предлага цялостно решение за проектиране, монтаж и пускане в експлоатация на вътрешни инженерни системи с внедряване на хоризонтални системи за отопление, топла и студена вода с помощта на тръбопроводи от марката BIR PEKS, изработени от силанолен омрежен полиетилен, осигуряващ експлоатационен живот от повече от 50 години при работно налягане 10 atm. И температурни условия 70-90˚С.

В Русия в по-голямата част от случаите отоплителните системи в жилищни сгради все още използват еднотръбна (по-рядко двутръбна) система с горна или долна разпределителна верига. Съгласно тази схема отоплителните уреди са свързани последователно и охлаждащата течност се подава към всеки апартамент през няколко щранга, поради което жителите на всеки апартамент високи сградине може самостоятелно да променя обема и дебита на охлаждащата течност в отоплителната система и следователно независимо точно да регулира топлопреминаването на отоплителните устройства. В този случай дори не говорим за невъзможността да се поддържа независимо отчитане на топлината отделно във всеки апартамент.

Техническите характеристики на тръбопроводите BIR PEKS, изработени от силанолен омрежен полиетилен, позволяват да се проектира и монтира принципно нова електрическа схема - хоризонтална.

При използване на хоризонтални системи в общите части се полагат стоманени щрангове, а на всеки етаж - поапартаментни разпределителни колектори, захранващи апартаментите, което при сравнима цена на материалите дава следните предимства:

• Прилага се принципът на отчитане на потреблението на топлина и вода по апартаменти, като по този начин се решават проблемите с енергоспестяването и спестяването на ресурси.
• Поддръжката и отчитането на измервателните уреди се извършва без достъп до жилищни или офис помещения.
• В сравнение с вертикални системиокабеляване, броят на щрангове, измервателни устройства, KFRD и др. е значително намален.

Регулиращият вентил на връщащия клон на отоплителната система на всеки апартамент осигурява необходимото количество топлина и предпазва отоплителната система от дисбаланс в резултат на неразрешена намеса на жителя при извършване на работа по подмяна на отоплителни уреди, тръбопроводи, инсталация на вода - подово отопление и др.

Конструкцията на единични щрангове за системи за отопление, топла и студена вода от стомана осигурява бързата им подмяна без достъп до апартаменти и без увреждане на вътрешната декорация.

Хоризонтално разположените тръби от омрежен полиетилен се полагат в защитна гофра и могат да бъдат скрити в конструкцията на пода (в замазка) или стена (в жлебове), което подобрява естетиката и намалява риска от повреда. Ако скрит монтаж в пода е невъзможен, може да се постави в специален цокъл близо до пода или в кутия под тавана.

По този начин тръбопроводната система BIR PECS повишава конкурентоспособността на готовите жилища, има високо ниво на комфорт за крайния потребител, отговаря на най-новите изисквания и стандарти за енергоспестяване, има експлоатационен живот 3-4 пъти по-дълъг от стоманените тръбопроводни системи и по-нисък разходи за поддръжка.

Един от ограничаващите фактори широко приложениеполимерни тръбопроводи марка PEX-b (силаново омрежване) беше, че според най-високия пети клас на якост на GOST R 52134-2003 максималната работна температура не може да надвишава 80˚C за непрекъсната работа в продължение на 10 години с налягане до 1,0 MPa. Това се дължи на факта, че таблицата с класове на якост е взета от стандартите ISO 15875-2003, които са написани за европейски стандарти за охлаждаща течност, където работната температура на охлаждащата течност не надвишава 70˚C. Оказа се, че продуктите, включени в проекта и отговарящи на изискванията на GOST, не могат да отговорят на параметрите на охлаждащата течност, използвана в Русия (90˚C ​​​​или 95˚C).

Тръбите BIR PEKS са сертифицирани за съответствие с посочения GOST, както и с техническите спецификации TU 2248-03900284581-99 (НИИсантехника), чиито изисквания са много по-строги и отговарят на критериите за дългосрочна (повече от 50 години) експлоатация при температура 95˚C и работно налягане в системата 1 MPa. Съответните промени бяха въведени в техническите спецификации след получаване на резултатите от изследването на руския Химико-технически университет им. Менделеев относно повишената издръжливост при високи работни температури за омрежени тръби различни методиполиетилен.

Началото на 21 век за водоснабдителната система на Москва бе белязано от въвеждането на най-модерните технологии, използвани в световния воден сектор. В станциите за пречистване на вода класическата двустепенна технология на утаяване и филтриране започна да се допълва с методи на озониране в комбинация със сорбция върху активен въглен.

Опитът в промишлената експлоатация на сорбцията на озон - озониране, последвано от сорбционно пречистване на филтри с гранулиран активен въглен - показва значително повишаване на ефективността на пречистване на водата за органични замърсители, намаляване на концентрацията на хлорорганични вещества, остатъчен алуминий и миризми в пия вода.

Развитието на модернизацията на технологиите в областта на пречистването на естествена вода беше въвеждането в експлоатация през декември 2006 г. на технологични структури, които за първи път в историята на руските централизирани водоснабдителни системи включват етапа на мембранна ултрафилтрация. Използването на най-новите технологии в централизираната водоснабдителна система позволява поддържане на качеството пия вода, отговарящ на стандартите не само на Русия, но и на най-развитите страни в света, дори в условията на аварийно залпово замърсяване на водоизточници.

В световната практика за водоснабдяване с питейна вода мембранните технологии в последните годинизапочват да заемат водеща позиция поради тяхната универсална способност да повишават ефективността на пречистване на много групи замърсители, включително показатели за епидемична безопасност на водата. Интересът към мембранните технологии е свързан и с осигуряване на максимална компактност и автоматизация с минимум химически реагенти, въведени във водата и гарантиране на висока надеждност на функционирането на конструкциите.

Наред с въвеждането на нови методи за пречистване на водата, процесите на дезинфекция на водата непрекъснато се подобряват. За да се повиши надеждността и безопасността на производството на питейна вода чрез елиминиране на опасното вещество течен хлор от циркулацията, през 2012 г. във всички водопречиствателни станции беше завършено преобразуването на системата за дезинфекция на водата с нов реагент, натриев хипохлорит. Във връзка със затягането на държавните стандарти за съдържанието на хлороформ в питейната вода беше извършена целенасочена работа за оптимизиране на режимите на дезинфекция, в резултат на което концентрацията на хлороформ в московската чешмяна вода намаля до 4 - 22 µg / l, с стандарт от 60 µg/l, което съответства на нивото на мира в развитите страни.

В гъсто населени градски райони и задръствания е икономически изгодно да се използват безизкопни методи за ремонт и възстановяване. Днес в Москва се използват най-модерните методи, включително: нанасяне на циментово-пясъчно покритие върху вътрешната повърхност на тръбопровода, изтегляне на непрекъснати полимерни маркучи, полиетиленови тръбив съществуващ тръбопровод е усвоен метод за ремонт на тръбопровода голям диаметър"тръба в тръба". Това позволява да се върнат неработещите комуникации в активна експлоатация, да се увеличи техният експлоатационен живот с най-малко 50 години, да се увеличи пропускателната способност, а за водоснабдителните мрежи, което е особено важно, да се поддържа високо качество на транспортираната вода, да се намали броят на авариите, и минимизиране на непродуктивните загуби на вода.

Описание:

Системи за подготовка на захранваща вода за средни и средни парни котли високо налягане(„покривни котелни“ и мини-CHP) за топлоснабдяване на сгради или градски жилищни комплекси (CHP) (в комбинация от разработени нанофилтрационни системи със системи за обратна осмоза).

Модерни сгради - модерни водоснабдителни технологии!

Разработване на нови технологии и устройства, базирани на метода на нанофилтрация за системи за водоснабдяване и топлоснабдяване на градски сгради

А. Г. Первов , проф., доктор на техническите науки Науки, Катедра по водоснабдяване, Московски държавен строителен университет

А. П. Андрианов , Доцент доктор. техн. Науки, Катедра по водоснабдяване, Московски държавен строителен университет

Д. В. Спицов

В. В. Кондратиев , инженер, Катедра по водоснабдяване, Московски държавен строителен университет

Настоящият темп на развитие на строителните технологии не винаги е в крак с развитието на технологиите за пречистване на вода, използвани за санитарно оборудване в модерни сгради. Използването на очевидно остарели технологии често пречи на строителството. Например, необходимостта от създаване на станции за пречистване на вода в сгради ни принуждава да решаваме проблемите с местоположението, инсталирането и експлоатацията (поддръжката). Следователно не само качеството на водата, но и размерите на конструкциите, монтажните и експлоатационните разходи, като се вземе предвид обемът на отпадъчните води и водата за собствени нужди, зависят от избраната технология.

Традиционните технологии, които използват филтри под налягане с много пясък, въглища и йонообменни смоли, са доста „обемисти“, изискват разходи по време на тяхната работа (подмяна на товарите или тяхното регенериране) и генерират отпадъчни води по време на тяхното измиване и регенериране.

Подобряването на системите за нанофилтрация дава възможност за създаване на оборудване с минимално тегло и размери, лесна инсталация и „увеличаване“ на мощността, минимални разходи за поддръжка и липса на реагенти и консумативи.

Настоящата екологична ситуация допринася за по-широкото използване на мембранни системи. Това се обяснява преди всичко с все по-строгите изисквания към качеството на питейната вода – съдържанието хлорорганични съединения, патогенни бактерии, флуориди, нитрати, стронциеви йони и др. Съвременните мембрани демонстрират неоспорима ефективност и гъвкавост при пречистване на вода от различни видовезамърсяване. Втората основна характеристика на съвременните мембранни технологии е тяхната „екологична“ чистота - липсата на изразходвани реагенти и съответно опасни за околната среда изхвърляния и утайки, които създават проблем с тяхното обезвреждане. Въвеждането на такси за ползване на чешмяна вода и за заустване в канализацията налага използването на пречиствателни системи, които консумират минимално количество вода и нямат зауствания. Съвременните разработки на системи за пречистване на вода, използващи мембранни технологии, позволяват захранването на инженерни системи с висококачествена вода, като по този начин се гарантира надеждността и качеството на тяхната работа.

Мембранните процеси на ултрафилтрация и нанофилтрация отдавна привличат вниманието на специалистите по водоснабдяване поради тяхната „гъвкавост“ - способността за едновременно отстраняване на редица замърсители от различно естество: биологични (бактерии и вируси), органични (хуминови киселини и др.) , колоидни, суспендирани, а също и разтворими в йонна форма. Разликите в мембранните процеси са в нивото на пречистване на водата (проникването на определени замърсители в пречистената вода), в зависимост от размера на порите на мембраните.

Технологията на нанофилтрация е позната отдавна и вече започва да се използва в водоснабдяването с питейна вода поради ефективното намаляване на съдържанието на органични съединения (цвят, летливи органохлорни съединения) и желязо, както и твърдостта.

Методът на нанофилтрация вече се използва широко за пречистване на повърхностни и подземни води, включително в големи градски съоръжения (например на станции в Париж - 10 000 m 3 / h и Холандия - 6 000 m 3 / h).

Въпреки това методът на нанофилтрация все още се счита за вид метод на обратна осмоза с всичките му недостатъци: необходимостта от цялостно предварително пречистване, за да се предотврати образуването на отлагания на калциев карбонат и утайки от органични и колоидни вещества; високи оперативни разходи, свързани с дозирането на реагенти за предварителна обработка, използване почистващи разтвории високата цена за подмяна на мембранни модули; традиционните мембранни модули от типа "ролка", които не са много надеждни. Високите разходи за реагенти и други оперативни разходи правят специалистите все още скептични относно използването на нанофилтрация за пречистване на вода Високо качествов големи пречиствателни станции, въпреки безспорната им ефективност в сравнение с „класическите“ коагулационни и окислително-сорбционни технологии.

Понастоящем ултрафилтрационният метод има широк мащаб на индустриално приложение, който се използва главно в пречиствателни станции на градски водоснабдителни системи: от декември 2006 г. - в Москва на Югозападната станция (както и в пречиствателни станции в Париж, Лондон , Амстердам, Сингапур и в редица градове в САЩ, Канада).

Използването на ултрафилтрационни мембрани (с размер на порите 0,01-0,1 микрона) обаче има много ограничен обхват (намаляване на колоидни частици и бактерии) и не е универсално за пречистване на води с различен състав. Ето защо в схемите за пречистване на водата ултрафилтрацията се използва в комбинация с други технологии (коагулация и окислително-сорбционна). Основните предимства на ултрафилтрацията са нейната много висока специфична производителност (повече от 100 l/m 2 h в сравнение с 35-40 l/m 2 h за нанофилтрация) и възможността за обратно промиване на мембрани за отстраняване на замърсителите от мембраните.

Разработване на нова технология за пречистване на вода чрез нанофилтрация

По този начин целта на работата беше да се проучи възможността за преодоляване на основните недостатъци на метода на нанофилтрация и да се създаде технология, която съчетава ефективността на нанофилтрацията и простотата на ултрафилтрацията.

Предпоставките за създаване на такава технология са назрели отдавна. Известни са методи за пречистване на повърхностни води с помощта на нанофилтрация от големите европейски компании Norit (Холандия) и PCI (Великобритания), използващи специални тръбни структури, които намаляват седиментацията и извършват хидравлично промиване с освобождаване на налягането, за да „счупят“ замърсителите от повърхността на мембраната. Устройствата от тръбни конструкции обаче имат много малка специфична повърхност на мембраната и значително увеличават обема на инсталациите и тяхната консумация на енергия, което в крайна сметка води до високи специфични капиталови и експлоатационни разходи.

Съвременните мембранни устройства с ролков дизайн имат голямо предимство пред устройствата с тръбни мембрани под формата на кухи влакна, използвани в съвременни ултрафилтрационни инсталации - това е плътността на „мембранната опаковка“ или високата специфична повърхност на мембраните за единица обем на устройството. При същите размери на “стандартните” мембранни модули (диаметър 200 mm, дължина 1000 mm), общата повърхност на мембраните в ултрафилтрационния модул е ​​18-20 m2, а в нанофилтрационния модул 35-40 m2. Освен това цената на производството на ролков модул с плоски мембрани е значително (50-60%) по-евтина от тази с кухи влакна. Следователно основната посока на работа беше подобряването на дизайна на ролката, за да се повиши експлоатационната надеждност и „устойчивостта“ на замърсяване. Несъвършенството на конструкцията на ролковия елемент се дължи на наличието на сепараторна мрежа в него (фиг. 1), която е „капан” за замърсители. Следователно създаването на устройства с „отворен“ канал без смущаваща мрежа позволява да се избегне натрупването на замърсители по време на работа и да се осигури възможност за извършване на хидравлично промиване с освобождаване на налягането. Изборът на нанофилтрационни мембрани с оптимални свойства и развитието на технологията за производство на мембранни модули с различни стандартни размери направиха възможно създаването на безреагентни технологии за редица случаи на пречистване на водата. Липсата на реагенти във веригата се осигурява, от една страна, от високата ефективност на мембраните по отношение на задържането на разтворени примеси, а от друга страна, от постоянното отстраняване на замърсителите от повърхността на мембраните благодарение на автоматизираните хидравлично промиване и поддържане на филтриращата повърхност на мембраните „чисти“.

Благодарение на разработените конструкции на устройства и автоматизирано измиване са създадени технологии, които позволяват пречистването на вода с високо съдържание на суспендирани твърди вещества, желязо, твърдост и цвят. В зависимост от състава на пречистваната вода (основно съдържание на органични вещества от различно естество) се избира марката мембрани с най-подходящи селективни свойства. Различни видове мембрани са тествани за пречистване на повърхностни и подпочвени води, но най-голямата ефективност е демонстрирана от новите разработки на мембрани от целулозен ацетат със специални стабилизиращи добавки. Благодарение на хидрофилната повърхност на мембраната те са изключително ефективни при задържането на железни йони и разтворени органични вещества. В допълнение, поради техните повърхностни свойства, редица колоидни и органични съединения се отлагат по-лошо върху ацетатните мембрани, отколкото върху композитните. Точките, описани по-горе, са доказани чрез обширни изследвания, описани в приложените публикации. Няма аналози на разработените устройства и мембрани от местни или чуждестранни компании. Технологията за производство на мембрани и производство на ролкови елементи с „отворен” канал също представлява ноу-хау и не се разкрива в подробности. Опитите за подобряване на каналите на валцуваните елементи бяха извършени от редица автори отдавна, но резултатите не бяха доведени до широко промишлено приложение поради сложността на технологията. Тази работа използва производствена технология, която е била описана и патентована по-рано, но благодарение на съвместните действия на авторите е подобрена и е на етап патентоване.

Разработените устройства за нанофилтрация се оказват конкурентни по цена, производителност и режим на измиване с устройствата за ултрафилтрация, като са много по-ефективни по отношение на техните специфични свойства. На фиг. Фигура 2 показва производителността на устройства със „стандартен“ размер като функция от времето за почистване повърхността на водатаот реката.

Поради загубата на производителност поради образуването на утайка върху мембраните и необратимото запушване на порите със суспендирани частици, средната производителност на ултрафилтрационните мембрани се оказва с 40-50% по-малка от „сертификатната“, като се различава с 30 -40% от производителността на апарат с нанофилтрационни мембрани.

Технология за допречистване на вода от водоснабдителни системи в градски сгради

Водата в централизираните водоснабдителни системи често съдържа суспендирани колоидни вещества (например железен хидроксид), както и бактерии поради вторично замърсяване на водата във водопроводите. В някои случаи се наблюдава повишено съдържание на хлорорганични вещества (при наводнения). Традиционно се използват механични филтри под налягане за отстраняване на суспендирани твърди частици, а филтри със сорбционно натоварване се използват за намаляване на съдържанието на органични вещества и миризми.

Основните недостатъци на този подход са: използването на доста обемисти филтри (обикновено вносни от фибростъкло с диаметър 0,75-1,2 m и височина над 2 m); трудности при инсталиране на филтри в съществуващи помещения; трудности при поддържане и подмяна на товари; доста бързо изчерпване на сорбционния капацитет на въглищата и необходимостта от неговата подмяна.

Напоследък вместо механични филтри се използват ултрафилтрационни устройства, за да се осигури по-дълбоко отстраняване на железни колоиди, бактерии и вируси от водата. Освен това мембранните модули са компактни, имат значително по-малко тегло и обем в сравнение с механичните филтри, което е особено важно при тяхното използване и поставяне в градски сгради. Въпреки това, използването на сорбционни филтри в градски сгради изисква, поради ограничения капацитет на сорбция на товарите, доста високи разходи за обслужване на такива инсталации.

Използването на нанофилтрационни единици ни позволява да решим проблема с отстраняването на органични замърсители от чешмяна вода без използването на сорбционни филтри и при минимални експлоатационни разходи.

Изчисленията и проучванията показват, че отстраняването на повечето (над 90%) органични замърсители чрез нанофилтрация позволява да се удължи живота на сорбционните филтри с 10-20 пъти или съответно да се намали обемът им, ограничавайки използването на патронни филтри само в случай, че на миризми във водата при наводнения или аварии на водоизточника. В допълнение, нанофилтрационните мембрани частично премахват твърдостта и алкалността на водата, което прави водата подходяща за използване в системи за отопление и топла вода, освобождавайки клиента от необходимостта от използване на омекотители и допълнителни консумативи (таблетна сол).

Съвременните клиенти в градските съоръжения често формулират допълнителни изисквания за качеството на водата, много по-строги от изискванията на съществуващите международни стандарти на СЗО и SanPiN, което се дължи на наличието на „специални“ потребители в сгради - клиники, медицински центрове, заведения за обществено хранене, и т.н.

Например, при проектирането на HSE системите на небостъргача Федерация, проектантите са били „изправени“ пред изисквания за съдържание на желязо -0,05 mg/l, HCC (халоген-съдържащи съединения) -10 μg/l (срещу стандартите на СЗО: 0,3 mg/l). l и съответно 200 µg/l). Подобни изисквания се оказаха решаващи при избора на нанофилтрационни системи за водоснабдяване на сградите на Централната задна митница и клиниката на ФСБ в Москва през 2002 г. (фиг. 3, 4).

В тази работа бяха проведени проучвания за сравняване на ефективността на намаляване на окисляемостта и съдържанието на разтворени органични вещества в чешмяна вода, използвайки системи за ултрафилтрация със сорбционна последваща обработка и системи за нанофилтрация. Качеството на пречистената вода се оценява по показатели за окисляемост.

Качеството на водата обикновено се оценява от естеството на кривите на поглъщане на светлина, където определени дължини на вълните съответстват на молекулното тегло и природата на органичните вещества.

На фиг. Фигура 5 показва кривите на абсорбция на светлина на чешмяна вода, преминала през нанофилтрационни мембрани 4 и филтър, зареден с въглища 2 и 3. Използването на нанофилтрационни мембрани 4 прави възможно получаването на вода с ниска окисляемост. С допълнителното използване на сорбционни филтри след нанофилтрация само за отстраняване на миризми, експлоатационният им живот се увеличава многократно. Резултатите от тестовете за живот на сорбционния филтър (определяне на неговия сорбционен капацитет) са показани на фиг. 6.

Икономическият ефект от използването на технологията за нанофилтрация се определя от намаляването на разходите за поддръжка на инсталациите за последващо третиране.

Технология за пречистване на вода за отопление и вентилация

Сегашното състояние на градското строителство изисква решаване на проблемите с доставката на сгради не само с висококачествена питейна вода, която отговаря на изискванията на SanPiN, но в някои случаи и с вода за специални технологични нужди:

попълване на отоплителни и отоплителни кръгове;

допълване на вериги на спринклери и изпарители на климатични системи;

Захранване на “покривни” парни котли за топлоснабдителни системи.

В зависимост от изискванията към качеството на подготвената вода, нанофилтрационните системи използват различни видове мембрани с различни показатели за селективност (капацитет за задържане на сол). При използване на мембранни инсталации за нуждите на захранването на топлофикационната мрежа и топлото водоснабдяване карбонатният индекс KI на пречистената вода трябва да отговаря на следните условия:

KI=[Ca +2]· ≤ 2-5,

където , стойности на концентрациите на калций и алкалност, изразени в mg-eq/l.

За да отговорят на тези изисквания, нанофилтрационните мембрани са идеално подходящи в комбинация с разработени мембранни елементи с „отворен канал“, което елиминира образуването на застойни зони в устройствата и образуването на утайка от калциев карбонат в тях, което рязко намалява времето за работа на устройството.

Ако е необходимо да се получи захранваща вода за парни котли и климатични кръгове, е необходима вода със стойности на твърдост от 0,01-0,02 mEq/l. Традиционно за получаване на дълбоко омекотена вода се използват двустепенни системи за Na-катионизация или (в момента) вместо първия етап на Na-катионизация се използват устройства за обратна осмоза. И в двата случая схемите за дълбоко омекотяване изискват високи оперативни разходи (за таблетирана сол, инхибитор, миещи разтвори, честа поддръжка) и решаване на проблемите с рециклиране на регенерационни решения. С помощта на разработките, представени в работата, бяха създадени двустепенни схеми за омекотяване (използване на мембранни нанофилтрационни устройства на първия етап) и устройства за обратна осмоза на втория етап (фиг. 7).

Такива схеми позволяват да се избегне използването на реагенти по време на тяхната работа и да се осигури дълъг (над 2500 часа) период на непрекъсната работа. В някои случаи е препоръчително да се използват специално проектирани патрони с прахов инхибитор, за да се увеличи надеждността на системите за обратна осмоза.

За определяне експлоатационни характеристикимембранни вериги, използващи устройства за обратна осмоза и нанофилтрация (определяне на видове миещи разтвори, време на непрекъсната работа и др.) е разработена специална компютърна програма.

Пример за сравнение на оперативните разходи на различни схеми за дълбоко омекотяване е показан на фиг. 8.

Благодарение на използването на нови видове мембрани и мембранни устройства времето за работа се увеличава максимално, което води до намаляване на разходите за поддръжка на инсталацията (фиг. 9).

Общ изглед на двустепенни мембранни системи е показан на фиг. 10.

Описаните технологии се използват при разработването на:

Водопречиствателни системи за централизирано водоснабдяване: станции за пречистване на повърхностни води и станции за подземни води с капацитет до 10 000 m 3 /h; системите са напълно без реагенти;

Водопречиствателни системи за квартали и комплекси от промишлени и търговски сгради;

Системи за подобряване качеството на водопроводната вода за индивидуални жилищни и офис сгради;

Системи за пречистване на вода за захранване на отоплителни мрежи и котли на жилищни и промишлени сгради;

Системи за подобряване на качеството на питателната вода от технически водопроводи на градски предприятия;

Системи за подготовка на питателна вода за парни котли със средно и високо налягане („покривни котли“ и мини-CHP) за топлоснабдяване на сгради или градски жилищни комплекси (CHP) (в комбинация от разработени нанофилтрационни системи със системи за обратна осмоза). Разработените технологии позволяват да се решат проблемите, възникващи чрез използване на компактно, лесно инсталирано оборудване с просто „увеличаване“ на мощността, осигуряващо автоматизирана денонощна работа, без нужда от реактиви и консумативи и изискващи сервизни мерки не повече от след 6 месеца непрекъсната работа.

За водоснабдяване на голяма (жилищна или хотелска сграда) системата за пречистване на водата може да се състои от четири мембранни блока с общ капацитет 50 m 3 /h. Размерите на всеки блок (с капацитет 12 m 3 /h) са 1,5 m (дълбочина) x 1,5 m (височина) x 0,5 m (ширина). Габаритните размери на станцията с капацитет 50 m 3 /h са (ШxДxВ) 3,5x1,5x1,5 m Комплектът за доставка на всеки агрегат включва: бустерна помпа, мембранни устройства и патрони за последваща обработка с въглища. Работата на системата се състои в извършване на превантивно промиване (1-2 пъти годишно) и подмяна на карбонови патрони (веднъж годишно). Срокът на експлоатация на мембраните е 5 години. Оформлението на един блок е показано на фиг. 11, общ изглед на един блок с капацитет 12 m 3 /h е показан на фиг. 12.

Литература

1. Первов А. Г. Андрианов А. П. Съвременни мембранни нанофилтрационни системи за приготвяне на висококачествена питейна вода // Водопровод. 2007. № 2.
2. Futselaar M. и др. Директна капилярна нанофилтрация за повърхностни води. // Обезсоляване. V. 157 (2003), p. 135-136.
3. Futselaar H., Schoneville H., MeerW. Директна капилярна нанофилтрация за повърхностни води. (Представено на Европейската конференция за обезсоляване и околната среда: прясна вода за всички, Малта, 4-8 май 2003 г. EDS, IDA) // Обезсоляване. 2003. Том 157, стр. 135-136.
4. Bruggen B., Hawrijk I., Cornelissen E., Vandecasteele C Директна нанофилтрация на повърхностни води с помощта на капилярни мембрани: сравнение с плоски листови мембрани. // Технология за разделяне и пречистване. 2003 г.
5. Bonn_ P.A.C., Hiemstra P., Hoek J.P., Hofman J.A.M.H. Дали директната нанофилтрация с продухване с въздух е алтернатива за производство на вода в домакинствата за Амстердам? // Обезсоляване. 2002. V. 152, p. 263-269.
6. Уебсайт на Trisep http://www.trisep.com.
7. Уеб сайт за PIC мембрани http://www.pcimem.com.
8. Первов Алексей Г., Мелников Андрей Г. Определяне на необходимата степен на отстраняване на замърсяване при предварителна обработка на RO фураж. // Световна конференция на IDA за обезсоляване и повторно използване на водата 25-29 август 1991 г., Вашингтон. Предварителна обработка и замърсяване.
9. Первов А.Г. Опростен дизайн на RO процес, базиран на разбиране на механизмите на замърсяване.// Обезсоляване 1999, том. 126.
10. Riddle Richard A. Ултрафилтрация с отворен канал за предварителна обработка с обратна осмоза. // Световна конференция на IDA за обезсоляване и повторно използване на водата 25-29 август 1991 г., Вашингтон. Предварителна обработка и замърсяване.
11. Первов А.Г. Мембранен ролков елемент. Патент № 2108142, бр. 10.04.1998 г.
12. Ървайн Ед, Уелч Дейвид, Смит Алън, Ракуал Тони. Нанофилтрация за отстраняване на цвят - 8 години оперативен опит в Шотландия. //Процес. На конф. относно мембраните в производството на питейна и промишлена вода. Париж, Франция, 3-6 октомври 2000 г. V 1, p. 247-255.
13. Первов А.Г. Прогноза за образуване на котлен камък и графици на почистващи процедури при работа с обратна осмоза. // Обезсоляване 1991, том. 83.
14. Хилал Нидал, Ал-Хатиб Лайла, Аткин Браян П., Кочкодан Виктор, Потапченко Неля. Фотохимична модификация на мембранни повърхности за намаляване на (био) замърсяването: наномащабно изследване с използване на AFM // Обезсоляване 2003, том. 156, стр. 65-72.
15. Hilal Nidal, Mohammad A. Wahab, Atkina Brian, Darwish Naif A. Използване на атомно-силова микроскопия за подобряване на свойствата на нанофилтрационните мембрани за предварителна обработка на обезсоляване: преглед // Desalination 2003, Vol. 157, стр. 137-144.
16. Первов А.Г., Мотовилова Н.Б., Андрианов А.П., Ефремов Р.В. Разработване на системи за пречистване на оцветени води в северните райони на базата на технологии за нанофилтрация и ултрафилтрация // Пречистване и кондициониране на природни води: Сборник статии. научен върши работа Vol. 5. М., 2004.
17. Первов А. Г., Андрианов А. П., Спицов Д. В., Козлова Ю. В. Избор на оптимална схема за последваща обработка на чешмяна вода в градски сгради с помощта на мембранни агрегати // Сборник доклади на седмия международен конгрес „Вода: екология и технология“. Том 1.
18. Первов А. Г., Бондаренко В. И., Жабин Г. Г. Приложение комбинирани системиобратна осмоза и йонообмен за приготвяне на захранваща вода за парни котли // Енергоспестяване и обработка на вода. 2004. № 5.

Знаете ли, че всеки десети жител на планетата не получава редовно питейна вода в достатъчни количества? За да решат този най-належащ проблем за човечеството, най-добрите инженери по света са разработили широка гама от устройства, големи и малки, които произвеждат чиста вода. Всяка година се появяват много иновации, които опростяват и намаляват разходите за тези процеси, а оборудването става по-компактно и по-евтино. Днес най-малко 663 милиона души по света страдат от липса на питейна вода и решаването на този проблем става все по-неотложно всяка година.

Използват се за получаване на прясна вода различни технологии- от кондензацията на вода от разреден въздух и обезсоляването на солена морска вода до водни чипове с ултравиолетово пречистване, които могат да се използват у дома. Разбира се, не всички съществуващи технологии са надхвърлили лабораторията, но тези, които са въведени, вече са направили възможно получаването на милиарди литри чиста вода.

Кула за събиране на питейна вода Warka Water

На разработчиците отне няколко години, за да създадат водната кула Warka, а миналата година първата пилотна инсталация, способна да получава чиста вода директно от въздуха, най-накрая започна да работи в етиопско село. Уникалният награден проект се основава на концепцията за събиране на вода от мъгла.

Конструкцията представлява огромен цилиндър от плетени бамбукови пръчки, вътре в които е опъната мрежа. Кулата е заобиколена от навес, позволяващ на местните жители да се отпуснат на сянка, докато кондензът се излива в контейнер изпод основата на кулата. Създателите на кулата планират да започнат масово производство до 2019 г.

Малък UV пречиствател на вода

Не всички хора, страдащи от липса на чиста вода, живеят в сухи райони. Понякога има „вода навсякъде, но нито капка, нито глътка за пиене“ поради замърсяване или други екологични проблеми. Съществуващите системи за пречистване обикновено са скъпи и неефективни. Изследователи от Станфордския университет и Националната лаборатория SLAC наскоро разработиха UV пречиствател на вода, разположен в малък правоъгълен корпус, който съкращава процеса на пречистване на водата от 48 часа на 20 минути. Въпреки че устройството все още е далеч от масово производство, лабораторните тестове на прототипа дават надежда, че създаването на този чип може да бъде първата стъпка към ново поколение методи за пречистване, които помагат за превръщането на мръсната вода в годна за пиене.

Плаваща слънчева инсталация за обезсоляване на вода Тръба

Нов проект за обезсоляване, разработен за Калифорния, наречен Pipe, нашумя миналото лято, като осигури 5,7 милиарда литра чиста питейна вода на засегнатия от суша щат. Платформата, захранвана от слънчеви панели, работи на принципа на електромагнитното обезсоляване. Филтриране и термални бани се използват за превръщане на морската вода в питейна вода, а полученият страничен продукт след това се освобождава обратно в океана. Външно Pipe прилича повече на гигантска искряща скулптура, произведение на изкуството, отколкото на индустриална инсталация. Радва окото и стопля душата от съзнанието какъв голям проблем се решава с негова помощ.

Най-голямата инсталация за събиране на мъгла в света

Най-големият събирач на мъгла е гигантска мрежеста ограда, която улавя гъстата мъгла в мароканската пустиня и я превръща в чиста, прясна вода. Гениалното устройство, което покрива площ от около 600 квадратни метра, се възползва чудесно природни условиясухият регион на Aït Baâmrane, където мъгла, по-скоро като плътно одеяло, покрива всичко около шест месеца в годината. Инсталацията произвежда 77 литра питейна вода на ден на квадратен метър мрежа. С помощта на захранвана със слънчева енергия помпена система и тръби, чистата питейна вода се осигурява на повече от 400 местни жители, които преди са смятали получаването на вода за невероятно трудна задача.

Воден нано чип

Основната пречка за въвеждането на технологии за пречистване на вода за битови нужди в сухите райони винаги е била тяхната висока цена. Изследователи, инженери и дизайнери буквално се разпаднаха, опитвайки се да решат този проблем. Неочаквано и много оригинално решение предложиха учени от Тексаския университет в Остин и немски учени от Марбургския университет. Те изобретиха „воден чип“, който създава слабо електрическо поле, което обаче е достатъчно за обезсоляване на малко количество вода. Съдейки дори по резултатите от първите експерименти, този чип, захранван от обикновени батерии, може да се превърне в решение за потребителите. За по-нататъшно тестване и насърчаване на развитието на технологията на този много обещаващ и преносим метод, стартиращата компания Okeanos Technology беше специално създадена.

Вълнова енергия на Карнеги Пърт

Проектът Carnegie Perth Wave Energy реши да убие два заека с един изстрел, като комбинира метода за генериране на електричество от подводни течения с метода на обратна осмоза за обезсоляване на морската вода. Плаващата инсталация тип шамандура работи край бреговете на Пърт в Западна Австралия, където екологичните методи за производство на електроенергия са особено важни. Към него са прикрепени три потопяеми 240-киловатови шамандури морско дъноизползвайки тежки хидравлични помпи, които изтласкват вода през мощни турбини, докато цялата система се клатушка в дълбините на океана. Интегрираната система за обезсоляване използва част от произведената електроенергия за създаване на чиста питейна вода, а останалата част от електроенергията се подава обратно към брега директно в мрежата. Този малък местен проект е част от по-голям план за използване на тази технология за обезсоляване като устойчив и безопасен източник на чиста питейна вода за местните жители.