TECHNOLOGICAL ANALYSIS OF THE OPERATION OF THE REVERSE OSMOSIS UNIT ON THE UNDERGROUND WATER INTAKE
Keywords:
reverse osmosis, Sediment Density Index (SDI), Langelier Saturation Index (LSI), membrane technologies, underground water source, radon, aerationAbstract
Reverse osmosis (RO) technology is actively used for drinking and industrial water supply. However, the low quality of water supplied to the membranes leads to an increase in the probability of fouling on the membrane surface and a decrease in their service life. The paper analyzes publica-tions devoted to the causes of and the methods for assessing the fouling on membranes, as well as to the search for the methods to reduce this negative phenomenon. The causes of the failure of RO membranes are analyzed using the example of a water treatment system at an underground water source with an increased content of radon. It is shown that an important factor of the fouling on membranes is the low quality of the feed water, namely, the increased values in terms of turbidi-ty, hardness, total iron, and hydrogen sulfide. The hypothetical composition of water in the watersource is calculated. The Sediment Density Index (SDI) of the feed water, the Langelier Saturation Index (LSI), the concentration of bicarbonate, carbonate and carbon dioxide in the aerator are calcu-lated. According to the SDI value, the feed water of the reverse osmosis system is prone to fouling. The LSI of the concentrate and the calculated Gibbs energy of carbon dioxide equilibrium in the aera-tor indicate a high likelihood of calcium carbonate fouling. Consequently, the quality of preliminary purification of feed water is unsatisfactory. In addition, it is revealed that the operation of membranes is carried out with a high extraction of permeate. It is recommended to reduce the degree of permeate extraction to 70–75%, and to maintain the rotational mode of the water intake well operation. Options for optimizing the operation of the water treatment plant are proposed: acidification of feed water with sulfuric acid solution, and replacement of RO membranes with nano-membranes, or exclusion from the aeration scheme with the removal of radon from storage reservoirs.References
Кишневский, В.А. Исследование эффек-тивности комбинированных водоподготовитель-ных установок высокой производительности / В.А. Кишневский, Л.В. Петрикевич // Труды одес-ского политехнического университета. – 2009. – № 1(31). – С. 54–56.
Подходы к проектированию и оптимиза-ции водоподготовительных установок, основанных на интегрированных мембранных технологиях / А.А. Пантелеев, В.Ф. Очков, К.А. Орлов, С.С. Гав-риленко // Энергосбережение и водоподготовка. – 2013. – № 6 (86). – С. 14–18.
Mineral Scaling in Membrane Desalination: Mechanisms, Mitigation Strategies, and Feasibility of Scaling-Resistant Membranes / T. Tong, A. F. Wal-lace, S. Zhao, and Z. Wang // Journal of Membrane Science. – 2019. – Vol. 579. – P. 52–69. DOI: 10.1016/j.memsci.2019.02.049.
Жадан, А.В. Обоснование выбора схемы предварительной обработки воды на ТЭС на ос-нове метода ультрафильтрации / А.В. Жадан, Е.Н. Бушуев // Вестник ИГЭУ. – 2014. – № 2. – С. 1–5.
Горбик, П.А. Подготовка технологии к включению в справочник наилучших доступных технологий. Очистка воды методом ультра-фильтрации и микрофильтрации в сочетании с обратным осмосом / П.А. Горбик, С.Л. Захаров // Успехи в химии и химической технологии. – 2017. – Т. 31. № 5 (186). – С. 10–12.
Федоренко, В.И. Основные критерии для технологического расчета и эксплуатации мем-бранных систем водоподготовки / В.И. Федоренко // Мембраны. – 2003. – Т. 17, № 1. – С. 22–29.
Liu, Q. Inorganic Scaling in Reverse Osmosis (RO) Desalination: Mechanisms, Monitoring, and Inhibi-tion Strategies / Q. Liu, G. -R Xu, R. Das // Desalina-tion. – 2019. – 468. DOI:10.1016/j.desal.2019.07.005.
Scaling of Reverse Osmosis Membranes used in Water Desalination: Phenomena, Impact, and Control; Future Directions / A. Matin, F. Rahman, H.Z. Shafi, S.M. Zubair // Desalination. – 2019. – 455. – P. 135–157. DOI:10.1016/j.desal.2018.12.009.
A Review of in Situ Real-Time Monitoring Techniques for Membrane Fouling in the Biotechnology, Biorefinery and Food Sectors / G. Rudolph, T. Virtanen, M. Ferrando et al. // Journal of Membrane Science. – 2019. – 588. DOI: 10.1016/j.memsci.2019.117221.
Membrane Fouling in Osmotically Driven Membrane Processes: A Review / Q. She, R. Wang, A.G. Fane, C.Y. Tang. // Journal of Membrane Science. – 2016. – 499. – P. 201–233. DOI: 10.1016/j.memsci.2015.10.040.
A Review of Fouling Indices and Monitoring Techniques for Reverse Osmosis / L.N. Sim, T.H. Chong, A.H. Taheri et al. // Desalination. – 2018. – 434. – P. 169–188. DOI:10.1016/j.desal.2017.12.009.
Коновальчик, М.В. Восстановление про-изводительности и увеличение срока службы об-ратноосмотических мембранных элементов / М.В. Коновальчик, В.В. Лихачева, О.Ю. Ятченко // Вести Автомобильно-дорожного института. – 2019. – № 4 (31). – С. 39–46. 13. Ahmad, N.A. Current advances in mem-brane technologies for produced water desalination / N.A. Ahmad, P.S. Goh, L.T. Yogarathinam, A.K. Zul-hairun, A.F. Ismail // Desalination. – 2020. – Vol. 493. DOI: 10.1016/j.desal.2020.114643.
Al Mayyahi, A. Important Approaches to Enhance Reverse Osmosis (RO) Thin Film Compo-site (TFC) Membranes Performance / A. Al May-yahi // Membranes. – 2018. – 8 (3). – DOI: 10.3390/membranes8030068.
Advances in Forward Osmosis Membranes: Altering the Sub-Layer Structure Via Recent Fabrica-tion and Chemical Modification Approaches / W.A. Suwaileh, D.J. Johnson, S. Sarp, N. Hilal // De-salination. – 2018. – Vol. 436. – P. 176–201. DOI:10.1016/j.desal.2018.01.035.
Спицов, Д.В. Совершенствование конст-рукции мембранных аппаратов с целью сокраще-ния эксплуатационных затрат при эксплуатации мембранных установок / Д.В. Спицов, А.П. Анд-рианов // Успехи современной науки. – 2017. – Т. 4, № 2. – С. 41–44.
Севрюкова, Е.А. Разработка средств предотвращения отложений в установках обрат-ного осмоса / Е.А. Севрюкова, А.И. Меркулова // В сборнике: Актуальные проблемы повышения эффективности производств микроэлектроники. Сборник научных трудов. Под ред. В.И. Каракея-на. – М., 2016. – С. 117–124.
Влияние выбора антискаланта на вели-чину эксплуатационных затрат для установок обратного осмоса / В.А. Головесов, А.Г. Першов, Г.Д. Сухов, Г.Я. Рудакова // Вестник МГСУ. – 2020. – Т. 15. – № 8. – С. 1163–1174.
The use of Ultrasound to Mitigate Mem-brane Fouling in Desalination and Water Treatment / M. Qasim, N.N. Darwish, S. Mhiyo et al. // Desalina-tion. – 2018. – 443. – P. 143–164. DOI: 10.1016/j.desal.2018.04.007.
ASTM Standard Modified Fouling Index for Seawater Reverse Osmosis Desalination Process: Status, Limitations, and Perspectives / Y. Jin, H. Lee, C. Park, S. Hong // Separation and Purification Re-views. – 2020. – 49 (1). – P. 55–67. DOI: 10.1080/15422119.2018.1515777.
Рушников, А.Ю. О некоторых особенно-стях расчѐта индекса стабильности воды Ланже-лье / А.Ю. Рушников // Сантехника, Отопление, Кон-диционирование. – 2017. – № 7 (187). – С. 24–29.22. ГОСТ Р 51232–98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.
Спицов, Д.В. Радикальное сокращение расходов воды на собственные нужды устано-вок подготовки питьевой воды из подземных водоисточников / Д.В. Спицов, Т.Н. Ширкова, А.Г. Первов // Инновации и инвестиции. – 2020. – № 1. – С. 316–323.
Абдрахманов, Р.Ф. Геохимия подземных вод зоны гипергенеза Южного Урала / Р.Ф. Аб-драхманов, В.Г. Попов // Наука о земле. Известия Уфимского научного центра РАН. – 2011. – № 2. – С. 43–49.
Абдрахманов, Р.Ф. Геохимические осо-бенности и условия формирования подземных вод Южного Урала / Р.Ф. Абдрахманов, В.Г. Попов // Геология, полезные ископаемые и проблемы гео-экологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий. – 2010. – № 8. – С. 223–227.
Изучение процессов образования осадков соединений кремния в воде / Н.Е. Пудова, А.Н. Мо-розов, А.В. Жога, Н.П. Какурин // Успехи в химии и химической технологии. – 2015. – Т. 29. – № 3 (162). – С. 95–97.
Нахабо, А.В. Исследование проблемы по-вышенных расходов воды мембранных установок на собственные нужды / А.В. Нахабо, Е.В. Самар-кина // Вестник ИрГТУ. – 2015. – № 9 (104). – С. 151–155.
Рушников, А.Ю. О возможности умяг-чения, деминерализации и изменения стабильно-сти воды в процессе обезжелезивания / А.Ю. Рушников // Сантехника, Отопление, Кон-диционирование. – 2017. – № 5 (185). – https://www.c–o–k.ru/articles/o–vozmozhnosti–umyagcheniya–demineralizacii–i–izmeneniya–stabilnosti–vody–v–processe–obezzhelezivaniya.
Рушников, А.Ю. Влияние аэрации на угле-кислотное равновесие в воде. Часть 1 / А.Ю. Руш-ников // Сантехника, Отопление, Кондициониро-вание. – 2015. – № 11 (167). – С. 32–35.
Рушников, А.Ю. Влияние аэрации на угле-кислотное равновесие в воде. Часть 2. / А.Ю. Рушников // Сантехника, Отопление, Конди-ционирование. – 2016. – № 2 (170). – С. 30–35.
Бушуев, Е.Н. Исследование влияния фак-торов на технологические характеристики уста-новки обратного осмоса c использованием рас-четных программ / Е.Н. Бушуев, Н.В. Балашова // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XIX Бенардосовские чтения): материалы Междунар. науч.-техн. конф., посвя-щенной 175-летию со дня рождения Н.Н. Бенар-доса. – 2017. – С. 137–140.
Самодолова, О.А. Очистка природной воды от радона / О.А. Самодолова, А.П. Самодо-лов, Е.В. Николаенко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». – 2020. – Т. 20, № 3. – С. 64–69. DOI: 10.14529/build200308.
