НЕГАТИВНИЙ ВПЛИВ УСТАНОВОК ЗВОРОТНОГО ОСМОСУ НА ДОВКІЛЛЯ ТА ПОШУК ШЛЯХІВ ЙОГО ЗМЕНШЕННЯ
THE NEGATIVE IMPACT OF REVERSE OSMOSIS INSTALLATIONS ON THE ENVIRONMENT AND THE SEARCH FOR WAYS TO REDUCE IT
Сторінки: 150-156. Номер: №6, 2023 (329) 
Автори:
КАРПЕНКО Маргарита
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
https://orcid.org/0000-0003-3237-4130
РАДОВЕНЧИК Вячеслав
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
https://orcid.org/0000-0001-5361-5808
e-mail: dokeco@ukr.net
Karpenko Мargarita
National Technical University of Ukraine “Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
ORCID ID: 0000-0003-3237-4130
RADOVENCHIK Vyacheslav
National Technical University of Ukraine “Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
ORCID ID: 0000-0001-5361-5808
e-mail: dokeco@ukr.net
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-329-6-150-156
Анотація мовою оригіналу
Мембрана зворотного осмосу сприяє демінералізації питної води завдяки своїм структурним особливостям. Молекули води проходять крізь пори мембрани під тиском, при цьому молекули, більші за діаметр пор, відділяються і разом з концентратом скидаються в каналізаційну мережу. Відомо, що основними речовинами природних вод, що осаджуються на мембрані є: гідроокиси металів, силікати, алюмосилікати, гумінові речовини, поверхнево – активні речовини (ПАР), метакремнієва кислота (H2SiO2 ), натрій хлор (NaCl), карбонат кальцію), хлорид кальцію (СaCl2), гідроксид магнію Mg(OH)2, мікроорганізми.
Як свідчать дані досліджень, в результаті доочищення водопровідної води методом зворотного осмосу з використанням мембрани американської фірми Filmtec типу TW30-1812-50, при робочому тискові 18 атм повністю зникає запах, присмак, колірність та каламутність, загальна жорсткість знижується на 90–94%, вміст заліза – практично на 100%. На етапі очищення через активоване вугілля з води видаляються азот, нітрати та нітрити, зменшується вміст заліза та водневий показник.
Технологія зворотного осмосу є надзвичайно ефективною, адже видаляє до 99% усіх можливих забрудників води, проте з точки зору безпеки для довкілля має ряд недоліків: значна кількість води, яка не використовується в побуті, а скидається у каналізаційні мережі (пермеат/концентрат: 70/30); нерозбірні вугільні картриджі, мінералізатори та УФ-знежаражувачі, які збагачують та знезаражують воду після мембранної очистки; механічні поліпропіленові картриджі (піддаються регенерації); мембранні блоки (частково піддаються регенерації); монцентрат, насичений забруднюючими речовинами, які утворились внаслідок очищення води. Тому важливим є питання регенерації змінних блоків (фільтрів, картриджів та мембран). Це дозволить зменшити навантаження на довкілля, зменшити кількість викинутих мембран та зменшити затрати на обслуговування установок зворотного осмосу та покупку нових комплектуючих.
В ході досліджень визначено, що найкращим очисником мембран установок зворотного осмосу є водне кислотне середовище (тобто яке має рН від 2 до 3,5). Збільшення кислотності, тобто наближення рН до 2, забезпечує розчинення нерозчинних у воді солей кальцію, кремнезему, сполук заліза та органічних забрудників. Зрозуміло, що розчинами яблучної та оцтової кислот такого показника рН досягти неможливо, тому очищення мембрани за допомогою таких кислот буде частковим. Найбільшої ефективності очищення забруднених мембран вдалося при вилученні заліза з мембрани у кількості 1,6 г/л. за допомогою розчину яблучної кислоти.
Ключові слова: зворотній осмос, мембрани, регенерація, пермеат, концентрат, оцтова кислота, яблучна кислота.
Розширена анотація англійською мовою
The reverse osmosis membrane contributes to the demineralization of drinking water due to its structural features. Water molecules pass through the pores of the membrane under pressure, while molecules larger than the diameter of the pores are separated and discharged together with the concentrate into the sewage network. It is known that the main substances of natural waters deposited on the membrane are: metal hydroxides, silicates, aluminosilicates, humic substances, surface-active substances (surfactants), metasilicic acid (H2SiO2), sodium chloride (NaCl), calcium carbonate), calcium chloride (CaCl2), magnesium hydroxide Mg(OH)2, microorganisms.
According to research data, as a result of further purification of tap water by the reverse osmosis method using the membrane of the American company Filmtec type TW30-1812-50, at a working pressure of 18 atm, the smell, aftertaste, color and turbidity completely disappear, the overall hardness is reduced by 90–94%, iron content is almost 100%. At the stage of purification, nitrogen, nitrates and nitrites are removed from the water through activated carbon, the iron content and the hydrogen index are reduced.
Reverse osmosis technology is extremely effective, because it removes up to 99% of all possible water pollutants, but from the point of view of safety for the environment, it has a number of disadvantages: a significant amount of water that is not used in everyday life, but is discharged into sewage networks (permeate/concentrate: 70/30); non-separable carbon cartridges, mineralizers and UV sterilizers that enrich and disinfect water after membrane purification; mechanical polypropylene cartridges (subject to regeneration); membrane blocks (partially subject to regeneration); moncentrate, saturated with pollutants that were formed as a result of water purification. Therefore, the issue of regeneration of replaceable blocks (filters, cartridges and membranes) is important. This will reduce the burden on the environment, reduce the number of discarded membranes, and reduce the cost of maintaining reverse osmosis units and purchasing new components.
In the course of research, it was determined that the best cleaner for the membranes of reverse osmosis installations is an aqueous acidic environment (that is, which has a pH of 2 to 3.5). An increase in acidity, i.e. an approach of pH to 2, ensures the dissolution of water-insoluble calcium salts, silica, iron compounds and organic pollutants. It is clear that it is impossible to achieve such a pH with solutions of malic and acetic acids, so the membrane cleaning will be partial. The most efficient cleaning of contaminated membranes was achieved when iron was removed from the membrane in the amount of 1.6 g/l. using a solution of malic acid.
Keywords: reverse osmosis, membranes, regeneration, permeate, concentrate, acetic acid, malic acid.
