Нанофильтрация – способ водоподготовки, который основан на обратноосмотическом разделении жидкостей. При этом поверхность нанофильтрационной мембраны имеет более проницаемый и менее плотный селективный слой по сравнению с мембранами, применяемыми в установках обратного осмоса. На мембранный элемент под давлением подают жидкость. Чистая жидкость поступает в канал пермеата, а загрязненная остается в канале подачи.
Нанофильтрация водных растворов занимает промежуточное положение между ультрафильтрацией и обратноосмотической очисткой. Размер пор нанофильтрационных мембран составляет от 0,002 до 0,001 мкм, что в 10–50 раз меньше по сравнению с порами в ультрафильтрационных мембранах. Рабочее давление при нанофильтрационной очистке также вдвое–втрое выше – в среднем от 3 до 50 бар.
Для такой технологии водоподготовки характерны высокая селективность по двух- и поливалентными ионами, но низкая селективность солей по одновалентным ионам. Поэтому для обессоливания и деминерализации используют установки обратного осмоса. Нанофильтрационное оборудование подходит только для частичного обессоливания жидкости, а также эффективно удаляет из растворов органические вещества. Технология оптимальна для удаления крупных заряженных частиц (поливалентных ионов) следующих веществ:
магний;
кальций;
марганец;
железо;
ртуть;
свинец;
медь;
пестициды;
фосфаты и др.
Помимо очистки от вредных примесей, установка нанофильтрации обеспечивает безреагентную дезинфекцию, обеззараживание воды. Фильтры высоко эффективны при удалении простейших бактерий, вирусов и паразитических протистов с размером от 0,1 до 1 мкм, включая лямблии и криптоспоридии.
Где применяют установки нанофильтрации при очистке воды?
Поверхностные свойства нанофильтрационной и обратноосмотической мембран схожи, но у первых рабочее давление ниже по сравнению с очисткой воды обратным осмосом. Такие мембраны удаляют из жидкости белковые включения, коллоиды, катионы тяжелых металлов, ряд высокомолекулярных органических соединений и взвеси с крупным размером частиц. Селективность мембран по двухзарядным катионам магния и кальция достигает 98 %, а по моновалентным солям – около 85 %. Такой тип очистки подходит для умягчения, доочистки, снижения общей щелочности жидкости, но по завершении процесса необходима дополнительная очистка и обессоливание, если требуется. Основные сферы применения технологии:
пищевая промышленность;
фармацевтическое и косметическое производство;
нефтехимическая промышленность;
изготовления лакокрасочных материалов.
Нанофильтрация эффективна при снижении цветности, уменьшении концентрации общего органического углерода в поверхностных водах, удалении радия из артезианской воды.
Преимущество нанофильтрации – снижение энергетических затрат в процессе водоподготовки. Не все предприятия нуждаются в обессоливании воды на уровне 99,5 %, поэтому технологию обратного осмоса заменяют нанофильтрацией с меньшим рабочим давлением. Полученную жидкость используют в таких целях:
промывка оборудования;
технологические процессы в химической, фармацевтической, парфюмерной промышленности;
деминерализация красителей;
концентрирования напитков и молочной продукции;
предварительная фильтрация морской воды перед обессоливанием;
водоснабжение нефтехимических, производственных предприятий и медучреждений;
концентрирование лекарственных препаратов;
очистка отработанных моющих растворов;
концентрирование побочных продуктов брожения;
удаление высокомолекулярных органических загрязнителей БПК и ХПК.
Предварительная обработка морской воды перед обессоливанием способствует снижению рабочего давления в процессе обратноосмотической очистки. Это позволяет заметно сократить затраты на водоподготовку, а также увеличивает срок службы мембран, используемых в процессе обратного осмоса.
Типы нанофильтрационных мембран
Для производства мембран нанофильтрации используют полимерные материалы с высокой химической и механической стойкостью. Существует несколько типов мембран в зависимости от строения:
плосколистовые (в виде тонких листов с армированием);
половолоконные (в виде трубок с диаметром 0,5–1 мм).
Трубчатые мембранные элементы применяют для удаления из воды крупных коллоидных загрязнений, бактерий, микроорганизмов. В этом случае очистка происходит при низком давлении – примерно 2 атм. Подача высокого давления чревата нарушением целостности мембранного элемента. Плоские мембраны оборачивают вокруг трубки, отводящей фильтрат. Получаемые таким образом фильтрующие элементы называют спиральными или рулонными. Полимерная мембрана нанофильтрации отличается длительным сроком эксплуатации: при регулярной промывке и правильном использовании срок службы достигает 5 лет.
Преимущества нанофильтрации
Важное преимущество технологии – качественная очистка воды от примесей, пестицидов, солей жесткости, тяжелых металлов. Селективность мембран по ионам железа достигает 99 %, по сульфатам и алюминию – 98 %, а по силикатам и фосфатам – до 95 %. Установки нанофильтрации удаляют минимум 90 % анионных и неионогенных ПАВ, 95 % красителей и 90 % общего органического углерода. Частичное сохранение жизненно важных микроэлементов – еще одно достоинство технологии, обусловившее популярность нанофильтрации на предприятиях по розливу минеральной, артезианской воды и напитков. Очистные установки полностью автоматизируют процесс подготовки воды. Беспрерывность, эффективность и экономичность процесса – несомненные преимущества нанофильтрационной технологии. При этом она экологически чиста, поскольку не требует применения химических веществ и опасных реагентов. В бытовых условиях нанофильтрационные установки используют для очистки воды от хлора, ржавчины, солей жесткости. Из воды будет удалено не менее 85 % загрязнений и посторонних включений, но она сохранит полезные свойства, а ее минеральный состав останется сбалансированным и полезным. По этой причине системы нанофильтрации используют в домах с автономным скважинным водоснабжением.
Часто задаваемые вопросы
❓ Чем нанофильтрация отличается от других способов очистки воды?
Отличие состоит в размерах пор мембраны и, соответственно, в размере частиц, которые они способны удержать. Ультрафильтрационные мембраны позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, бактерии, вирусы и т.д. Нанофильтрация применяется для получения особо чистой воды, очищенной от бактерий, вирусов, микроорганизмов, коллоидных частиц органических соединений (в том числе пестицидов), молекул солей тяжелых металлов, нитратов, нитритов и других вредных примесей. Обратный осмос применяется для производства сверхчистой воды, и применяется в медицине для приготовления дистиллята, в химической металлизации для приготовления реагентов.
❓ Какой срок службы мембраны нанофильтрации?
Мембрана нанофильтрации от компании «РМ Нанотех» (ТМ «Мембраниум») отличается длительным сроком эксплуатации: при регулярной промывке и правильном уходе срок службы достигает 5 лет.
❓ Что происходит с кислотно-щелочным балансом после очищения воды нанофильтрацией?
PH воды или ее кислотно-щелочной баланс – это один из основных показателей качества воды, который характеризует ее основные химико-биологические свойства. Кислотно-щелочной баланс воды, очищенной системой нанофильтрации, меньше сдвигается в кислую область по сравнению с использованием обратноосмотических мембран.
❓ Почему стоит установить нанофильтрацию воды у себя дома?
Основное преимущество нанофильтрации заключается в том, что вода очищается на 85 %, таким образом, она сохраняет часть полезных микроэлементов и минералов, оказывающих благоприятное воздействие на организм, а болезнетворные бактерии удаляются.