Обратный осмос является экологически чистым решением для промышленной очистки воды. Промышленные установки обратного осмоса являются основным решением в проблеме загрязнения воды. Это происходит потому, что компании неправильно утилизируют сточные воды, не обрабатывая и не управляя ими. 

Станция обратного осмоса очищает стоки перед тем, как они попадут в канализацию, создавая экологически чистое решение для воды, которое соответствует водным нормам. Купить такую систему, значит выбрать лучшее решение для очистки стоков. Их цена зависит от производительности и интенсивности загрязнения воды.

Такие установки не использует химические компоненты для очистки сточных вод, а только хитроумно спроектированные мембраны. Они советуют крупным промышленным предприятиям использовать свои лос, чтобы сократить количество загрязнения, например система очистки обратного осмоса.

Применение обратного осмоса в промышленном процессе

Такая система может быть установлена ​​на производственной линии любого завода, требующего воды. Когда стоки поступают в систему из разделительного емкости или из магистральной подачи, насосы прогоняют воду через мембраны.

Эти слои мембран являются селективными барьерами, которые фильтруют и удаляют соль или твердые включения. Такие системы обратного осмоса с мембранами, предназначенными для извлечения соответствующих примесей, их состав зависит от качества водных ресурсов в вашем регионе.

На выходе из системы чистая вода, готовая для использования в производстве. Используется в фармацевтических системах с применением чистой воды из-за своей способности отторгать 99,9% бактерий.

Процессы финишной обработки в автомобильной и аэрокосмической промышленности требуют характеристик воды для обеспечения высочайшего качества производственных деталей. Такая точность легко достигается при применении обратного осмоса, поскольку станции проектируются специально под состав и свойства исходной воды индивидуально, которого нужно добиться.

Обратный осмос — это самый экологически чистый способ для промышленной очистки воды

Это современное и лучшее решение для очистки стоков. Спиральная конструкция мембран удаляет примеси из подаваемой воды без применения химикатов, смол или ионообменных слоев.

Сточные воды, образующиеся в результате производства, загрязнены вредными продуктами. Например, сточные воды, образующиеся при производстве автомобиля, могут содержать металлы, масла, смазку и вредные химические примеси из остатков краски.

Если эти сточные воды снова попадут в водный цикл без качественной очистки, это может нанести долгосрочный ущерб природе и экологии.

Установки с применением системы обратного осмоса удаляют определенные загрязнения, это разрешает еще раз использовать воду в производственном процессе или сливать ее, не нанося вреда окружающей среде.

Загрязнение воды также наносит вред животным, убивая рыбу, что в свою очередь оказывает негативное воздействие на пищевую пирамиду в целом.

Поскольку промышленный сектор вносит значительный вклад в количество вредных сточных вод, которые повторно попадают в водный цикл, его корпоративная социальная ответственность — предотвратить это.

Общество становится все более экологически сознательным, и компании используют это в своих интересах, проводя экологические кампании и совершенствуя способы производства продукции.

Ненадлежащее управление очисткой воды может повлечь за собой высокие штрафы и серьезные наказания, такие как тюремное заключение для управляющего директора предприятия, которое не соблюдает нормативные требования.

Такие установки - это самоочищающиеся, автономные устройства, они заботятся о себе сами. Они работают от электричества и требуют только ежедневной проверки со стороны контролирующих сотрудников на месте.

Внедрение такой системы в качестве решения для промстоков является более экологичной альтернативой использованию вредных химикатов. Сочетание давления и уникально спроектированных мембранных систем удаляет вредные продукты, так что вода может безопасно возвращаться в водный цикл или даже повторно использоваться в производстве.

Станции с применением обратного осмоса имеют много преимуществ, и его огромный экологический фактор — лишь одно из них. Поскольку общество становится все более осведомленным о таких проблемах, как загрязнение воды, ожидается, что законы и правила станут более жесткими.

Обратный осмос также может использоваться в коммерческих целях

Все системы подбираются под нужды каждого клиента. Специалисты компании проектируют и строит каждое устройство полностью на заказ, чтобы удовлетворить требования каждого клиента. Первый шаг — это анализ вашей сырой воды, Альбатрос предлагает сделать анализ стоков, это поможет нам в подборе оборудования. Свяжитесь с нашими менеджерами, чтобы обсудить детали: ☎ +7 (926) 185-09-66 или  ☎ +7 (903) 254-22-44  написать нам можно сюда Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. 

Поскольку все больше городов испытывают дефицит водных ресурсов, то применение технологии очистки обратным осмосом с мембранами (RO) для осветления и вторичного использования сточных вод будет расширяться. Концентрированный поток отходов, образующийся в результате очистки RO, может представлять хронические риски экотоксичности, если сбрасывается в поверхностные воды или мелководные прибрежные экосистемы. Большинство существующих технологий очистки концентрата RO являются непомерно дорогими, но искусственные водно-болотные угодья обещают быть жизнеспособным многоцелевым решением, поскольку они могут обеспечить одновременную очистку питательных веществ, металлов и следов органических загрязнителей по относительно низкой цене. Они также популярны среди населения. Несколько городов с дефицитом воды уже начали экспериментировать со искусственными водно-болотными угодьями для очистки концентрата RO. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы сократить площадь земли, необходимую для очистки, и повысить надежность искусственных водно-болотных систем.

По прогнозам специалистов, к 2050 году городские жители будут составлять около 70% человечества, что на 2,5 миллиарда человек больше, чем сегодня проживает в городах. Ожидается, что в связи с миграцией в города спрос на воду увеличится примерно на 80%. Из-за многочисленных потребностей в водных ресурсах и последствий изменения климата города, скорее всего, обратятся к альтернативным источникам воды, таким как опреснение морской воды, сбор дождевой воды и повторное использование питьевой воды.

Среди этих вариантов повторное использование воды является привлекательным отчасти потому, что это может быть наименее затратным вариантом и одновременно снижает загрязнение от муниципальных сточных вод. Хотя повторное использование не питьевой воды — практика применения очищенных сточных вод для сельскохозяйственных культур или ландшафтного дизайна или использования очищенных сточных вод для промышленных целей или в градирнях — было популярно во многих частях мира на протяжении более 50 лет, повторное использование сточных вод для увеличения запасов питьевой воды (т. е. повторное использование питьевой воды) становится основным направлением планирования водных ресурсов в РФ. В Европейском союзе регулирующие органы, коммунальные предприятия и исследователи начинают пересматривать вопрос повторного использования питьевой воды после десятилетий скептицизма относительно безопасности этой практики.

В результате успеха первого поколения систем повторного использования питьевой воды в обратный осмос (ОО) стал стандартом проектирования для многих современных проектов по очистке воды. Первоначально обратный осмос был установлен в рамках усилий по снижению концентрации растворенных солей в оборотной воде, но впоследствии он стал популярным, поскольку доказал свою способность удалять из воды патогенные микроорганизмы и большинство химикатов. Те немногие загрязнители, которые плохо удаляются в ходе обратного осмоса (например, НДМА, 1,4-диоксан), обычно гораздо легче поддаются обработке после процесса, когда меньше органических соединений конкурируют за окислители или ультрафиолетовое излучение. Современные технологии очистки сточных вод, включающие обратный осмос, в настоящее время получают признание в качестве безопасных процессов повторного использования питьевой воды, однако использование этой технологии приводит к образованию концентрированного потока отходов, концентрата обратного осмоса, который требует обработки или утилизации.

Растущая проблема управления концентратом обратного осмоса

Управление концентратом обратного осмоса часто представляет собой проблему для сообществ, реализующих проекты по повторному использованию воды. Самый простой подход к утилизации концентрата обратного осмоса — смешать его с муниципальными сточными водами, что приводит к меньшему объему сброса, содержащему почти такую ​​же массу загрязняющих веществ. Получающаяся более высокая концентрация, которая сбрасывается в принимающую воду, обычно не приводит к превышению критериев качества воды, когда небольшая часть сточных вод сообщества повторно используется. Однако, поскольку большая часть городских сточных вод повторно используется, концентрации загрязняющих веществ, полученных из сточных вод, в сточных водах будут увеличиваться, что может привести к обстоятельствам, при которых потребуется очистка.

Учитывая, что существующие системы обратного осмоса обычно извлекают около 85% сточных вод, проходящих переработку, мы прогнозируем, что концентрации загрязняющих веществ в смешанном сбросе (т. е. когда концентрат обратного осмоса смешивается с оставшейся частью городских сточных вод, которая не перерабатывается) удвоятся, когда примерно 60% сточных вод, поступающих на очистные сооружения, будут перерабатываться Концентрации снова удвоятся, когда примерно 85% сточных вод будут перерабатываться, и будут в 6–7 раз выше, чем концентрации в сточных водах, если все сточные воды будут перерабатываться.

Рисунок 1

Рисунок 1. Коэффициент, на который увеличивается концентрация загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах по сравнению с городскими сточными водами при внедрении повторного использования воды на основе обратного осмоса.

Для следовых загрязняющих веществ, которые представляют опасность для водных экосистем в концентрациях, близких к концентрациям в сточных водах (например, неоникотиноид имидаклоприд, инсектицид фипронил, и антибиотик сульфаметоксазол), удвоение концентрации, сбрасываемой в принимающую воду, может привести к хронической токсичности для водной среды. Одним из способов оценки воздействия следовых органических загрязнителей является анализ коэффициента риска, который сравнивает концентрации загрязняющих веществ в сточных водах с концентрациями, которые могут вызвать токсичность для водной среды. В заливе , где сточные воды не разбавляются существенно водой из других источников в сухой сезон, который длится около 6 месяцев в году, анализ коэффициента риска для сброса концентрата обратного осмоса, полученного из объекта повторного использования воды, который, как ожидается, будет использовать общую сливную трубу с обычной установкой по очистке сточных вод, показал, что городские пестициды могут представлять умеренный риск хронической токсичности (т. е. коэффициент риска между 6 и 10 для имидаклоприда) в концентрациях, присутствующих в сточных водах, и что концентрации, присутствующие в концентрате обратного осмоса, примерно в 50 раз превышают контрольные значения хронической токсичности. Среди металлов-следов, присутствующих в сточных водах, медь вызывает беспокойство из-за ее воздействия на водные организмы при низких концентрациях. В образцах концентрата обратного осмоса из пяти предприятий по повторному использованию воды концентрации меди варьировались от 7,4 до 38 мкг/л, превышение концентрации хронической токсичности соленой воды EPA (3,1 мкг/л) и потенциально превышающие рекомендуемые критерии качества воды для пресной воды (которые варьируются от приблизительно 4 до 50 мкг/л в зависимости от концентрации органического углерода и жесткости). Потенциальная хроническая токсичность таких загрязняющих веществ может побудить разработчиков проектов повторного использования воды исследовать методы удаления следовых количеств загрязняющих веществ из концентрата обратного осмоса.

Что касается загрязняющих веществ, которые представляют потенциальную опасность для источников питьевой воды, расположенных ниже по течению, таких как нитраты, поли- и перфторалкильные вещества (ПФАС), то увеличение концентрации загрязняющих веществ из-за повторного использования воды приведет к увеличению рисков для здоровья человека, особенно в водоисточниках с преобладанием сточных вод, типичных для регионов с дефицитом воды. Дополнительные примеры загрязняющих веществ, представляющих опасность для экотоксикологии и здоровья человека, а также концентрации, измеренные в концентрате обратного осмоса на объектах повторного использования воды, приведены в таблице. Независимо от конкретных условий и загрязняющих веществ, вызывающих беспокойство, разумно предположить, что по мере того, как повторное использование воды становится все более популярным, будет расти потребность в технологиях, способных удалять из концентрата обратного осмоса загрязняющие вещества, представляющие опасность для экологии или здоровья человека.

Ограничения по управлению концентратом вблизи городов с дефицитом воды

Чтобы получить представление о местах, где в будущем может потребоваться обработка концентрата обратного осмоса, мы рассмотрели крупные города в регионах с дефицитом воды. Мы обнаружили, что среди 100 самых густонаселенных городов мира 40 расположены в регионах, которые уже испытывают высокий или чрезвычайно высокий физический дефицит воды, согласно Атласу водных рисков Института водных ресурсов. Среди этих городов мы ожидаем, что города, расположенные в богатых странах, будут первыми, кто примет повторное использование питьевой воды из-за капиталоемкой и сложной природы проектов повторного использования питьевой воды. Кроме того, небольшие города в засушливых регионах в богатых странах, а также крупные города, которые сталкиваются с дефицитом воды из-за давления населения и ограниченных возможностей для расширения запасов воды или импортных поставок воды, также могут стать частью следующей волны последователей повторного использования питьевой воды.

Рисунок 2

Рисунок 2. Водный стресс в 100 самых густонаселенных городах и близость к океану для городов, испытывающих высокий или чрезвычайно высокий водный стресс.

Чтобы лучше понять необходимость очистки концентрата RO в крупнейших городах мира, которые могут заниматься повторным использованием питьевой воды, мы рассмотрели места сброса очистных сооружений, поскольку существующая инфраструктура сброса, вероятно, будет использоваться в качестве конечного средства утилизации концентрата RO. Подходы к управлению концентратом RO могут различаться в прибрежных и внутренних районах, поэтому мы рассмотрели стратегии сброса и последствия сброса концентрата RO в обоих случаях.

Для городов с дефицитом воды на суше иногда предполагается, что соли будут основной проблемой при управлении концентратом обратного осмоса, но наш анализ показывает, что питательные вещества и следовые загрязнители часто должны быть большей проблемой, особенно в засушливых регионах, где поверхностные воды уже имеют относительно высокую концентрацию солей. Например, концентрат обратного осмоса из водохранилища, которому разрешено принимать сброс концентрата обратного осмоса, поскольку он уже содержит повышенную концентрацию общих растворенных твердых веществ (TDS). В будущем, если в городе будет принято повторное использование питьевой воды на основе обратного осмоса, сброс концентрата обратного осмоса в реку может быть разрешен аналогичным образом, при этом водно-болотные угодья будут получать смесь концентрата обратного осмоса и муниципальных сточных вод. В этих случаях загрязняющие вещества, представляющие опасность для водных экосистем, включая следовые органические загрязнители, питательные вещества и металлы, могут обусловить необходимость очистки концентрата обратного осмоса, а не опасения по поводу воздействия соли на экосистемы или водоснабжение ниже по течению. Аналогичные движущие факторы могут иметь место и в других городах, находящихся вдали от моря. Например, питательные вещества, вероятно, будут основной проблемой при сбросе концентрата обратного осмоса в Мадриде, где сточные воды сбрасываются в реку, которая может составлять до 90% сточных вод, и где рассматриваются более строгие ограничения, чтобы избежать воздействия питательных веществ и биологической потребности в кислороде (БПК) ниже по течению. Хотя концентрации TDS могут учитываться при сбросе концентрата обратного осмоса во многие пресноводные системы, питательные вещества и следовые загрязняющие вещества могут определять решения, связанные с защитой качества воды, особенно в засушливых регионах.

Прибрежные города могут избежать необходимости в очистке концентрата RO, если существует соответствующая инфраструктура сброса (например, глубоководные сбросы) из-за существенного разбавления в морских системах. Однако не каждый прибрежный город сможет сбрасывать концентрат RO без учета его потенциального экологического воздействия. Шестнадцать из 40 крупных городов с дефицитом воды в нашем анализе расположены в пределах 20 км от океана, но только шесть в настоящее время сбрасывают свои сточные воды в основном через глубоководные сбросы. Три крупных прибрежных города из нашего анализа не имеют глубоководных сбросов и сбрасывают сточные воды непосредственно в мелководные прибрежные воды. Остальные прибрежные города сбрасывают сточные воды в реки или мелководные эстуарии. В случаях, когда города сбрасывают сточные воды в мелководные прибрежные воды или реки, повышенные концентрации загрязняющих веществ в концентрате обратного осмоса могут представлять угрозу для местных экосистем, что приводит к тем же проблемам, с которыми сталкиваются внутренние сообщества. Даже в местах, где используются глубоководные сбросы, экологические последствия могут по-прежнему вызывать беспокойство вблизи сбросов. Эти эффекты могут усугубляться сбросом более концентрированного потока отходов. Таким образом, прибрежным городам, которые еще не имеют доступа к инфраструктуре, которая будет защищать местные экосистемы от загрязняющих веществ в концентрате обратного осмоса, возможно, придется сопоставить затраты на строительство глубоководных сбросов с затратами на очистку концентрата обратного осмоса.

Рисунок 3

Рисунок 3. Методы очистки и сброса сточных вод в 40 самых густонаселенных городах мира с дефицитом воды. Форма соответствует методу сброса (квадрат = морской сброс, треугольник = сброс в мелководное море, круг = в местные поверхностные воды). Цвет соответствует уровню очистки сточных вод (зеленый = продвинутый, синий = третичный, коричневый = вторичный, желтый = первичный, белый = отсутствует или недостаточные данные для определения).

В качестве альтернативы управлению концентратом обратного осмоса некоторые внутренние и прибрежные сообщества, по-видимому, предпочитают вообще избегать обратного осмоса в проектах повторного использования. Например, предприятие по повторному использованию воды, планирует заняться повторным использованием питьевой воды без обратного осмоса, отчасти для того, чтобы избежать необходимости сбрасывать концентрат обратного осмоса в эстуарий, загрязненный питательными веществами. В других местах в предприятия по повторному использованию питьевой воды также были построены без очистки обратного осмоса, полагаясь вместо этого на комбинации передового окисления и фильтрации активированным углем. Южная Африка, является еще одним примером повторного использования без обратного осмоса. Там очистные сооружения сточных вод были модернизированы с целью включения ультрафильтрации, после чего очищенные сточные воды сбрасываются в поверхностный водоем. Схема повторного использования также включает добавление активированного угля в существующую систему очистки питьевой воды. Хотя очистные линии без обратного осмоса могут стать более популярными в будущем, обратный осмос по-прежнему считается одним из самых надежных процессов очистки для удаления загрязняющих веществ, полученных из сточных вод. Экономически эффективные технологии очистки концентрата обратного осмоса могут обеспечить более широкое внедрение повторного использования питьевой воды с обратным осмосом и его соизмеримые преимущества в качестве воды.

Перспектива обработки концентрата обратного осмоса на основе природных ресурсов

Существующие варианты обработки для концентрата обратного осмоса ограничены и часто требуют многоступенчатых очистных линий для удаления питательных веществ, следов органики и металлов. Озон в паре с биологически активированным углем (O ₃ /BAC) может быть технологически осуществимым для некоторых аспектов обработки, поскольку он доказал свою эффективность в полном масштабе для удаления следов органических загрязнителей из городских сточных вод. Лабораторные исследования показывают, что это, вероятно, также осуществимо для концентрата обратного осмоса. Однако при применении к концентрату RO O ₃ может образовывать токсичные побочные продукты, такие как бромат. Кроме того, O ₃ /BAC не может удалять другие важные загрязнители, присутствующие в концентрате RO, такие как металлы и питательные вещества, хотя некоторое удаление нитрата может происходить, если добавляется достаточно большая масса углерода. Другие единичные процессы, используемые для очистки остаточных сточных вод, также могут использоваться для очистки загрязняющих веществ в концентрате обратного осмоса, но более высокие концентрации солей и загрязняющих веществ, вероятно, увеличат затраты и снизят надежность. Независимо от производительности, дополнительные затраты на очистку от загрязняющих веществ в концентрате обратного осмоса, вероятно, замедлят внедрение очистки обратного осмоса для повторного использования воды в условиях, когда необходима очистка концентрата.

Признавая необходимость разработки более экономически эффективных и надежных технологий обработки для концентрата RO, исследователи начали изучать новые методы обработки. Предлагаемые решения для удаления следов органических загрязнителей из концентрата RO включают усовершенствованное окисление, электрохимическая обработка, адсорбция активированным углем, фотокатализ и сонолиз. Однако внедрению этих технологий препятствуют существенные препятствия, в том числе стоимость, энергоемкость, необходимость высококвалифицированных операторов и потенциальное образование токсичных побочных продуктов.

Системы очистки на основе природных материалов могут быть подходящим вариантом для очистки концентрата обратного осмоса, поскольку они экономически эффективны, а хорошо спроектированные системы на основе природных материалов обладают потенциалом для одновременной обработки нескольких классов загрязняющих веществ. Кроме того, болотные растения и микробы хорошо адаптированы к повышенной солености и концентрации растворенных веществ, встречающихся в концентрате обратного осмоса. Природные системы также могут создавать общественную поддержку проектов по переработке воды, поскольку они обеспечивают дополнительные преимущества (например, эстетические особенности, среду обитания), которые ценятся членами сообщества.

Хотя искусственные водно-болотные угодья еще не были испытаны в полном объеме для обработки концентрата методом обратного осмоса, они широко использовались для очистки сточных вод, содержащих концентрации солей и органических соединений, которые находятся в диапазоне, встречающемся в концентрате, полученном в проектах по повторному использованию питьевой воды. Например, искусственные водно-болотные угодья использовались для удаления лабильного органического углерода (т. е. углеводов и органических соединений, ответственных за биологическую потребность в кислороде, БПК), взвешенных твердых частиц и, в некоторых случаях, неорганического азота из соленых сточных вод, производимых кожевенными заводами и молочными заводами. С точки зрения солености и концентрации органических веществ условия, встречающиеся в концентрате обратного осмоса, вполне соответствуют условиям, встречающимся в водно-болотных угодьях, эстуариях и лагунах. Поэтому вполне вероятно, что растения и микробы, которые отвечают за большую часть обработки в этих системах, должны быть способны адаптироваться к условиям, встречающимся в концентрате обратного осмоса из муниципальных проектов повторного использования воды.

 Содержание общего количества растворенных твердых веществ (TDS) и растворенного органического углерода (DOC) в концентрате обратного осмоса (ROC) по сравнению с таковыми в природных водах и сточных водах, очищенных с помощью искусственных водно-болотных угодий.

Сконструированная система очистки водно-болотных угодий может сократить количество этапов, необходимых в цепочке очистки, поскольку физические, химические и биологические механизмы удаления происходят в водно-болотных угодьях одновременно, тогда как другие системы очистки используют только один набор процессов за раз. Эта особенность означает, что водно-болотные угодья могут удалять питательные вещества, следы металлов и следы органических загрязнителей без необходимости дополнительной инженерной обработки. Многие существующие искусственные водно-болотные угодья были построены для удаления БПК и азота, но водно-болотные угодья, специально спроектированные для очистки следов органических загрязнителей (например, фармацевтических препаратов и средств личной гигиены) и следы металлов стали более распространенными в последнее время. В частности, водно-болотные угодья теперь проектируются для очистки (т. е. «полировки») городских сточных вод путем одновременного удаления нитратов и следов органических загрязнителей. Например, водно-болотные угодья с открытой водой снижают концентрацию β-адреноблокаторов атенолола, метопролола и пропранолола в городских сточных водах примерно на 85–95% за счет сочетания фотолиза под действием солнечного света и микробной биотрансформации и одновременно удаляют более 60% поступающего нитрата посредством денитрификации. Также было продемонстрировано, что открытые водно-болотные угодья снижают концентрацию нитратов примерно на 30–50% и следовых органических загрязнителей примерно на 90% в концентрате обратного осмоса в пилотном масштабе. В подземных водно-болотных угодьях, где очищаются городские сточные воды, также наблюдалось одновременное биологическое удаление нитратов и следов органических загрязнителей до уровня ниже пределов обнаружения (т.е. удаление >90%).Хотя металлы не были в центре внимания исследований на искусственных водно-болотных угодьях, очищающих городские сточные воды, концентрации меди и цинка были снижены на 60–80% на водно-болотных угодьях, очищающих промышленные технологические воды, за счет поглощения растениями, сорбции и осаждения.Предположительно, эти механизмы удаления металлов могут быть реализованы в водно-болотных угодьях, которые также предназначены для удаления питательных веществ и следов органики из концентрата обратного осмоса.

Основные металлы, следы органических загрязнителей и механизмы удаления нитратов, происходящие одновременно в водно-болотных угодьях с подземным стоком.

Понимание затрат на строительство, эксплуатацию и обслуживание построенных водно-болотных угодий для обработки концентрата обратного осмоса можно получить, рассмотрев затраты на системы, используемые для очистки муниципальных сточных вод. Площадь водно-болотных угодий, необходимая для обработки каждого кубометра концентрата обратного осмоса, вероятно, будет больше, чем для сточных вод, из-за более высокой массы загрязняющих веществ, но общая площадь на единицу массы удаленных загрязняющих веществ может быть ниже из-за меньшего объема концентрата обратного осмоса по сравнению со сточными водами, а также потому, что очистка может быть более эффективной при более высоких начальных концентрациях. Для сравнения, очистка городских сточных вод озоном в сочетании с биологическим активированным углем обходится примерно в 0,89 долл. США/ ^м3 . Годовая стоимость использования озона для обработки концентрата обратного осмоса оценивается примерно на 50% ниже стоимости очистки сточных вод, если принять во внимание сокращение объема, связанное с процессом.

Приобретение земли и содержание участка являются важными факторами, влияющими на стоимость обработки водно-болотных угодий, поскольку для эксплуатации и обслуживания требуется немногое. Хотя полномасштабные системы обработки концентрата методом обратного осмоса еще не построены, они уже рассматривались в качестве вариантов в нескольких местах. Используя знания о проектах, в которых искусственные водно-болотные угодья использовались для доочистки сточных вод, инженеры-консультанты пришли к выводу, что искусственные водно-болотные угодья с поверхностным стоком будут менее затратными, чем существующие технологии управления концентратом, включая испарительные пруды, нагнетательные скважины и системы нулевого сброса жидкости. По мере накопления опыта в ходе пилотных проектов затраты могут еще больше снизиться, поскольку сокращается площадь, необходимая для обработки водно-болотных угодий. Тем не менее, отсутствие исследований и документации по эффективности водно-болотных угодий, специально разработанных для обработки концентрата обратного осмоса из проектов повторного использования питьевой воды, вероятно, замедлит их прогресс в ближайшем будущем.

Помимо привлекательности в качестве экономически эффективных систем обработки, сконструированные водно-болотные угодья также привлекательны для лиц, принимающих решения, поскольку члены сообщества ценят дополнительные преимущества, которые могут предоставить водно-болотные угодья. Например, сконструированные водно-болотные угодья могут быть спроектированы для создания среды обитания диких животных, улучшить биоразнообразие, и предоставлять возможности для отдыха и образования. Результаты смешанного анализа заинтересованных сторон, в ходе которого оценивалась важность этих дополнительных факторов при выборе стратегий сокращения содержания питательных веществ, показали, что дополнительные преимущества (например, защита от повышения уровня моря, создание среды обитания) в сочетании с преимуществами в плане качества воды от создания водно-болотных угодий делают их более предпочтительными, чем другие подходы, такие как установка передовых технологий очистки на существующих очистных сооружениях сточных вод. Водно-болотные угодья с очисткой концентрата методом обратного осмоса, которые обеспечивают компонент общественного взаимодействия, могут извлечь выгоду из позитивной ассоциации, которую лица, принимающие решения, имеют с водно-болотными угодьями, особенно потому, что они могут усилить общую общественную поддержку всего проекта по повторному использованию питьевой воды.

Ранние эксперименты по использованию искусственных водно-болотных угодий для очистки концентрата методом обратного осмоса

Хотя способность искусственных водно-болотных угодий удалять загрязняющие вещества из сточных вод или поверхностных вод, подвергшихся воздействию сточных вод, экономически эффективным способом хорошо известна, использование природных систем для обработки концентрата обратного осмоса все еще находится на ранних стадиях. Тем не менее, несколько городов экспериментируют с природными системами обработки концентрата обратного осмоса. Эти проекты находятся на разных стадиях разработки и мотивируются различными движущими силами проекта.

На пилотном водно-болотном угодье в Гудиере, штат Аризона, обрабатывался концентрат обратного осмоса из установки опреснения солоноватой грунтовой воды.

Установка подземной водно-болотной системы для обработки концентрата обратного осмоса с завода по повторному использованию воды Torreele в Бельгии была мотивирована желанием снизить плату за разрешения, связанные со сбросом питательных веществ и металлов в Северное море. В пилотном проекте, который начался в феврале 2011 года, концентрат обратного осмоса пропускался через водно-болотную ячейку площадью 28,5 м2, ^{содержащую} различные виды ивовых деревьев ( Salix spp.). В ходе этих экспериментов было отмечено снижение массы фосфора и азота, сбрасываемых системой, на 30–35%. Такое снижение нагрузки позволило бы Межмуниципальной водной компании Верне-Амбахта (IWVA) сэкономить не менее 20 000 евро в год на сборах за сброс, если бы водно-болотные угодья были расширены для обработки всего концентрата обратного осмоса с объекта повторного использования. IWVA разработала полномасштабную систему и подала заявку на получение разрешений на строительство полномасштабной системы подземной очистки концентрата обратного осмоса.

В заливе Сан-Франциско также рассматривается возможность использования природных систем обратного осмоса для очистки концентрата, поскольку региональные водоканалы разрабатывают планы по строительству систем повторного использования питьевой воды. Сброс обратного осмоса в сочетании с отсутствием смешивания может усугубить проблемы с качеством воды в нижней части залива Южного Сан-Франциско. В попытке снизить концентрацию загрязняющих веществ и одновременно расширить повторное использование воды в регионе местная коммунальная служба изучает возможность использования трех различных типов природных систем обратного осмоса для очистки концентрата. Пилотное исследование очистки концентрата обратного осмоса с использованием водно-болотных угодий с открытой водой для удаления нитратов и следов органических загрязнителей проводилось в период с 2017 по 2019 год. В настоящее время изучается удаление питательных веществ, следов металлов и органических веществ в системах с подземным течением и плавучих водно-болотных угодий для получения эффективного и экономичного метода очистки концентрата обратного осмоса.

Другим мотивирующим фактором для городов, рассматривающих возможность обработки концентрата обратного осмоса на построенных водно-болотных угодьях, является создание среды обитания. Город Окснард, Калифорния, определил создание среды обитания как движущий фактор для управления концентратом обратного осмоса города. Хотя этот прибрежный город имеет доступ к глубоководному океанскому стоку для сброса сточных вод, они используют свой концентрат обратного осмоса для создания солоноватой водно-болотной среды обитания. Водно-болотные угодья в настоящее время обрабатывают небольшую часть концентрата обратного осмоса, полученного в передовом центре очистки воды, но дополнительный концентрат обратного осмоса с этого объекта может быть использован для создания и восстановления среды обитания водно-болотных угодий в будущем. Использование концентрата обратного осмоса для создания среды обитания также использовалось городом Гудиер, штат Аризона. В этом случае город протестировал использование концентрата обратного осмоса из опреснения солоноватой грунтовой воды для восстановления прибрежной среды обитания вдоль реки Гила. Эти проекты подчеркивают, что создание среды обитания не просто является сопутствующим преимуществом, но может стать движущей силой при выборе вариантов управления концентратом обратного осмоса.

Эти первоначальные исследования предполагают, что природные системы для управления концентратом обратного осмоса привлекательны по нескольким причинам: преимущества качества воды, экономия затрат, адаптация к повышению уровня моря и создание среды обитания. Однако эксперименты, проведенные до сих пор, не дают полного понимания потенциала удаления всего набора загрязняющих веществ, вызывающих озабоченность. Например, судьба следовых металлов и/или следовых органических загрязняющих веществ рассматривалась только в нескольких исследованиях, несмотря на то что эти загрязняющие вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на принимающие воды. Данные из этого небольшого набора пилотных проектов обнадеживают, но искусственные водно-болотные угодья пока не считаются проверенной технологией очистки для обработки концентрата обратного осмоса. Для того чтобы природное управление концентратом обратного осмоса стало более популярным, необходимы дополнительные исследования для информирования о проектировании, демонстрации производительности и снижения затрат.

Исследования, направленные на широкое использование натуральной очистки концентрата обратного осмоса

Хотя системы очистки на основе природных ресурсов предлагают привлекательные преимущества для управления концентратом обратного осмоса, полученным в ходе проектов по повторному использованию питьевой воды, инженеры могут не включать их в свои проекты из-за предполагаемых недостатков в их работе, отсутствия стандартизированных проектов и отсутствия данных по пилотным и полномасштабным системам. Для более быстрого развертывания систем на основе природных ресурсов необходимы дальнейшие исследования в нескольких ключевых областях.

Среди проблем, связанных с системами обработки концентрата обратного осмоса на основе природных ресурсов, приобретение земли, вероятно, станет серьезным препятствием, особенно в городских районах, где земля стоит дорого. Эта проблема также оказалась препятствием для использования сконструированных водно-болотных угодий для доочистки сточных вод. Например, водно-болотные угодья, построенные для удаления нитратов из муниципальных сточных вод, часто достигают средних показателей снижения нагрузки на площади около 100 мг-N м ^–2 день ^–1 , что означает необходимость примерно 18 га водно-болотных угодий для удаления 90% нитрата из 1 миллиона литров в день (MLD) сточных вод. Летом, когда темпы денитрификации высоки, для очистки городских сточных вод открытыми водно-болотными угодьями требуется примерно 1 га на MLD. Для сравнения, крупные муниципальные очистные сооружения обычно занимают менее 0,5 га на каждый MLD проектной мощности (рассчитанной на основе проектной мощности в сырую погоду 11 крупных очистных сооружений, для которых имелись оценки площади).

Влияние сезонности на площадь застроенных водно-болотных угодий для удаления нитратов из городских сточных вод и концентрата обратного осмоса. Рисунок составлен с использованием данных из предыдущих источников.

Обработка концентрата обратного осмоса вместо муниципальных сточных вод может снизить воздействие на окружающую среду водно-болотных угодий, поскольку объем воды, требующей очистки, может быть на 85% ниже, но соотношение между объемом сточных вод и требуемой площадью не является точным. В случае нитрата удаление из концентрата обратного осмоса открытыми водными водно-болотными угодьями было ограничено площадью поверхности, доступной для фотосинтеза, которая обеспечивала органический углерод для питания денитрификации, тогда как углерод не был ограничивающим в открытых водных водно-болотных угодьях, обрабатывающих муниципальные сточные воды с более низкими концентрациями нитрата. Для следовых органических загрязнителей фототрансформация может происходить медленнее в концентрате обратного осмоса, поскольку более высокие концентрации органического вещества усиливают световое экранирование и поглощают реакционноспособные промежуточные продукты. Другие параметры также могут влиять на обработку концентрата RO способом, отличным от того, что наблюдается при очистке городских сточных вод. Например, повышенные концентрации сульфата могут повлиять на микробное сообщество в подземных водно-болотных угодьях и привести к токсичности сульфида. Необходимы исследования для определения факторов, контролирующих эффективность обработки концентрата RO, и для определения стратегий оптимизации производительности.

Необходимы также дальнейшие исследования для оценки судьбы токсичных следовых металлов в построенных водно-болотных системах и оптимизации их обработки. Удаление металлов наблюдалось в водно-болотных системах, но с разными результатами. Например, металлы могут быть изолированы в водно-болотных отложениях летом, но ремобилизованы в зимние месяцы, если происходит окисление сульфида. Сульфиды металлов, образующиеся в анаэробных условиях, со временем могут также претерпевать превращение в более устойчивые сульфидные минералы, такие как пирит. эффективное обездвиживание металлов. Необходимы исследования для понимания механизмов удаления металлов и проектирования искусственных водно-болотных угодий для долгосрочной обработки металлов.

Помимо оптимизации эффективности сконструированных водно-болотных угодий, еще одна стратегия по сокращению воздействия обработки концентрата обратного осмоса включает использование гибридных систем. Например, предварительная обработка озоном выше пилотного водно-болотного угодья с открытой водой привела к удалению следов органических загрязнителей в меньшем воздействии, чем это могло быть достигнуто только водно-болотными угодьями, при одновременном удалении загрязнителей, которые были менее активны в реакции с озоном. Также предлагалась интенсификация водно-болотных угодий путем внедрения аэрации, электролиза или других модификаций, хотя этот подход требует баланса между модификациями и сохранением уникальных преимуществ искусственных водно-болотных угодий. Примером интеграции подходов электрохимической и водно-болотной обработки является введение электропроводящего материала в подповерхность сконструированной водно-болотной угодья. В системе биофильтрации, называемой METlands (гибридная микробная электрохимическая технология/сконструированная водно-болотная угодья), проводящий материал (например, электропроводящий биоуголь или электропроводящий кокс) действовал как поглотитель электронов, который увеличивал скорость биологического удаления для химической потребности в кислороде (ХПК) и общего азота, соединяя оксигенные и аноксигенные зоны с помощью проводящего материала. Влияние стратегий интенсификации водно-болотных угодий, таких как METland, на удаление металлов и следов органических загрязнителей требует дальнейших исследований.

Снижение производительности природных систем зимой часто рассматривается как серьезное ограничение, поскольку скорость микробных процессов, таких как денитрификация, снижается с температурой. Хотя разрешения на сброс часто требуют равномерной производительности в течение всего года, эта проблема может быть менее важной в контексте повторного использования воды, поскольку спрос на воду, как правило, самый высокий летом, когда природные системы наиболее эффективны. Таким образом, современные очистные сооружения могут сократить операции или простаивать зимой, когда эффективность очистки воды снижается. Это может быть особенно актуально в городах, рассматривающих возможность прямого повторного использования питьевой воды, поскольку дополнительная вода, произведенная зимой, не может храниться. Если доля перерабатываемых сточных вод уменьшается зимой, в точке сброса будет достигнуто более высокое разбавление, и очистка концентрата RO может больше не потребоваться. Например, завод по переработке воды Livermore в Ливерморе, Калифорния, перерабатывает более 22 млн л/д сточных вод, почти вся из которых повторно используется летом. Зимой значительная часть сточных вод предприятия сбрасывается в залив Сан-Франциско, поскольку эксплуатация перерабатывающего завода обходится дорого, а дополнительная вода не требуется.

В случаях, когда необходима очистка в зимнее время, подземные системы, изолированные от температур воздуха, могут продолжать обеспечивать очистку круглый год, несмотря на температуру сточных вод до 10 °C. Например, пилотная установка по очистке муниципальных сточных вод с использованием подземного потока водно-болотных угодий поддерживала температуру воды выше примерно 10 °C зимой и демонстрировала незначительные сезонные колебания в удалении нитратов, что происходило в основном за счет денитрификации. Аналогичным образом, удаление ХПК поддерживалось при температуре всего 4 °C в засаженных микрокосмах, имитирующих подземные водно-болотные угодья. Напротив, было обнаружено, что активность нитрификации снижается в подземных водно-болотных угодьях зимой. а в некоторых случаях темпы денитрификации замедляются в подземных водно-болотных угодьях при температуре ниже 15 °C. Системы поверхностного потока подвержены большим колебаниям в эффективности очистки, поскольку они более непосредственно зависят от температуры окружающей среды и могут полагаться на фотолиз солнечного света для удаления следов органических загрязнений. В результате эти системы могут быть наиболее полезны в местах, где требуется минимальная зимняя обработка или где температура относительно теплая круглый год.

Будущие исследования могут пролить свет на другие возможности интеграции природных систем в управление концентратом обратного осмоса. Например, диатомовые водоросли продемонстрировали способность удалять питательные вещества из концентрата обратного осмоса, одновременно снижая концентрацию силиката, иона, который часто ограничивает извлечение воды из концентрата из-за его роли в загрязнении мембраны. Хотя эти системы очистки требовали длительного времени удержания (т. е. от нескольких дней до недель) и не имели дополнительных преимуществ, присущих искусственным водно-болотным угодьям, они предполагают потенциал использования природных систем для обеспечения большего извлечения воды из повторного использования. Водно-болотные угодья также могут использоваться в качестве альтернативы испарительным прудам, поскольку высокие показатели эвапотранспирации достигаются солеустойчивыми растениями [например, тамарикс ветвистый (Tamarix ramosissima ) может выдерживать TDS до 20 000 мг/л]. Таким образом, морские или галофитные виды растений могут стать неотъемлемой частью систем сброса жидкости с близким к нулю содержанием жидкости, обеспечивая экономически эффективное сокращение объема и одновременное удаление загрязняющих веществ.

Потенциал искусственных водно-болотных угодий в качестве систем очистки концентрата обратного осмоса заслуживает дальнейшего внимания. Хотя сложности, присущие природным системам очистки, исторически заставляли инженеров использовать эмпирические (т. е. модели черного ящика) модели для прогнозирования возможностей очистки, необходимо новое исследование, направленное на понимание базовых механизмов и оптимизацию проектирования водно-болотных угодий, для поддержки принятия этих эффективных и желаемых технологий очистки и обеспечения повсеместного повторного использования питьевой воды.

Звоните нам! Наш опыт в Вашем распоряжении!  

 ☎ +7 (926) 185-09-66