CC BY
12УДК: 541.13
МЕМБРАНАЛИ СУВ ТУЗСИЗЛАНТИРИШ ТИЗИМЛАРИ УЧУН ЯНГИ ИМПОРТ УРНИНИ БОСУВЧИ АНТИСКАЛАНТ
Гарипов Ильнур Тагирович,
таянч докторант; Юлдашев Атабек Бехзадович, кичик илмий ходим; Гапурова Ольга Урумбаевна,
кичик илмий ходим;
Абду;акимов Муроджон ^ах,раманович,
таянч докторант; Гайдаров Ренат Рашидович,
физика-математика фанлари номзоди, фанлараро технологиялар лабораторияси мудири; Садиков Ил;ом Исмаилович, техника фанлари доктори, профессор, директор
Узбекистон Республикаси Фанлар академияси Ядро физикаси институти
Аннотация. Мацола Узбекистонда фойдаланиб келинаётган сувни шурсизлантиришда ишлатиладиган тескари осмос мембраналарини щмоя цилиш учун янги импорт урнини босадиган антискалант (чукма %осил булишининг ингибитори) яратишнинг долзарб масалаларига багишланган. Тажриба шуни курсатадики, республикамизга хос булган табиий шур сувларни тозалаш жараёнида тескари осмос мембраналари минерал тузлар ва коллоид заррачалар билан тезда ифлосланади. Бу эса мембраналарнинг иш унумдорлиги пасайиши щмда циммат булган тескари осмосли сув тозалаш тизимлари ишлаш муддатининг кескин цискцаришига олиб келади. Курсатилганки, ишлаб чицилган импорт урнини босувчи антискалант мембраналарда чукма %осил булиш муаммосининг олдини олади, шу билан бирга, унинг хусусиятлари циммат булган хорижий аналоглардан кам эмас. 2020 йилдан бошлаб республика ахрлисини юцори сифатли ичимлик суви билан таъминлаш учун янги антискалантдан фойдаланиладиган мембранали сувни тузсизлантириш тизимлари фаол равишда жорий этилмоцда.
Таянч тушунчалар: антисклант, сув, сувни тозалаш, чукма ингибитори, тескари осмос, тузсизлантириш.
НОВЫЙ ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩИЙ АНТИСКАЛАНТ ДЛЯ МЕМБРАННЫХ СИСТЕМ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
Гарипов Ильнур Тагирович,
базовой докторант; Юлдашев Атабек Бехзадович, младший научный сотрудник; Гапурова Ольга Урумбаевна, младший научный сотрудник; Абдухакимов Муроджон Кахраманович, базовой докторант; Хайдаров Ренат Рашидович, кандидат физико-математических наук,
заведующий лабораторией междисциплинарных технологий; Садиков Илхом Исмаилович,
доктор технических наук, профессор, директор
Институт ядерной физики АН РУз
Аннотация. Статья посвящена актуальному вопросу создания нового импортозамещающего антискаланта (ингибитора осадкообразования) для защиты обратноосмотических мембран в установках опреснения воды, эксплуатируемых в Узбекистане. Опыт показывает, что при очистке природных солоноватых вод, характерных для нашей республики, происходит быстрое загрязнение обратноосмотических мембран отложениями минеральных солей и коллоидных частиц, что приводит к падению производительности мембран с их последующим выходом из строя, т. е. резкому сокращению срока службы/эксплуатации дорогостоящих систем обратноосмотической очистки воды. Показано, что разработанный экономичный импортозамещающий антискалант позволяет предотвратить проблему осадкообразования на мембранах, не уступая по своим характеристикам более дорогостоящим зарубежным аналогам. С 2020 года системы мембранного обессоливания воды с применением нового отечественного антискаланта активно внедряются в Узбекистане для обеспечения населения республики качественной питьевой водой.
Ключевые слова: антискалант, вода, водоподготовка, ингибитор осадкообразования, обратный осмос, опреснение.
NEW IMPORT-SUBSTITUTING ANTISCALANT FOR MEMBRANE DESALINATION SYSTEM
Garipov Ilnur Tagirovich
PhD student
Yuldashev Atabek Bekhzadovich
Junior Researcher
Gapurova Olga Urumbaevna
Junior Researcher
Abdukhakimov Murodjon Kakhramanovich
PhD student
Khaydarov Renat Rashidovich,
PhD in Physical and Mathematical Sciences,
Head of the Laboratory of Interdisciplinary Technologies
Sadikov Ilkham Ismailovich,
Professor, Director
Institute of Nuclear Physics of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Abstract. The paper deals with a new import-substituting antiscalant to protect reverse osmosis membranes of water desalination systems in Uzbekistan. The studies show that during the purification of natural brackish waters typical for Uzbekistan, the reverse osmosis membrane is contaminated by mineral salts and colloidal particles, which leads to the reduction of the membrane capacity and service life of expensive reverse osmosis water treatment systems. The developed import-substituting antiscalant has proved to prevent the sedimentation process on membranes, and to have technical specifications almost identical to its more expensive foreign analogues. Since 2020 water desalination systems using the new antiscalant have been widely used in Uzbekistan to provide the population of the Republic with high-quality drinking water.
Keywords: antiscalant, water, water treatment, sedimentation inhibitor, reverse osmosis, desalination.
Введение
В последние годы в Узбекистане начали широко применяться мембранные установки опреснения воды, основанные на методе обратного осмоса. Эти установки незаменимы при организации питьевого водоснабжения в тех районах Узбекистана, где вода характеризуется повышенными значениями минерализа-
ции, при снабжении питьевой водой отдаленных от центрального водоснабжения населенных пунктов, вахтовых поселков нефтегазовых месторождений, развертывании локальных систем водоснабжения на объектах, использующих артезианские/поверхностные воды, не отвечающие требованиям O'zDST 950:2011 (в пищеблоках предприятий, особо важ-
ных объектов, больниц и пр.) Эти установки должны соответствовать утвержденным санитарным нормам, правилам и гигиеническим нормативам «Оценка эффективности опреснительных установок, работающих по принципу обратного осмоса, и контроль за их эксплуатацией в условиях Узбекистана» (СанПиН Республики Узбекистанот 9 июня 2004 года № 0156-04).
Существенным фактором, ограничивающим применение обратного осмоса, является наличие в исходных водах, как в поверхностных и артезианских, так и в сточных, различных загрязнений. Эти загрязнения способны привести к осадкообразованию на мембранах, которое ведет к резкому ухудшению эксплуатационных характеристик мембранных установок [1-3]. Снижения пагубного воздействия таких загрязнений - ионов кальция и магния (ионы жесткости), железа и марганца, сульфатов и карбонатов - можно добиться способом, который направлен на уменьшение способности минеральных соединений к образованию плотных осадков на мембранах, и заключается в дозировании специальных реагентов в исходный поток, идущий на установки обратного осмоса. Эти вещества принято называть ингибиторами осадкообразования или антискалантами (от англ. ап1л8са1ап1:) [4]. Использование антискалантов позволяет надежно защитить мембраны обратно-осмотических установок [5-6], причем капитальные и эксплуатационные затраты на такой способ предподготовки значительно ниже, чем при использовании традиционных методов.
Зарубежные компании разработали и успешно реализуют на рынке Узбекистана целый ряд антискалантов, которые в минимальном количестве (2-5 мг/л) дозируются в исходный поток воды с целью воспрепятствовать образованию осадка на мембранах. Стоимость импортных антискалантов довольно высока (годовые затраты на них могут достигать до 10-15 % от общей стоимости установ-
ки обратного осмоса). Следует также отметить, что рекомендуемая доза антиска-лантов не варьируется с изменением качества воды и зачастую является завышенной.
Таким образом, расходы на приобретение антискалантов для поддержания высокой производительности мембран вносят наибольший вклад в общую сумму эксплуатационных расходов обратно-осмотических установок, применяемых в Узбекистане. На сегодняшний день является крайне актуальным вопрос организации импортозамещающего производства недорогих антискалантов, максимально адаптированных к составу артезианских вод нашей республики.
При разработке нового вида антиска-ланта нами учитывались имеющиеся литературные данные о различных соединениях, используемых в рецептурах антискалантов. Как правило, антискалан-ты в своем составе содержат в основном комплексообразующие вещества [7], которые образуют прочные комплексы с ионами кальция и магния. Для ингибиро-вания образования отложений чаще всего применяют фосфонаты и полиакрилаты [8], которые препятствуют росту кристаллов труднорастворимых солей щелочноземельных металлов, но при этом постепенно загрязняют окружающую среду, накапливаясь в почве и водоемах.
Проведенный литературный анализ позволил предположить возможность получения более эффективного антиска-ланта с помощью растворов, содержащих в своем составе экологически безопасные комплексообразующие вещества, которые не загрязняют окружающую среду. Применение биологически расщепляемых производных дикарбоновых кислот имеет преимущество, так как они могут заменить нерасщепляемые или трудно расщепляемые фосфонаты и полиакри-латы. К таким соединениям относятся производные янтарной кислоты, которые обладают не только высокой комплексо-образующей способностью к ионам щелочноземельных металлов, но и тем, что
не накапливаются в почве и водоемах, а разлагаются на усвояемые растениями и живыми организмами фрагменты микроэлементов и аминокислот. Универсальность комплексообразующих свойств иминодиянтарной и этилендиаминди-янтарной кислот, их нетоксичность и возможность крупномасштабного производства привлекает все большее внимание к этим перспективным комплексонам [9-10]. Это связано с разработкой простых и доступных методов их синтеза и наличием у них ряда специфических полезных свойств. В публикациях производные ди-карбоновых кислот приводятся в качестве пригодных для очистки фильтрую-
щих материалов от карбонатных отложений [11]. Однако до настоящего времени отсутствуют данные, которые подтверждали бы возможность применения производных дикарбоновых кислот в мембранных процессах в качестве ингибиторов осадкообразования.
Материалы и методы
На начальном этапе в процессе разработки новой композиции экономичного антискаланта подбирали условия получения иминодиянтарной кислоты [12]. Синтез осуществляли по реакции взаимодействия янтарной кислоты с раствором аммиака по реакции:
Эксперименты по получению полимерного комплексона на основе янтарной кислоты проводили при комнатной температуре 25 оС). В качестве полимера был взят «Lupasol» PR 8515, содержащий иминную группу. Были получены растворы, которые исследовались в дальнейшем в качестве ингибиторов осадкообразования. Для оценки эффективности полученных растворов антискалантов разработана методика, суть которой состоит в создании условий, способствующих образованию осадков малорастворимого карбоната кальция, т. к. карбонат кальция является одним из распространенных осадков, выделяющихся при мембранной очистке воды. Причиной осаждения карбоната кальция является низкая растворимость карбоната кальция ПРcacoз -1,210-8при температуре 20 оС [13], чему соответствует его сравнительно малая растворимость в воде - 11-14 мг/л. Для этого получали пересыщенные растворы,
и оценивали возможность подавления осаждения с использованием полученных антискалантов. Растворы солей готовили путем растворения взятых навесок в дистиллированной воде. Использовали хлорид кальция марки "ХЧ", карбонат натрия "ЧДА", из которых готовили растворы заданных концентраций. На первом этапе проводили ориентировочную оценку антискалантов добавлением их к пересыщенному раствору карбоната кальция. Через 30 минут были взяты аликвоты из этих растворов и высушены на стеклянной подложке. Аналогично была взята аликвота из раствора, не содержащего антискалант. Высушенные образцы подвергли анализу на оптическом микроскопе марки МБУ-5, степень увеличения -300.
Эффективность антискалантов определяли так:
- по изменению содержания кальция или величины общей жесткости, определенных титрометрическим методом [14];
- по количеству образовавшегося осадка [15-16].
В первом случае были приготовлены модельные растворы с начальной общей жесткостью ~ 5,6; 7,0 и 15 мг-экв/л. Добавление антискаланта осуществлялось в виде раствора с концентрацией 1 г/л. К 100 мл исследуемой воды добавляли от 1 до 6 мл раствора антискаланта, что соответствует концентрации его в пробе от 10 до 60 мг/л. Затем определяли общую, карбонатную и некарбонатную жесткость полученных растворов. Проводили термическую обработку растворов в течение 30 минут, и после охлаждения растворов определяли общую жесткость. Для определения общей жесткости использовали комплексонометрический метод, основанный на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния. Общую жесткость воды (Х) мг-экв/л вычисляли по формуле:
Х = VI. 0,1 К. 1000 / У2, (1)
где У1 - объем трилона Б, израсходованного на титрование, см3;
К - поправочный коэффициент;
У2- объем воды, взятый для анализа,
см3.
Для определения ионов кальция использовали комплексометрический метод с использованием в качестве индикатора - мурексид.
Для измерения показателя рН раствора применяли переносной прибор рН-метр. Эффективность антискаланта определяли по изменению содержания кальция или величины общей жесткости (Жкон. и Жисх.). Процент ингибирования рассчитывали по формуле:
Ъ = (Ж кон. /Ж исх.. )100 % (2)
Во втором случае эффективность ан-тискалантов оценивали по количеству выпавшего осадка карбоната кальция. Процесс осадкообразования контролировали визуально-микроскопическим методом с помощью микроскопа УеЬоБХ-1 с
цифровой камерой, подключенной к компьютеру. Методика позволила наблюдать за выпадением осадка и его изменением во времени, выполнять отдельные снимки, фиксировать время начала выпадения осадка (индукционный период). Длительность наблюдения за образованием осадка - 10 минут, фотографии объекта исследования выполнялись на 1, 3, 5 и 10 минутах опыта. Интенсивность осадкообразования определяли переводом фотографий графическим редактором в черно-белую палитру и нахождением программой APFill Ink& Coverage Meter (AVPSOFT, Россия) процента (%) заполнения фотографии цветом.
Подбирали оптимальную дозу антискаланта, при которой образование осадка не наблюдалось в течение 1 часа, затем в дальнейшем уменьшали дозировку до тех пор, пока не наблюдалось образования осадка. Таким образом, определяли минимальную дозу, при которой не наблюдалось выпадение осадка, и дозу, при которой количество осадка значительно понизилось по сравнению с "холостым" экспериментом.
При сравнительном изучении вида и дозы антискалантов на процесс осаждения были использованы доступные на рынке Узбекистана препараты: АКВА ИС-2 (Россия), Аминат К (Россия) и Vitek 3000 (Китай), хорошо зарекомендовавшие себя в ходе применения на различных объектах республики.
Результаты и обсуждение
Новый экономичный антискалант (ингибитор осадкообразования неорганических веществ на обратноосмотических мембранах), разработанный в ИЯФ АН РУ, состоит из производной дикарбоновой кислоты и аминосодержащего полимера с добавлением поверхностно-активных веществ. Снимки полученных осадков при добавлении антискаланта к пересыщенному раствору карбоната кальция приведены на рисунке 1 и демонстрируют изменение кристаллической структуры карбоната кальция.
Рис. 1. Фотографии полученных осадков карбоната кальция при 280-кратном увеличении: слева - карбонат кальция; справа - карбонат кальция в присутствии разработанного антискаланта
Результаты определения жесткости ченный антискалант ингибирует процесс в растворах (табл. 1) показали, что полу- осадкообразования карбоната кальция.
Таблица 1
Результаты определения жесткости в растворах с добавлением __полученных антискалантов*___
№ Жобщ. мг-экв/л Са мг-экв/л Мд мг-экв/л рн Реагент ■ш1 Жкон. мг-экв/л %
1 5,6 3,5 2,1 8,2 0 1 0,20 5,58 3,5 99,6
2 7,0 4,3 2,7 8,5 0 1 0,35 6,97 5,0 99,6
3 15,0 10,0 5,0 7,8 0 1 0,87 14,9 5,8 99,2
"Реагент: 0 - без антискаланта; 1 - с антискалантом.
В таблице 2 представлены характеристики антискалантов, используемых в процессе сравнения.
Таблица 2
Состав и основные характеристики используемых антискалантов _при проведении сравнительных экспериментов_
Марка
Состав
Цвет
Агрегатное состояние
Плотность при 20°С г/см3
рН
АКВА-ИС-2
Водный раствор
поликарбоксилатов и производного фосфоновой кислоты_
бесцветная
жидкость
1,18
2-3
Аминат К
Водный раствор натриевых солей метилиминодиметилфосфоновой и нитрилтриметилфосфоновой
кислот
бесцветная
или зеленоватая
жидкость
1,20-1,30
5-7
Vitek 3000
44 % раствор полиакриловой кислоты
светло желтая
жидкость
1,15
2-3
Разработанный антискалант
Раствор полиаминодиянтарной кислоты
бесцветная или светло-желтая
жидкость
1,10-1,15
3-3,5
Было найдено, что наиболее удобно наблюдать за выпадением осадка карбоната кальция при концентрации, превышающей его растворимость в 10-15 раз. Такая концентрация достаточна для четкой фиксации начала образования осадка. На первом этапе подбирали условия образования осадков, позволяющие контролировать процесс в отсутствии анти-скалантов таким образом, чтобы значение Р (количество образовавшегося осадка) составляло примерно 20-30 %, что обеспечивает хорошую воспроизводимость результатов эксперимента. Для дальнейших исследований была выбрана концент-
рация карбоната кальция, равная 250 мг/л, достаточная для четкой фиксации начала образования осадка - индукционный период составил ~ 30секунд.
На рисунке 2 приводятся фотографии осадка карбоната кальция, полученные в различные промежутки времени при его концентрации в растворе 250 мг/л. Было также найдено, что скорость образования осадка карбоната кальция при перемешивании выше, чем без перемешивания. Поэтому в дальнейшем после объединения растворы помещали на магнитную мешалку, и проводили перемешивание в течение 30 секунд.
2
к •■
-л V-' ' ? 1
-¡¿V .-*' . , * • . » , с- • ч V <\. \
л 'I
Г 4 * » >" . < > ,
3
4
Рис. 2. Фотографии осадка карбоната кальция, полученного при его концентрации в растворе 250 мг/л на 1,3, 5 и 10 минутах после
начала эксперимента
1
В опытах с антискалантом необходимая концентрация ингибитора достигалась путем введения его в раствор хлорида кальция. Продолжительность опытов и условия съемки были такими же, как и в опытах без антискалантов.
Проведены эксперименты по изучению выпадения осадка карбоната кальция
при различных концентрациях и значениях рН. Концентрация карбоната кальция варьировалась от 150 до 300 мг/л. По полученным данным строили зависимость показателя Р (в %) от времени (рис.3-5).
Рис. 3. Зависимость количества осадка карбоната кальция от времени при добавлении различных антискалантов (концентрация антискаланта - 4 мг/л): 1 - карбонат кальция без антискаланта; 2 - в присутствии антискаланта Аминат К; 3 -Укек 3000; 4 - разработанный антискалант
Рис.4. Зависимость количества осадка карбоната кальция при различных концентрациях,
мг/л: 1 - 300; 2 - 250; 3 - 200; 4 - 150
Как следует из рисунка, уменьшение концентрации карбоната кальция с 300 до 150 мг/л также позволяет четко фиксировать процесс образования осадка.
Рис. 5. Зависимость количества осадка карбоната кальция с концентрацией 300 мг/л от времени при разных значениях рН:
1 - рН=9,5; 2 - 9,0; 3 - 8,5 Илм-фан ва инновацион ривожланиш/2020 № 6 110
Анализ рисунка 5 показывает, что даже небольшое снижение рН ведет к резкому снижению количества осадка. В результате проведенных работ выбраны условия получения осадка и контроля процесса осадкообразования микроскопическим методом: 1) состав осадка -карбонат кальция; 2) концентрация карбоната кальция - 250-300 мг/л; 3) исходные растворы для получения осадка -СаС12 и ЫазСОз; 4) рН раствора - 9.5-10,0; 5) перемешивание на магнитной мешалке - 30 сек.; 6) микроскоп УеЬоБХ-1 с цифровой камерой; 7) степень увеличения микроскопа - 400; 8) фотографирование проводили через 5-10 минут после объединения растворов.
В таблице 3 представлены полученные минимальные концентрации анти-скалантов, при которых не происходит образование осадка карбоната кальция. Найдено, что антискаланты У^ек 3000 и разработанный нами антискалант практически полностью предотвращают обра-
зование осадка, а препараты "АКВА-ИС-2" и "Аминат К" снижают количество осадка на 30 и 50 % соответственно. При использовании их в качестве ингибиторов, как видно из полученных данных, необходимо применение более высоких концентраций, т. к. при слишком малых количествах в исходной воде фосфонат не в состоянии замедлить процессы кристаллизации, и в системе продолжается образование осадка. Из зависимости, представленной на рисунке 3, видно, что в выбранных условиях антискалант Укек 3000 и новый антискалант полностью подавляют осаждение карбоната кальция, а анти-скалант "Аминат К" предотвращает образование осадка карбоната кальция не полностью, однако значительно снижает его количество, что указывает на его относительную эффективность, т. к. в реальных обратноосмотических процессах содержание карбоната кальция значительно ниже, чем в экспериментах.
Таблица 3
Минимальные концентрации антискалантов, используемых для подавления образования осадка карбоната кальция
Марка препарата АКВА-ИС-2 Аминат К Укек 3000 Разработанный антискалант
Минимальное количество, при котором не наблюдается осадкообразования, мг/л 15,0 6-10 3-5 4-6
Количество, рекомендуемое для предотвращения образования осадка, мг/л 30,0 12-20 6-10 8-10
Гидроксид железа также относится к малорастворимым примесям (ПРке(он)з -1,110-36) [10], которые загрязняют поверхность обратноосмотических мембран при очистке воды. При содержании ~ 0,1 мг/л Ре3+ на мембране уже начинает формироваться осадок гидроксида железа.
Проведенные эксперименты по осаждению гидроксида железа при различных рН и с различными щелочными агентами (гидроксид и карбонат натрия) показали, что с увеличением рН от 8 до 10 количество осадка уменьшается, и при рН = 10 осадок практически не образуется
(рис.6). В качестве щелочного агента был выбран гидроксид натрия, т. к. при этом
образовалось большее количество осадка, чем в опытах с карбонатом натрия (рис. 7). При предварительном перемешивании реагентов наблюдается увеличение скорости образования осадка гидроксида железа. Исследуемую систему готовили путем сливания растворов соли трехвалентного железа (РеС1з) с концентрацией 5-10 мг/л и 0,1 н раствора гидроксида натрия до достижения рН=8-10. Перемешивание осуществляли в течение 1 минуты на магнитной мешалке. Добавление антискалантов показало, что для предотвращения образования осадка гид-роксида железа минимальная концентрация антискаланта равна от 2 до 8 мг/л и зависит от содержания железа в исходной воде.
Рис. 7. Зависимость количества осадка гидроксида железа от щелочного агента при рН~8: 1 - гидроксид натрия, 2 - карбонат натрия
Рис. 6. Зависимость количества осадка гидроксида железа от рН: 1 - рН ~10; 2 - рН ~ 9; 3 - рН ~ 8
В результате проведенных работ были определены минимальные дозы ан-тискаланта, предотвращающие образование осадка, значения которых представлены в таблице 4.
Таблица 4 Дозировка антискалантов (мг/л) в зависимости от содержания железа при общей жесткости воды,
При увеличении концентрации осадкообразующих веществ в исходной воде доза ингибитора также растет до некоторого предела, дальнейшее повышение дозы не приводит к желаемому результату. Проводились эксперименты по изучению влияния ингибитора на процесс осаждения солей кальция в зависимости от жесткости воды. С этой целью готовились модельные растворы с разной жесткостью, в растворы вводили разные количества антискалантов. Таким образом подбирали оптимальную дозу анти-скаланта, при которой образование осадка не наблюдалось в течение 1 часа, затем в дальнейшем уменьшали дози-
равной 3,0 мг-экв/л
Содержание железа мг/л антискалант
Аминат К Разработанный антискалант
до 0,1 6,5 2,0
0,1-0,2 13,0 3,0
0,2-0,3 22,0 5,0
ровку до тех пор, пока не наблюдалось мости жесткости поступающей воды образования осадка. Сравнительные ха- приведены в таблице 5. рактеристики антискалантов в зависи-
Таблица 5
Дозировка антискаланта в зависимости от общей жесткости воды, мг/л
Марка препарата Жесткость поступающей воды, мг-экв/л
до 2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-15
Аминат К 3,5 6,5 13,0 18,0 25,0 32,0
Vitek 3000 1,5 2,5 4,0 4,0 6,0 12,0
Разработанныйантискалант 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 10,0
В процессе мембранного разделения антискалант полностью задерживается мембраной и выводится с концентратом. Требуемая доза антискаланта зависит не только от концентрации осадкообразую-щих веществ в исходной воде, но и от температуры, рН, общего химического состава воды, от гидравлического КПД. Дозировка антискаланта устанавливается исходя из общей жесткости и щелочности воды и находится в пределах 4-10 г препарата на куб. м исходной воды. Количество антискаланта, которое необходимо добавить, рассчитывается по формуле: Ха= (Срек. /Сисх.)х1000 мл (3)
где Срек. - рекомендуемая концентрация действующего вещества, мг/л;
Сисх. - концентрация действующего вещества, г/л.
Например, для воды с карбонатной жесткостью ~ 3 мг-экв/л рекомендуемая концентрация антискаланта 2 мг/л. При использовании антискаланта с содержанием действующего вещества 200 г/л (20 %) на каждый куб. м подаваемой воды следует добавлять
Ха = (2/200)х1000= 10 мл препарата.
В 2020 году новый эффективный антискалант, производимый в ИЯФ АН РУ, активно внедряется и широко используется в баромембранных системах опреснения воды для обеспечения населения
чистой питьевой водой в Республике Каракалпакстан, Навоийской области, г. Ташкенте. Общая сумма выполняемых в 2020 году пилотных договоров составляет более 400 млн сум.
Выводы
Показано, что эффективность работы разработанного антискаланта (состоящего из производной дикарбоновой кислоты и аминосодержащего полимера с добавлением поверхностноактивных веществ) не уступает дорогостоящим импортным аналогам. Развита и отработана методика определения доз антискаланта для предотвращения образования осадка на обратноосмотических мембранах. Определены оптимальные дозировки антискаланта для бесперебойной работы мембранных установок. Новый подход в создании отечественного антискаланта позволяет не только учесть состав исходных артезианских вод (характерных для нашей республики), динамику формирования загрязнений, их физико-химические свойства, химическую стойкость мембранных элементов, но и обеспечивает безопасность для производства питьевой воды, а также позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты на применение систем обратно-осмотической очистки солоноватых природных вод.
Источники и литература
1. Qasim M. Reverse osmosis desalination / M.Qasim, M. Badrelzaman, N.A. Darwish, N.N. Darwish // A state-of the art review. Desalination. - 2019. - Vol. 459. - Pp. 59-104.
2. Ахмедов М.А. Исследование и разработка аппаратов для опреснения подземных вод гиперфильтрацией: Автореф. дисс.... канд. техн. наук. - М., 1980. - 22 с.
3. Yuldashev A.B., Garipov I.T., Khaydarov R.R. Direct Osmotic Desalination Technique by Solar Energy// International Journal of Natural Resource Ecology and Management. - 2020. - Vol. 5. - No. 3. - Pp. 84-89.
3. Ching-Chen H., Chi T. Effect of Particle Deposition on Reduction of Water Flux in Reverse Osmosis// Desalination. - 1976. - Vol.18. - No. 1-3. - Pp. 173-187.
4. Patel S., Ooi A., Huang H. New antiscalant for reverse osmosis plants// Desalination and Water Treatmen. - 2018. - No. 119. - Pp. 64-69.
5. Кравчук А.М., Нечитайло Н.П., Косюк Е.Н. Ингибирование осадка образования в баромембрнных процессах // Строительство, материаловедение, машиностроение: Стародубовские чтения. - 2017. -С. 84-86.
6. Федоренко В.И. Ингибирование осадкообразования в установках обратного осмоса // Критические технологии. Мембраны. - 2003. - № 2 (18). - С. 23-30.
7. Дятлова Н.М., Темкина К.И., Попов М.А. Комплексоны и комплексонаты металлов. - М.: Химия, 1988. - С. 131.
8. Нечитайло Н.П., Косюк Е.Н., Решетник Д.А. Полиакриловая кислота - ингибитор осадкообразования в баромембранных процессах // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2016. -Вып. 92 - С. 94-98.
9. Горелов И.П., Бабич В.А. Комплексообразование щелочноземельных элементов с этилендиаминди-янтарной кислотой//Ж. неорг. химии. - Т. XVI. - Вып. 4. - 1971. - С. 902-906.
10. Малахаев Е.Д., Никольский В.М., Горелов И.П. Синтез и комплексообразующие свойства комплек-сонов производных дикарбоновых кислот // Ж. общей химии. - 1978. - № 11. - С. 2601-2604.
11. Патент RU № 2636712. Способ химической очистки фильтров обратного осмоса растворами экологически безопасных комплексонов/Е.С. Волчкова, В.М. Никольский. - 2016.
12. Авт.свид. № 629208. Иминодиянтарная кислота в качестве комплексона /В.М. Никольский.
13. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1979. - С. 376.
14. Бабко А.К., Пятницкий И.В. Количественный анализ., М.: Госхимиздат, 1965. - С. 634.
15. Жога А.В., Багаутдинова З.Р., Пудова Н.Е. Совершенствование микроскопической методики определения оптимального типа и дозы антискаланта для предотвращения образования осадка на обратноосмотических мембранах// Усп. в химии и хим. технологии. - Т. XXVIII. - 2014. - № 5. - С. 129-132.
16. Патент RU 2648351 С1. Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде / И.А. Почиталкина, П.А. Кекин, Д.Ф. Кондаков, В.А. Колесников.
Рецензент:
Ибрагимова Э.М., доктор физико-математических наук, профессор, Центр передовых технологий Министерства инновационного развития Республики Узбекистан.
