Сравнительные характеристики мембранных элементов

Основные сравнительные характеристики мембранных рулонных обратноосмотических элементов ведущих мировых производителей

В. В. Костриков, ООО «Гелиос Стар»

С. А. Хаханов, НИИ ВОДГЕО

Несмотря на то, что МП были открыты сравнительно давно (еще в 1748 году), настоящий прогресс в промышленном применении этих процессов связан с успехами в получении и переработке полимерных материалов в 60-70 годы ХХ века. Поэтому первые большие установки опреснения морской воды на основе обратноосмотических мембранных элементов появились только в середине 70-х годов ХХ века. И лишь совсем недавно, в середине 90-х годов, внедрение мембранных методов очистки воды стало носить поистине массовый характер.

Сегодня в условиях нехватки пресной воды в ряде государств и постоянно растущей потребности в очищенной воде со стороны промышленности основной областью применения МП стало получение питьевой и деминерализованной воды для промышленных нужд из различных по  водоисточников.

Из всех МП наиболее широко в настоящий момент применяется обратный осмос: 80 – 85 % всех приложений используют именно этот процесс. И лишь 15 – 20 % приходится на долю всех остальных МП, хотя их доля в последнее время неуклонно растет.

Обратный осмос является одним из наиболее перспективных и экономичных методов получения очищенной (умягченной и деминерализованной воды), а также более экологически чистым в сравнении с ионообменными или сорбционными технологиями.

В ряде случаев обратный осмос (удаление из воды таких загрязнений, как аммоний, фтор, литий, бор и т.п.) вообще является практически единственным экономически оправданным методом.

В течение более чем 30 лет производители непрерывно совершенствовали характеристики ОО мембран и элементов на их основе, постоянно повышая как производительность и селективность, так и стойкость к химическим реагентам и различным загрязнениям, а также улучшать их гидравлические характеристики. За это время в ходе острой конкуренции сформировался достаточно небольшой круг ведущих производителей мембранных элементов (см. диаграмму, с полным перечнем производителей можно ознакомиться на сайте: www.tcn.zaq.ne.jp/membrane/english/MembManufE.htm).

В данном обзоре мы хотели бы привести и сравнить основные характеристики современных ОО элементов ведущих производителей (американских и японских компаний, а также продукцию относительно новой  на этом рынке – корейской компании SAEHAN), которым принадлежит более 90% рынка всех мембран. Помимо этого мы хотели бы также обсудить дальнейшие тенденции в развитии рынка мембранных элементов.

В таблицах, приведенных ниже, указаны только характеристики стандартных ОО элементов номинальным диаметром 4 дюйма (100 мм) и 8 дюймов (200 мм) и номинальной длиной 40 дюймов (1016 мм), совместимых между собой по основным размерам. Все элементы диаметром 4 дюйма (100 мм) имеют выступающую пермеатную трубку с наружним диаметром 19 мм, элементы диаметром 8 дюймов (200 мм) – внутреннюю пермеатную трубку с диаметром 28,6 мм, элементы диаметром 8 дюймов (200 мм) с увеличенной поверхностью – внутреннюю пермеатную трубку с диаметром 38 мм.

Стоит также отметить, что основные характеристики элементов приведены при различных тестовых условиях, указанных в соответствующих каталогах.

Все данные, содержащиеся в таблицах, взяты из общедоступных источников (электронные каталоги и веб-сайты производителей).

	Таблица 1 (подробнее)
	Таблица 2 (подробнее)
	Таблица 3 (подробнее)
	Таблица 4 (подробнее)
	Таблица 5 (подробнее)

Сравнивая основные характеристики мембранных элементов, приведенных в таблицах, можно сделать вывод, что однотипные мембранные элементы от различных производителей имеют, за редким исключением, довольно близкие характеристики. Этот факт, а также совместимость по геометрическим размерам делает их взаимозаменяемыми и позволяет конечному пользователю забыть о проблемах «совместимости» и выбора того или иного производителя. Следует также отметить, что главные улучшения характеристик мембран связаны со снижением рабочего давления (а значит и энергопотребления) при сохранении или повышении селективности, что особенно актуально при мембранном опреснении морских и высокосоленых вод. В частности, большая часть производителей (FilmTec, Hydranautics, TORAY) имеет в своем активе низконапорные мембраны для морских вод.

Помимо этого практически все производители стремятся увеличить плотность упаковки мембранных элементов, т.е. увеличить рабочую поверхность и производительность элемента при сохранении его размеров, гидравлических и механических характеристик. Это позволяет снизить материалоемкость, а значит и стоимость  мембранной системы при одновременном повышении ее производительности.

Обратноосмотическая установка

Также существенно расширился рабочий диапазон рН, что позволяет проводить более жесткие и эффективные реагентные промывки без повреждения мембран и потери их характеристик, а значит и увеличить ресурс мембранных элементов.

Учитывая имеющиеся тенденции, можно ожидать, что в ближайшем будущем получат широкое распространение мембранные элементы больших диаметров (10, 12, 16 и более дюймов) и длин (60 дюймов) с огромной рабочей поверхностью. Например, компания Koch Membrane Systems является первой компанией, которая массово производит элементы диаметром вплоть до 18 дюймов и длиной 60 дюймов (торговая марка Magnum и MegaMagnum).

Также можно ожидать дальнейшего снижения рабочего давления  мембранных элементов при сохранении или повышении селективности. Например, компании Hydranautics и TORAY уже имеют в своем арсенале сверхнизконапорные ОО элементы с минимальной селективностью 99% при рабочем давлении ниже 7 бар, чего пока нет у других компаний. Компания GE Water вывела на рынок (пока только для бытовых и коммерческих применений) ОО мембраны сверхнизкого давления (4-5 бар) и средней селективности 95%, работающие от давления водопроводной сети.

Стоит также отметить, что продукция компании SAEHAN, несмотря на относительно недавний выход компании на мембранный рынок, по своим характеристикам практически ни в чем не уступает более старым и именитым производителям. Можно также ожидать появления на этом рынке китайских производителей с их сверхнизкими ценами, что может несколько повлиять на общий уровень цен на мембранные элементы.

Возможно, в ближайшем будущем достигнута давняя мечта всех производителей – хлоростойкие полиамидные обратноосмотические элементы с приемлемой для коммерческого применения ценой  и высокими значениями производительности и селективности. По крайней мере, многие производители давно ведут разработки в этой области, а уже упомянутые ранее компании Hydranautics и TORAY уже имеют в своем арсенале хлоростойкие нанофильтрационные мембраны из синтетических полимеров (полипиперазинамид, сульфированный полиэфирсульфон и др.).

Широкий спектр производимых мембранных элементов, позволяет их широко применять в  различных областях водоподготовки. Высокоселективные мембранные элементы с селективностью 99,2-99,7% широко применяются в схемах глубокой деминерализации воды, их применение дает возможность снизить общую минерализацию исходной питающей воды в 100-200 раз, и достигать электропроводности фильтрата 2,0-3,0 мкСм/см. Низконапорные и ультранизконапорные мембранные элементы обладают меньшей селективностью, но большей производительностью по фильтрату, что позволяет получать воду с большим содержанием микроэлементов в очищенной воде и широко применять такие мембранные элементы в области получения высококачественной питьевой воды, а также в пищевой промышленности. Нанофильтрационные мембранные элементы обладают более высокой производительностью, по сравнению с обратноосмотическими элементами,  а их селективность может значительно различаться. Так, например, селективности нанофильтрационных мембранных элементов производимых компанией DOW могут быть от 50,0 до 90,0%. Такой широкий диапазон мембран дает возможность выбора того или иного типа нанофильтрационных элементов для получения очищенной воды необходимого качества. Опреснение высокоминерализованных вод методом обратного осмоса с применением «морских» мембранных элементов позволяет получать  пресную воду для водоснабжения в одну ступень фильтрования, благодаря высокой плотности и селективности мембранного полотна. Такие системы дают возможность получать пресную питьевую воду из морской с минимальными затратами энергии.

Подводя итог нашему обзору, можно сказать, что прогресс в этой области идет стремительными темпами и мембранные методы разделения сегодня – это уже отлаженная и надежная технология для получения чистых продуктов в самых разных областях.