Современная водоподготовка

 

Á.Å. Ðÿá÷èêîâ 

ÑÎÂÐÅÌÅÍÍÀß  
ÂÎÄÎÏÎÄÃÎÒÎÂÊÀ 

Ìîñêâà 
ÄåËè ïëþñ 
2013 

УДК 628 
ББК 38.761.1 
 
Р98 

Рецензенты: 
зав. отделом сорбционных технологий Института химии Дальневосточного отделения  
Российской академии наук, член-корреспондент РАН, д.т.н. В.А. Авраменко; 
заведующий кафедрой мембранной технологии РХТУ им. Д.И.Менделеева,  
профессор, д.т.н. Г.Г. Каграманов 

Рябчиков Б.Е. 
Р98 
Современная водоподготовка. – М.: ДеЛи плюс, 2013. – 680 с. 

ISBN 978-5-905170-49-2 

Проблема подготовки воды, используемой для промышленных и бытовых целей, и ее 
очистки от различных загрязнений приобретает все большее значение. С одной стороны, постоянно повышаются нормативные требования к качеству воды, особенно в промышленности и энергетике, а с другой – прогрессирует загрязнение водных источников, которое затрудняет работу существующих систем очистки.  
В данной работе представлены основные направления развития и современное состояние систем водоподготовки, включая новейшие технологические и аппаратурные решения 
для осветления, обезжелезивания, умягчения и обессоливания воды при подготовке питьевой 
воды, а также воды для нужд энергетики, медицины и пищевой промышленности, для бытового применения.  
В последнее десятилетие наблюдается существенный прогресс в создании и применении новых, более экономичных и экологичных технологий и оборудования для водоподготовки – значительно возросло количество установок очистки воды, базирующихся на таких 
технологиях. Многие типы такого оборудования ранее не нашли отражения в литературе. 
Данная работа поможет расширить информационную базу в этом направлении. 
Основное внимание уделено современным методам обезжелезивания, коагуляции, ионного обмена, мембранной фильтрации и аппаратурно-технологическим схемам на их основе. 
Приводятся примеры реализованных установок с использованием наиболее прогрессивных 
технических решений. 
Работа предназначена для специалистов в области подготовки питьевой воды, водоподготовки для энергетики, медицины, пищевых производств и для бытового использования. 
 
УДК 628 
ББК 38.761.1 

 

ISBN 978-5-905170-49-2 

 

© Рябчиков Б.Е., 2013 
© Оформление. ООО «ДеЛи плюс», 2013 

B.E. Riabchikov 

Modern water treatment 

Moscow 
DeLi plus 
2013 

Reviewers 
Head of Laboratory in Institute of Chemistry of the FEB RAS, corresponding member  
of the RAS, Doctor of Engineering  
V.A. Avramenko 
Head of a chair in Membrane Technology of D. Mendeleyev University of Chemical 
Technology of Russia, professor, Doctor of Engineering  
G.G. Kagramanov 

Riabchikov B.E.  
 
Modern water treatment. – М.: DeLi plus, 2013. – 680 p. 
ISBN 978-5-905170-49-2 

The problem of preparation of water used for industrial and household purposes, 
from various pollution is of great importance. On the one hand, are constantly rising 
requirements to the quality of water, particularly in industry and energy, and on the 
other – is progressive pollution of water sources, which complicates the work of the 
existing treatment systems. 
In this paper summarizes the major directions of development the current state of 
water treatment systems using the latest technology and hardware solutions in the field 
of clarification, deironing, softening and demineralization of water for use in the preparation of drinking water, energy, medicine and food industry, for household use. The 
main attention is paid to the modern methods of deironing, coagulation, ion exchange, 
membrane filtration, and equipment-technological schemes based on them. Examples 
of implemented plants with the use of the most advanced technical solutions. 
Over the last decade there has been a significant progress in the creation and application of new technologies and equipment for water treatment. Thanks to the big 
advantage of such decisions on the economic and environmental performance, as well 
as the positive experience of their implementation in various processes, the manufacturers believe in them, and there has been significant growth in the number of modern 
water treatment units, based on the modern equipment. 
Many of the types of such equipment has not previously reflected in the literature. This work is aimed at expansion of information base on the most progressive 
equipment and technology. 
For specialists in the field of preparation of drinking water, water for energy, 
medicine, food production and for domestic use. 
 
 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-905170-49-2 
© Riabchikov B.E., 2013
© DeLi plus, 2013
 

 

ÂÂÅÄÅÍÈÅ 

Âîäà – îñíîâà æèçíè è áàçîâîå ïðîìûøëåííîå ñûðüå 

Вода является основой жизни и служит сырьем для огромного количества технологий во всех отраслях промышленности. 
Вода – прекрасный растворитель как неорганических, так и многих органических веществ и газов, что объясняется ее сильнополяризованной структурой. Из-за 
этого в чистом виде она в природе не существует. Все природные воды являются 
растворами тех или иных веществ, с которыми вода контактировала в процессе круговорота. Эти вещества могут быть полезны или вредны человеческому организму 
при использовании воды для питьевых целей или в пищевой промышленности. При 
использовании воды в промышленности для многих технологических процессов 
действуют жесткие ограничения по содержанию в ней тех или иных примесей.  
Воду получают из поверхностных или подземных источников. Подземные воды 
содержат в основном природные компоненты – продукты растворения пород, с которыми контактировала вода. Состав таких вод относительно стабилен. Воды одного горизонта, отобранные в разных точках, даже отстоящих далеко друг от друга, 
достаточно близки по составу. При этом воды из находящихся рядом скважин, пробуренных в разные горизонты, могут различаться достаточно сильно. В поверхностных водах наряду с природной составляющей в большом количестве присутствуют 
техногенные загрязнения. Поверхностные воды интенсивно загрязняются отходами 
сельского хозяйства, промышленности, энергетики, городскими стоками и т.п. Состав таких вод зависит от большого количества факторов: времени года, дождей, 
наличия притоков, режима работы промышленных, сельскохозяйственных и муниципальных предприятий и т.п. Поэтому состав вод по течению реки до и после населенных пунктов может значительно отличаться. 
Состав воды по макро- и микрокомпонентам для питьевого или промышленного применения должен удовлетворять определенным нормам, которые будут рассмотрены ниже. Очистка воды от различных загрязнителей до заданных концентраций осуществляется многочисленными методами, которые были разработаны ранее, 
совершенствуются и создаются в настоящее время. 

Ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå òåõíîëîãèè è îáîðóäîâàíèÿ  
äëÿ î÷èñòêè âîäû 
Уровень разработок в области теоретических основ водоподготовки и технологий очистки воды от различных загрязнений в нашей стране всегда был высоким. 
При этом конструкции серийно выпускаемого оборудования, номенклатура и качество специальных реагентов, материалов и ионообменных смол безнадежно отставали от мирового уровня. Развал отечественной промышленности в начале 90-х гг. 
усугубил это положение. Однако в последующие годы наметился прогресс, связанный, с одной стороны, с появлением на отечественном рынке по относительно доступным ценам продукции ведущих западных фирм, а с другой – с началом производства широкого спектра отечественных реагентов и частично – оборудования. 
Данная работа посвящена новым типам технологических процессов и оборудования для водоподготовки, появившимся в нашей стране в последние годы и уже 
достаточно широко используемым в промышленности. Следует отметить, что это в 
основном реагенты, материалы и оборудование западного производства и его отечественные аналоги.  
При этом существуют два принципиально различающихся подхода. 
Во-первых, появились многочисленные фирмы-посредники, поставляющие готовые установки под заказ. Разработка, изготовление, монтаж и пуско-наладочные 
работы установок производятся головной зарубежной фирмой, а отечественная 
фирма выполняет только посредническую функцию. В лучшем случае она производит монтаж и пуско-наладочные работы. Стоимость таких установок достаточно 
велика, а качественного обслуживания от таких фирм ожидать не приходится.  
Другая, малочисленная группа организаций располагает квалифицированным 
персоналом, имеющим научный и инженерный опыт, и самостоятельно ведет разработку технологии и оборудования, подбирает и закупает комплектующие у ведущих 
фирм, размещает заказы на изготовление различных узлов на отечественных предприятиях или на собственных производствах, и затем производит сборку, монтаж и 
обслуживание оборудования.  
При этом произошло разделение организаций: одни направлены на создание и 
обслуживание устройств для чисто бытовых целей, другие – на решение задач для 
различных производств. Требования по качеству очистки и надежности работы в 
этих направлениях существенно различаются. Кроме того, активно работают многочисленные фирмы, выпускающие бытовые «кувшинные» фильтры, пользующиеся 
большим спросом. Большинство из них ограничивается данным сегментом рынка. 
Отличительными особенностями всех промышленных установок, по сравнению 
с бытовыми, являются как значительно большая производительность, так и несравнимо более высокие требования к качеству воды и надежности работы, т.е. бесперебойности подачи ее потребителю. Это требует квалифицированного расчета установок, выбора оптимальных типа оборудования и режима его работы, обязательного 
дублирования аппаратов, а также гарантированного ресурса и надежного сервисного 
обслуживания. 
Новыми высокотехнологичными элементами систем водоподготовки являются: 
• высокоэффективные материалы для механической фильтрации и обезжелезивания; 
• надежные, компактные, простые и относительно дешевые блоки управления 
разнообразным оборудованием водоподготовки;  

Ââåäåíèå 
7 

• надежные и относительно дешевые контроллеры, позволяющие создавать локальные системы управления и интегрированные в общезаводские системы; 
• высоконадежная и коррозионностойкая арматура, в том числе многоходовые 
краны, часто совмещенные с блоками управления, что позволяет создавать малогабаритные автоматизированные установки; 
• корпуса из полимерных материалов диаметром до 1,6 м, из оцинкованной стали – 
до 1,8 м, из стали с полимерным покрытием – до 3,4 м; 
• высокоэффективные, надежные и легко монтируемые дренажно-распределительные устройства фильтров, удовлетворяющие самым разным и жестким требованиям; 
• ионообменные смолы с новыми химико-технологическими свойствами, повышенной емкостью и стабильностью; 
• реагенты для стабилизации воды в теплосетях, в том числе на основе комплексонов и биоцидов; 
• насосы-дозаторы с возможностью программируемого ввода реагентов для автоматического поддержания заданных величин рН, окислительно-восстановительного потенциала, концентрации активного хлора и т.п.; 
• обратноосмотические и нанофильтрационные мембраны нового поколения, эффективно работающие при давлении 6–16 атм, с увеличенными размерами и 
единичной производительностью; 
• ультрафильтрационные мембраны и установки промышленной производительности, обеспечивающие высочайшую степень осветления и стерилизации воды; 
• установки электродеионизации промышленной производительности; 
• установки мембранной дегазации и декарбонизации; 
• системы проведения интенсивной коагуляции с оборотом осадка или с утяжелителями. 
Все эти компоненты, используемые в различных сочетаниях, позволяют на 
принципиально новом аппаратурно-технологическом уровне достаточно просто 
реализовать в металле многие ранее разработанные идеи, такие как: 
• обезжелезивание и деманганация с вводом в поток воды различных окислителей и фильтрование на специальной каталитической загрузке; 
• малогабаритные автоматизированные ионообменные установки большой производительности и с высокой надежностью; 
• различные системы противоточной регенерации ионитов; 
• установки микро-, ультра-, нанофильтрации и обратного осмоса большой производительности; 
• коррекция рН и стабилизация параметров воды автоматическим вводом различных специальных реагентов; 
• снижение щелочности воды обработкой слабокислотным катионитом; 
• снижение окисляемости воды на специальных регенерируемых анионитах; 
• придание «блеска» воде «полировкой» методом микро- или ультрафильтрации. 
Сегодня имеется возможность создавать сложные установки за рекордно короткие, по сравнению с прошлыми временами, сроки. Так, установки небольшой 
производительности (5–20 м3/ч), включающие обезжелезивание, умягчение, корректировку рН и т.п., могут быть разработаны, смонтированы и запущены за 2–4 недели, а производительностью 50–1000 м3/ч – за 2–6 месяцев. Установки обратного ос

моса и ультрафильтрации, выпускаемые в России, как правило, разрабатываются 
для конкретного потребителя, что требует несколько большего времени – при производительности до 5 м3/ч – 2–6 недель, а до 1000 м3/ч – 4–8 месяцев.  
Необходимо отметить, что для качественного выполнения работ по созданию 
эффективных и экономичных промышленных установок водоподготовки, удовлетворяющих всем современным требованиям производства, в том числе по экологии 
и безопасности труда, необходимо выполнение всего комплекса проектно-конструкторских работ и НИОКР, что существенно продлевает сроки их выполнения. 
В настоящее время сформировалось некоторое «разделение труда»: крупной 
промышленной водоподготовкой профессионально занимается ограниченное число 
(не более десяти-пятнадцати) компаний. Это, прежде всего, московские НПК «Медиана-фильтр», «Гидротех», самарская «СВТ», воронежская «Воронеж-Аква», владимирский «Альтаир», сочинская «ЭКОС», «Биотехпрогресс», г. Кириши; «Роса»,  
г. Новосибирск. 
В области водоподготовки для бытовых целей – это, главным образом коттеджи – 
действуют сотни небольших фирм, на более или менее достойном уровне удовлетворяющие запросы клиентов. Здесь, прежде всего, нужно отметить наиболее крупную из них московскую фирму «Экодар».  
В производстве «квартирных установок», а именно – фильтров «под мойку» 
или кувшинных очистителей, различается два подхода: это отечественное производство различных сорбционных фильтров кувшинного или проточного исполнения и 
картриджей к ним, и мембранных установок обратного осмоса. В первом случае лидируют отечественные фирмы, выпускающие такие продукты, как «Гейзер», «Аквафор», «Барьер», «Новая вода», «Водолей» и т.п., сильно потеснившие иностранных конкурентов, заполнявших ранее рынок благодаря приспособленности к отечественным реалиям и конкурентной цене. Мембранные установки продаются под 
различными марками отечественных или иностранных фирм, но практически все 
сделаны в Китае, Гонконге или Корее. В лучшем случае в них используется мембрана американского или европейского производства. Даже «чисто американские» изделия являются реэкспортом из тех же стран. Существенная разница в цене объясняется только раскрученностью марки и амбициями продавцов. 
За последние десять лет на рынке появились и были внедрены в производство 
новые разработки технологий и оборудования, быстро нашедшие практическое 
применение. Так, например, достаточно экзотическая технология ультрафильтрации 
стала распространенным и почти обязательным методом подготовки воды для энергетики. Широко используются самопромывные механические фильтры различных 
типов. Практически все пищевые производства и многие ВПУ ТЭЦ и АЭС уже оснащены установками обратного осмоса. Широко внедряются способы и аппараты, 
интенсифицирующие процессы коагуляционной очистки. И таких примеров много. 
К сожалению, в последнее время появилось большое число проходимцев или 
просто малограмотных «изобретателей», предлагающих простые «волшебные» решения сложных проблем, к которым относится и получение воды необходимого качества. Большинство таких решений направлено на бытовой уровень, где качество 
воды потребителем не контролируется, и ориентируется на его органолептическое, а 
часто – психологическое восприятие. К таким решениям относятся многочисленные 
«нанофильтры», не имеющие ничего общего с нанофильтрацией, устройства структурирования или «гармонизации» воды, радиочастотной обработки, волшебные 

Ââåäåíèå 
9 

диски, обогащение кремнем, золотом и т.п. Для промышленных целей таких предложений несравнимо меньше. Это объясняется тем, что здесь существуют четкие 
нормы качества, и оно постоянно контролируется. Автор книги не рассматривает 
такие разработки и не вступает в бессмысленные дискуссии с заявителями подобных предложений. 
За последнее десятилетие, в связи с ростом интереса к совершенствованию систем водоподготовки, существенно увеличилось число публикаций по данной тематике. Издано большое число книг, учебников и учебных пособий [1–32], в большинстве отражающих состояние работ на 80–90-е годы прошлого века, и лишь вскользь 
касающихся современных разработок, а также, буквально, единичные работы, в которых описываются отдельные вопросы современных технологических решений [3, 
5, 8–13, 15, 18, 20]. В изданной автором 9 лет назад книге рассматривался широкий 
спектр вопросов современной водоподготовки [3]. За прошедшие годы многое из 
того, что совсем недавно появилось на рынке, уже стало обыденным и достаточно 
широко используется в отечественной практике. Это, прежде всего, системы ультрафильтрации и промышленного обратного осмоса, дисковые фильтры и установки 
электродеионизации, автоматические фильтры смешанного действия с выносной регенерацией и намывные ионитные фильтры, интенсифицированные установки коагуляции. Эти процессы и аппараты явно недостаточно описаны не только в книгах, но и 
в журнальных публикациях. Автор, имевший возможность принимать участие в разработке и внедрении ряда указанных процессов, постарался представить достаточно 
полный и широкий анализ новых решений для широкого круга читателей.  
В подборе литературных источников упор сделан на отечественные публикации последних 10 лет. 
В связи с большим объемом и широтой охватываемого материала возможны 
неточности и ошибки. Автор заранее благодарен за критические отзывы и замечания, позволяющие устранить имеющиеся недостатки. 
Автор выражает благодарность НПК «Медиана-фильтр», ООО «Гидротех», 
ООО «ТЭКО-Фильтр», ЗАО «Московские озонаторы», ООО фирме «Медозон», 
компаниям Dow Chemical, Pentair, Arkal – Amiad за предоставленные материалы. 
Особая благодарность докторам физико-математических наук А.А. Пантелееву и 
О.В. Хоружему, кандидату физико-математических наук А.Р. Сидорову и кандидатам технических наук С.Ю. Ларионову, С.Л. Громову, П.В. Багуну и Б.К. Медкову 
за помощь в редактировании и издании книги. 
 
 

 

1. ÏÎÊÀÇÀÒÅËÈ ÊÀ×ÅÑÒÂÀ ÂÎÄÛ. ÒÐÅÁÎÂÀÍÈß  
Ê ÊÀ×ÅÑÒÂÓ ÂÎÄÛ  

1.1. Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà âîäû 

Важнейшими показателями качества воды, определяющими ее пригодность для 
питья, а также для использования в промышленности и в энергетике [1–7, 12, 14, 20, 
33–55], являются: 
• содержание дисперсных взвешенных веществ (прозрачность, мутность, коллоидный индекс); 
• общая минерализация (солесодержание, сухой остаток);  
• концентрация водородных ионов (рН); 
• общая жесткость и ее составляющие; 
• окисляемость (содержание органических веществ);  
• общая щелочность и ее составляющие; 
• содержание коррозионно-активных газов (О2 и СО2); 
• микробиологическая загрязненность; 
• цветность. 
Кроме того, для многих процессов необходимо контролировать содержание в 
воде определенных примесей, таких как катионы натрия, анионы хлора, карбонаты, 
сульфаты и силикаты, а также соединения железа и алюминия, органические, биологические загрязнения и радионуклиды (табл. 1.3–1.14). 

Содержание взвешенных веществ характеризует загрязненность воды твер
дыми макро- и микрочастицами; количество их в литре воды обычно выражают в 
мг/л. Для определения содержания в воде взвешенных веществ производят фильтрование 1 л анализируемой воды через плотный бумажный фильтр, который затем высушивается при температуре 105–110 °С до постоянного веса, и по приросту массы 
фильтра определяется количество взвешенных веществ.  
Кроме того, содержание частиц косвенно характеризуется прозрачностью раствора, его мутностью и коллоидным индексом, которые допускают более экспрессное приборное измерение.  
Мутность воды естественно характеризовать изменением свойств света при его 
распространении. Традиционные методы основаны на определении толщи воды, 
через которую не перестает быть различимой свеча или стандартная картинка из