Технология мембранного разделения в промышленной водоподготовке

À.À. Ïàíòåëååâ, Á.Å. Ðÿá÷èêîâ, Î.Â. Õîðóæèé, 

Ñ.Ë. Ãðîìîâ, À.Ð. Ñèäîðîâ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ìåìáðàííûå òåõíîëîãèè  
â ïðîìûøëåííîé âîäîïîäãîòîâêå 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ìîñêâà 
ÄåËè ïëþñ 
2012 

УДК 628.1 
ББК 38.761.1 
 
П16 

Рецензенты 
Заведующий лабораторией 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 

Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Хоружий О.В., Громов С.Л., 
Сидоров А.Р. 

П16 Мембранные технологии в промышленной водоподготовке – 
М.: ДеЛи плюс, 2012. – 429 с. 
ISBN 978-5-905170-14-0 

В данной книге основное внимание уделено бурно развивающемуся направлению систем водоподготовки с применением технологий 
мембранного разделения. Впервые в отечественной литературе в единой монографии описаны принципы, лежащие в основе мембранных 
технологий, а также новейшие технологические и аппаратурные решения в области микро-, ультра- и нанофильтрации, обратного осмоса, 
электродеионизации, мембранной дегазации, которые нашли практическое использование в энергетике, электронике, пищевой промышленности и муниципальном водоснабжении. Мембранные технологии 
позволяют существенно улучшить экономические, качественные и 
экологические показатели указанных производств. 
Приведены практические примеры реализованных аппаратурнотехнологических схем установок водоподготовки с использованием 
всех видов технологий мембранного разделения на основе опыта  
ЗАО «НПК Медиана-Фильтр». 
Работа предназначена для сотрудников проектно-конструкторских организаций, научных работников и специалистов различных 
отраслей промышленности, студентов и аспирантов, интересующихся 
проблемами развития технологий водоподготовки. 
 
УДК 628.1 
ББК 38.761.1 

ISBN 978-5-905170-14-0

© А.А. Пантелеев, Б.Е. Рябчиков, О.В. Хоружий,
С.Л. Громов, А.Р. Сидоров, 2012
© Оформление. ДеЛи плюс, 2012

 

A.A. Panteleev, B.E. Riabchikov, O.V. Khoruzhii, 

S.L. Gromov, A.R. Sidorov 

Membrane technologies  
in the industrial water treatment 

Moscow 
DeLi plus 
2012 

 

 

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 

Panteleev A.A., Riabchikov B.E., Khoruzhii O.V., Gromov S.L., 
Sidorov A.R. 

 
Membrane technologies in the industrial water treatment – М.: 
DeLi plus, 2012. – 429 p. 
ISBN 978-5-905170-14-0 

Growth of population on the one hand, and the continued progressive 
contamination of water sources, on the other hand, give increasing importance to the problem of clean water supply for domestic and industrial purposes. In addition, the water quality regulations became more and more rigid, 
especially in industry and power generation.  
This book focuses on the rapidly growing area of water treatment with 
the use of membrane separation technologies. For the first time in Russian 
literature a single book describes the principles underlying the membrane 
technologies, as well as the latest technology and hardware solutions in the 
fields of micro-, ultra- and nano-filtration, reverse osmosis, electrodeionization, membrane degasification, what have found practical use in 
power generation, electronics, food industrial and municipal water supplies. 
Membrane technologies allow substantially improve the economic, quality 
and environmental performance of these industries. 
We give practical examples of implemented layouts of water treatment 
plants, using all types of membrane separation equipment based on the experience of JSC «NPK Mediana-Filter». 

ISBN 978-5-905170-14-0

© A.A. Panteleev, B.E. Riabchikov, O.V. Khoruzhii, 
S.L. Gromov, A.R. Sidorov, 2012
© DeLi plus, 2012
 

ÂÂÅÄÅÍÈÅ 

Вода является основой жизни и сырьем для огромного количества 
производств 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. Кроме того, в 
ней присутствуют различные микроорганизмы, водоросли. Конкретный 
состав примесей зависит от источника и различается для поверхностных или подземных вод.  
Подземные воды содержат, в основном, природные компоненты – 
продукты растворения пород, с которыми контактировала вода. Содержание органических и биологических загрязнений минимально. Состав 
таких вод относительно стабилен. Воды одного горизонта, отобранные 
в разных точках, даже отстоящих друг от друга на большом расстоянии, 
достаточно близки по составу. При этом воды из находящихся рядом 
скважин, пробуренных в разные горизонты, могут различаться достаточно сильно. 
Поверхностные воды содержат продукты растворения пород, с которыми контактировала вода, большое количество органических и биологических загрязнений, взвешенных веществ. Кроме того, наряду с 
природной составляющей во все более возрастающем количестве присутствуют техногенные загрязнения. Поверхностные воды интенсивно 
загрязняются отходами сельского хозяйства, промышленности, энерге-
тики, 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.  
При использовании воды для питьевого водоснабжения и в промышленности многие технологические процессы предусмтаривают жесткие 
ограничения по содержанию в ней тех или иных примесей. Это привело к 
развитию многочисленных методов очистки воды от различных загрязнений и формированию специализированного сектора технологии и промышленности, объем которого постоянно растет. Общий объем мирового 
водного сектора экономики в 2010 году составил 480 млрд. $, и прогнозируется его постоянный рост в дальнейшем. Вместе с тем, неуклонное 
ужесточение норм и требований к качеству воды для питья и промышленности, стремительно растущая потребность в ней при ограниченности источников в виде рек, озер и подземных вод, удорожание подготовки питьевой и технической воды вследствие техногенного загрязнения этих источников требуют создания и использования новых эффективных и экономически выгодных технологий. 
В последние 10–15 лет, благодаря существенному прогрессу в технологии изготовления мембран различных классов, приборного оснащения, запорной арматуры и систем автоматического управления, широкое применение нашли мембранные технологии обработки воды: 
микро-, ультра- и нанофильтрация, обратный осмос, электродеионизация, мембранная дегазация. Они позволяют надежно и экономично 
очищать исходную воду от различных примесей, используя минимальное количество реагентов и минимизируя вред для окружающей среды. 
При этом достигается высочайшее качество очищенной воды. 
Кроме того, с помощью мембран можно достаточно эффективно 
удалить соли из морской воды (т.е. произвести опреснение воды), что 
открывает огромные перспективы в получении питьевой и индустриальной воды из практически неисчерпаемого источника. Достигнутый 
уровень энергетических затрат на опреснение – всего лишь в 2 раза 
больше теоретически предельно возможного. 
В табл. 1 приведен наблюдавшийся в последние годы рост потребностей в мембранных материалах. 
В настоящее время темпы роста потребности в применении 
мембранного оборудования, особенно для микрофильтрации и ультрафильтрации, существенно превышают темпы роста остального оборудования для водоподготовки.  
По данным ЗАО «Русские мембраны» [1, 2] объем российского 
рынка, включая все мембраны и установки для их использования, в 2007 г. 
составил 200 млн. долларов США (рис. 1). Отмечается, что темпы роста 

Ââåäåíèå 
7 

составляют 14%, что выше, чем темпы роста мирового рынка. Следует 
отметить, что развитие производства мембранного оборудования как 
зарубежного, так и собственного является очень актуальной задачей.  

1. Потребность в мембранных материалах 

Вид мембраны 
Потребность (млн. USD) 
Ежегодный прирост (%) 

1998 
2003 
2008 
03/98 
08/03 

Все мембраны 
1 190 
1 785 
2 675 
8,4 
8,4 

Микрофильтрация 
626 
860 
1 175 
6,6 
6,4 

Ультрафильтрация 
197 
329 
530 
10,8 
10,0 

Обратный осмос 
234 
390 
620 
10,8 
9,7 

Другие 
133 
206 
350 
23,9 
21,1 

 

а                                                                   б 

Рис. 1. Объем потребления (а) и структура рынка мембран (б) в РФ 

В отличие от традиционных методов очистки (насыпные фильтры, 
аэрация, обработка реагентами, обеззараживание), требующих больших 
площадей, многостадийной технологии обработки, значительного количества эксплуатационного персонала, мембранные технологии имеют 
следующие преимущества: 
• высокая стабильность очистки при изменении параметров исходной воды; 
• существенное сокращение производственных площадей; 
• сокращение затрат реагентов; 
• достаточно низкое энергопотребление; 
• возможность получения качественной питьевой воды на одной 
ступени очистки; 
• модульность оборудования, позволяющая легко наращивать производительность; 
• полная автоматизация процессов; 
• возможность экономичного получения питьевой воды из морской. 

Затраты на 1 м3 воды, обработанной с применением мембранной 
технологии, по сравнению с традиционными технологиями, неуклонно 
снижаются. Если десять лет назад они были в несколько раз выше, то в 
настоящее время не только сравнялись, но стали меньше. На рис. 2 показаны темпы снижения затрат на 1 м3 воды, обработанной на установках ультрафильтрации, снабженных мембранами фирмы «Zenon», в период с 1995 по 2003 годы [3].  

 
Рис. 2. Темпы снижения затрат на 1 м3 обработанной воды 

Данная монография посвящена бурно развивающемуся направлению создания систем подготовки вод разной степени чистоты с применением технологий мембранного разделения для различных отраслей 
промышленности. 

В связи с большим объемом и широтой охватываемого материала 
возможны неточности и ошибки, а также неполнота библиографии. Авторы будут благодарны за критические отзывы и замечания, позволяющие устранить имеющиеся недостатки. 

 

ÃËÀÂÀ 1. Ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà âîäû. Òðåáîâàíèÿ 
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 применения в промышленности и в 
энергетике являются [4–30]:  
1. содержание дисперсных взвешенных веществ (прозрачность, мутность, коллоидный индекс); 
2. общая минерализация (солесодержание, сухой остаток);  
3. концентрация водородных ионов – рН; 
4. общая жесткость и ее составляющие; 
5. окисляемость (содержание органических веществ);  
6. общая щелочность и ее составляющие; 
7. содержание коррозионно-активных газов (О2 и СО2); 
8. микробиологическая загрязненность; 
9. 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. 
Содержание взвешенных веществ характеризует загрязненность 
воды твердыми 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 темпера

Ãëàâà 1 

туре 105–110 °С до постоянного веса, и по приросту массы фильтра определяют количество взвешенных.  
Кроме того, содержание частиц косвенно характеризуется прозрачностью раствора, его мутностью и коллоидным индексом, которые 
допускают более экспрессное, приборное измерение.  
Мутность воды принято характеризовать изменением свойств света при его распространении через воду. Традиционные методы основаны на определении толщи воды, через которую перестает быть различимой свеча или стандартная картинка из черных и белых кругов. Более 
точные фотометрические методы определяют степень ослабления света 
от стандартного источника при прохождении его через слой воды заданной толщины. Калибровку таких приборов осуществляют, используя в 
качестве среды пропускания света суспензию известного состава. В России результат измерений выражают в мг/л при использовании основной 
стандартной суспензии каолина, или в ЕМ/л (единицы мутности на л) при 
использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю 
единицу измерения называют также Единицей Мутности по Формазину 
(ЕМФ), а ее западный аналог – FTU (Formazine Turbidity Unit). 
В последнее время за рубежом в качестве стандартной утвердилась 
фотометрическая методика измерения, при которой мерой мутности 
является количество света, рассеянного под углом 90°. В качестве калибровочных суспензий используются суспензии формазина. Разные 
стандарты отличаются выбором стандартного источника света и названием соответствующей единицы мутности. В стандарте ISO 7027 (Water 
quality – Determination of turbidity) используется светодиод LED с длиной волны 860 нм, а единицей измерения мутности является FNU 
(Formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей 
Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения 
(ВОЗ) в качестве стандартного источника используют лампу накаливания с цветовой температурой 2200–3000 К, единица измерения мутности называется NTU (Nephelometric Turbidity Unit). 
Несмотря на различие в методиках и в названиях, все основные 
единицы измерения мутности численно совпадают: 
 
1 FTU (ЕМФ) = 1 FNU = 1 NTU = 1 ЕМ/л. 
 (1.1) 
ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, 
однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU, а для целей обеззараживания – не более 1 NTU. 
Прозрачность. Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности