Инновации в капле воды

Вода играет важнейшую роль в создании и поддержании жизни на Земле, формировании климата и погоды. Являясь универсальным растворителем, она может содержать как органические, так и неорганические вещества, в том числе загрязнители, снижающие ее качество и создающие трудности при использовании. Вопросами очистки воды и технологических сред занимаются в лаборатории мембранных процессов Института физико-органической химии НАН Беларуси под руководством члена-корреспондента Александра БИЛЬДЮКЕВИЧА.
— Беларусь, по мнению специалистов, обладает значительными запасами воды высокого качества. Нуждается ли она в дополнительной очистке?
— В зависимости от назначения предъявляемые к воде требования колеблются в очень широком диапазоне. К примеру, наиболее жестко регламентирована вода для инъекций — она, кроме высокой степени очистки, не должна негативно воздействовать на организм. С другой стороны, в энергетике, где вода выступает в роли теплоносителя, иные подходы, но также имеющие свою специфику. Что касается питьевой воды, то в Беларуси, как и в соседних странах, для этих целей используются артезианские источники, монозагрязнителем которых является двухвалентное железо, хотя для некоторых регионов могут стать дополнительной проблемой и природные органические соединения, фтор, жесткость — повышенное содержание солей кальция и магния. Соответственно, как и с технической водой, в зависимости от источника необходимо применять технологии очистки различного характера и глубины.
— Какие из них можно отнести к наиболее универсальным и эффективным?
— Существует огромное число принципиально различных методов, но мы занимаемся одним из самых перспективных — мембранной фильтрацией, когда вода за счет разности давлений продавливается через особую полупроницаемую пленку, тем самым очищаясь. Используемые в этих целях мембраны различаются по размеру пор и, соответственно, по типу фильтрации. Область микрофильтрации — от 1 до 0,1 мкм — позволяет удалять бактерио¬логические загрязнения, но не вирусы. Для их устранения необходима ультрафильтрация, для которой применяются мембранные материалы с порами от 0,1 мкм до 10 нм, устраняющие все коллоидные частицы. Следующий уровень очистки — нанофильтрационные мембраны с порами от 10 до 1 нм, позволяющие отделять двухзарядные катионы, оставляя однозарядные. С помощью этих мембран можно решать задачи обезжелезивания и умягчения воды и, самое главное, удаления низкомолекулярных органических соединений. На мой взгляд, это очень интересный процесс, который, к сожалению, не нашел у нас широкого распространения. Наи-более плотные мембраны — с порами величиной менее 1 нм — используются для так называемого обратного осмоса, позволяющего получать практически полностью очищенную от примесей, в том числе солей, воду. Данный способ представляет собой альтернативу дистилляции, широко применяемой для опреснения морских и солоноватых вод.
— Над чем вы сейчас работаете?
— Мы развиваем такое направление, как создание мембран в виде полого волокна — капилляра с пористыми стенками сложной структуры. Это ультрафильтрационный мембранный материал с порами порядка 50 нм. Мы предлагаем использовать его в новом энергосберегающем процессе, когда фильтрация осуществляется в «тупиковом» режиме. Для его реализации требуется периодическое удаление загрязнений с помощью импульсной обратной промывки, что существенно сложнее, чем при традиционном подходе.
Еще одно направление — разработка технологии получения так называемых модифицированных мембран, обладающих комплексом специальных физико-химических характеристик. Они, кроме очистки воды, могут частично снимать со своей поверхности практически неудалимую органическую пленку, восстанавливать свои свойства после цикла фильтрации. Работаем над созданием мембран, выполняющих две функции: фильтрующую и каталитическую, что позволит удалять двухвалентное железо в одном блоке фильтров.
— Известно, что ваш мембранный материал в основном предназначен для нужд энергетики. Каковы успехи в этой области?
— На мой взгляд, одним из наиболее востребованных методов является ультрафильтрация в тупиковом режиме. В течение 5 лет нами выполнялся проект по ГНТП «Энергетика», в рамках которого решались задачи, начиная с создания мембранного материала и закачивания проектированием и изготовлением автоматизированных очистных установок. Попутно разрабатывались технологические процессы получения промышленных мембранных аппаратов и модулей, технологии их использования для очистки вод различного происхождения — поверхностных, артезианских, технических сред, таких как производственные, турбинные конденсаты и т.д. В итоге была создана первая в республике автоматизированная мембранная установка, смонтированная на мини-ТЭЦ в Осиповичах. Осталось осуществить ее запуск и приемку государственной комиссией.
— Планируете ли вы расширять это направление?
— У нас есть стендовое оборудование, которое позволяет получать коммерческие количества мембранных материалов. Кроме того, мы серьезно рассматриваем возможность организации промышленного производства — анализ экономической составляющей показал, что наши разработки конкурентоспособны на рынке продукции ведущих мировых концернов, таких как Pall, Daw Chemical, Koch membrane systems, Inge, Norit. А это значит, что у нас есть возможность выйти на зарубежный рынок.
— В чем заключается отличительная особенность созданного материала?
— Главное его отличие в структуре и, следовательно, ином комплексе свойств. Кроме того, с учетом запаса рентабельности мы можем реализовывать мембранный материал по цене более низкой, чем мировая.
Если нам удастся обеспечить необходимое качество при переходе к крупному промышленному производству, то в этом сегменте у нас будет хорошая ниша. Для этих целей мы ищем серьезных инвесторов, уже ведутся переговоры с рядом организаций Западной Европы, СНГ. К сожалению, с российской корпорацией «Роснанотех», несмотря на затраченные усилия, мы взаимопонимания не нашли.
— Обратноосмотическая фильтрация получила широкое распространение, в том числе и в быту. Насколько оправданна такая степень очистки?
— С моей точки зрения, для получения питьевой воды больше подходит ультрафильтрация, поскольку до 30% кальция и магния человек получает из воды, поэтому при применении обратноосмотической технологии организм недополучит этих важных элементов, а это оказывает влияние на кости, зубы и сердце. Многие поколения наших людей адаптировались к водам с определенным содержанием солей, поэтому если употребляется обессоленная вода, то нужно существенно менять рацион питания, к чему большинство населения неготово. Есть перспектива выпуска бытовых фильтров с нашими утрафильтрационными мембранами, рассматривается вопрос о сотрудничестве с российскими производителями, но проект находится в начальной стадии разработки, и говорить о сроках пока рано.