Нанофільтрація та зворотний осмос (НФ/ЗО) по суті мають однакові системи встановленого обладнання, обидва методи усувають забрудники шляхом застосування тиску до води по всій площині напівпроникної мембрани. ЗО використовується для опріснення солонуватої води і морської води та усуває органічні і неорганічні сполуки (наприклад, нітрати) та мікроорганізми. Основною відмінністю між цими методами є те, що НФ усуває менше солі (наприклад, NaCl) та інших одновалентних іонів ніж ЗО і переважно використовується для усунення кольору, органічних забрудників (наприклад, пестицидів) і зниження жорсткості (пом’якшення води). Дистиляція, наприклад, сонячний опріснювач, виготовлений із місцевих матеріалів, є можливою альтернативою. Пов’язаний метод – мембранна дистиляція – зазвичай не є вільно доступним на ринку.

Загалом установки НФ/ЗО виготовляються на заводах. На місці споруджуються окремі великі системи. Для НФ/ЗО потрібне надійне, безперебійне водопостачання під тиском, місця утилізації концентрату (який виробляється постійно) та відходів після очищення (які виробляються періодично), надійне джерело електропостачання, патронні фільтри, конкретні хімікати для боротьби з накипом та чищення, а також зазвичай попереднє та подальше очищення води. Споживання енергії є вищим ніж у випадку інших технологій очищення води, за винятком дистиляції. Системи ЗО усувають широкий спектр забрудників, записи з даними про елементи вказують на ступінь видалення нових одноелементних солей на рівні понад 99%, при цьому повномасштабне функціонування зазвичай забезпечує позбавлення на рівні понад 95%. НФ зазвичай усуває понад 95% органічних сполук (наприклад, пестицидів) та зменшує жорсткість на приблизно 50 – 80% і NaCl на орієнтовно 20 – 40% (видалення солей при НФ більше залежить від конкретного об’єкту ніж при ЗО). Вода ЗО зазвичай має низький рівень рН, який є нестабільним і корозійним. Може знадобитися повторна мінералізація очищеної води.

Проєктні міркування

Проєктні міркування включають попереднє та подальше очищення, утилізацію відходів, вид мембрани та наявність надійного електропостачання. У випадку води із низькою каламутністю (до 0,3 нефелометричних одиниць каламутності) може бути достатньо мінімального попереднього очищення (5-мікронна патронна фільтрація та додавання засобу проти накипу). В інших випадках рекомендовано проводити додаткове попереднє очищення, наприклад, Ультрафільтрацію T.10 чи використовувати фільтри із гранульованим фільтраційним матеріалом і допоміжним обладнанням. Гарантійне обслуговування вимагає, щоб індекс щільності мулу був менше 5 (бажано до 4). Хлор може пошкодити мембрану, тому його потрібно усувати до проведення фільтрації ЗО. Подальше очищення зазвичай передбачає додавання хімікатів для проведення дезінфекції та для попередження корозії труб і арматури вниз за течією, наприклад, шляхом підвищення рівня рН (завдяки контрольованому додаванню їдкого лугу придатної для пиття якості, гідроксиду натрію). Періодичне безрозбірне очищення може відновити проникність мембрани, яка зменшується з часом через масштабування і забруднення. Потрібна обережна утилізація відходів, оскільки концентрат та використані розчини для чищення містять високу концентрацію забрудників.

Параметри НФ/ЗО включають швидкість потоку води, яка подається в систему, тиск, інтенсивність потоку (швидкість, з якою вода проходить через поверхню мембрани) та відновлення (співвідношення між фільтратом, що утворюється при зворотному осмосі, та потоком води, що подається). Тиск при подачі води (і пов’язане з цим споживання електроенергії) варіюється залежно від якості води, що подається в систему, вмісту солей, температури та виду мембрани. Хоча узагальнення в цьому випадку є складним завданням, тиск при подачі морської води зазвичай становить десь 65 бар, а у випадку води із нижчою концентрацією солей він може бути на рівні 7 – 15 бар. Надмірна інтенсивність потоку призводить до короткого строку експлуатації, зменшення результативності та вищих операційних витрат. Пілотне тестування може підтвердити стабільну інтенсивність потоку, яка зазвичай становить орієнтовно 15 – 25 літрів на м2 на годину. Фільтри НФ/ЗО експлуатуються в режимі перехресного потоку, і частина води, що подається, повторно проходить цикл у системі. Загалом близько 50% морської води, що подається в систему, стає фільтратом, що утворюється при зворотному осмосі, та при нижчій концентрації солей зазвичай рівень відновлення становить 70 – 85%. Для належного проєктування НФ/ЗО потрібно провести детальне оцінювання якості води. Виробники часто надають програмне забезпечення, щоб допомогти із проведенням обчислень.

Матеріали

Елементи мембрани та контейнери виготовлені зі спеціального пластику. Трубопровід під низьким тиском (до приблизно 3,5 бар) може бути неметалевим (наприклад, склопластик/пластик або нержавіюча сталь). Не використовуються матеріали, схильні до корозії (наприклад, вуглецева сталь, оцинкована сталь, ковкий чавун, мідь тощо). Деякі матеріали можливо потрібно буде імпортувати.

Придатність

НФ/ЗО можна використовувати на гострому етапі та ймовірно в подальшому на етапах стабілізації і відновлення. Їх можна використовувати як одноетапне очищення, оскільки вони забезпечують відмінну якість фільтрації. В наявності є автоматизовані невеликі блочні системи, які можна встановити за кілька годин та які часом застосовуються у віддалених локаціях. У ситуаціях, коли доступна лише солонувата чи морська вода або коли джерела підземних вод забруднені солоною водою (наприклад, через цунамі), системи ЗО можуть бути єдиним способом як можна швидко опріснити воду. Через високу складність, потребу в енергії та витрати, особливо на довгострокову експлуатацію, спершу можна розглянути інші технології, особливо, коли забрудниками переважно є патогенні мікроорганізми.

Експлуатація та обслуговування

До основних операційних витрат відносяться витрати на електроенергію, хімікати, патронні чи мембранні фільтри, оператора та особу, відповідальну за догляд за системою, а також заміну елементів ЗО у довгостроковій перспективі. Надзвичайно важливо, щоб персонал, який експлуатує НФ/ЗО, був висококваліфікованим та отримував підтримку в довгостроковій перспективі. Оскільки процедури з експлуатації та обслуговування потребують досвіду використання відповідного проєкту системи, а також досвіду з автоматизацією процесу, електронікою та онлайн моніторингом, НФ/ЗО має обслуговувати кваліфікований персонал задля забезпечення її тривалої функціональності.

Відтак на місцевому рівні має бути наявна підтримка після здійснення продажу та на об’єкті через дистриб’ютора або виробника. Задля мінімізації забруднення та утворення накипу часто використовуються засоби для боротьби з утворенням накипу та інші хімікати. Строк експлуатації мембрани може сягати до 5 років, перш ніж її потрібно буде заміняти.

Здоров’я та безпека

Усунення вірусів, бактерій, лямблій та криптоспородій варіюється від 2-log (99%) до 4-log (99,99%) і вище. Експлуатація ЗО потребує використання потенційно небезпечних хімікатів, наприклад, кислот та лугів. Потрібні належне транспортування, зберігання та навчання із метою забезпечення безпеки оператора та громадськості. Найбільш поширені загрози пов’язані з роботою на висоті, шумом та хімікатами, контактом з обладнанням, яке обертається, електроенергією, речовинами під високим тиском та пожежами. Відходи (концентрат та використані засоби для очищення) потрібно утилізувати у безпечний, екологічно прийнятний спосіб, оскільки вони містять концентровані забрудники.

Витрати

Загалом НФ/ЗО є дуже дорогою технологією. Мобільні установки ЗО потужністю у 1 000 – 2 000 літрів на годину коштують від 10 000 до 100 000 доларів США залежно від виробника та конфігурації. Витрати на транспортування можуть бути високими залежно від місця розташування. Операційні витрати також є високими через потребу в енергії, особливих хімікатах, заміні патронного фільтру та кваліфікованих операторах.

Соціальні та екологічні аспекти

Через складність обладнання та експлуатації потрібні спеціалізовані, компетентні та висококваліфіковані оператори, яких може не бути у відповідній місцевості. Вода має ніякий смак, що може призвести до її неприйняття користувачами. НФ та ЗО продукують концентрований соляний розчин як відходи, який є шкідливим для водного середовища. Обидві системи споживають багато енергії. Коли в якості джерела енергії використовується викопне паливо, спостерігається високий викид вуглекислого газу.