Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

В статье представлен обзор современных методов переработки концентратов обратного осмоса. Рассмотрены особенности состава концентратов и объемы их образования в мировых масштабах. Проанализированы риски, связанные с неправильной утилизацией концентратов. Представлены инновационные технологические решения.

Ключевые слова: обратный осмос, концентрат обратного осмоса, утилизация концентрата

Введение

Обратный осмос (ОО) обеспечивает до 70 % мировой мощности опреснения. Вместе с тем он сопровождается образованием концентратов, объём которых превышает количество получаемой пресной воды. По данным Международной ассоциации по опреснению (IDA), мировая производительность систем обратного осмоса составляет порядка 109 млн м./сут пермеата, при этом объём концентратов достигает 150–160 млн м./сут. Концентраты содержат соли, органические добавки (антискаланты, биоциды), а также ценные элементы (Li, Mg, B, Sr, Br). Неправильная переработка концентратов создает риски для экосистем, поэтому разработка методов утилизации приобретает стратегическое значение.

Принцип опреснения методом обратного осмоса

Принцип работы системы обратного осмоса основан на прохождении загрязненной воды через полупроницаемую мембрану, что позволяет эффективно удалять загрязнения и получать очищенную воду. Схема очистки морской воды представлена на рис. 1.

Состав концентратов

В таблице 1 представлены данные состава исходной воды и концентрата после опреснения для мирового океана, Персидского залива и морей России. Исходная вода содержит в основном ионы хлора и натрия, а также магний, кальций, калий и сульфаты. После опреснения количество растворенных веществ в концентрате значительно возрастает, что отражает процесс удаления пресной воды и накопления минеральных компонентов. Концентраты содержат в 1,5–2 раза больше растворённых веществ, чем исходная вода, что делает их прямым источником вторичного загрязнения, но также и потенциальным сырьём для химической промышленности.

Экологические риски

Получение концентратов в больших количествах

Рис. 1. Схема обратного осмоса

Таблица 1 Сводная таблица составом мирового океана, морей и средняя концентрация солей, образующихся в сбрасываемых концентратах, полученных при опреснении воды на обратноосмотических установках

Объем производства концентратов ОО значительно варьируются в зависимости от области применения, типа водоочистных систем и количества обрабатываемой воды. На крупных промышленных предприятиях, таких как нефтеперерабатывающие заводы, химические производства, электростанции и крупные опреснительные установки, объемы концентратов могут достигать сотен или тысяч кубометров в сутки. В регионах с высоким содержанием солей или жесткой воды объем концентратов может быть выше, из‑за необходимости более интенсивной очистки. С увеличением масштабов опреснения растет и общий объем концентратов, что создает экологические проблемы по их утилизации и переработке. В связи с этим развивается направление по снижению объемов отходов и их переработке для повторного использования. По данным IDRA и DesalData, в мире уже существует около 22 000 опреснительных установок, а установленная мощность приближается к 109 млн м./сутки, обеспечивающих водоснабжение около 300 млн человек [1]. Рынок систем на базе обратного осмоса демонстрирует стабильный рост с прогнозируемым среднегодовым темпом (CAGR) ~9,6 % в 2024–2032 гг [2].

Технологии переработки концентратов

Современные подходы к переработке концентратов обратного осмоса включают широкий спектр технологий — от традиционных выпарных методов до передовых мембранных и гибридных решений. Каждая из технологий имеет свои преимущества и ограничения, определяемые как техническими параметрами (глубина концентрирования, энергоёмкость, селективность), так и экономическими факторами (стоимость энергии, доступность оборудования, рыночный спрос на продукты переработки). В таблице 2 представлен сравнительный анализ наиболее распространённых и перспективных технологий утилизации концентратов, отражающий их стадию развития, сильные стороны, ограничения и примеры практического применения.

Перспективы развития

Будущее переработки концентратов связано с четырьмя ключевыми направлениями:

• Извлечение лития, магния и других элементов, востребованных в аккумуляторной и металлургической промышленности [5].

• Интеграция с возобновляемыми источниками энергии (солнечные башни, геотермальные источники, утилизация тепла промышленных процессов) для снижения углеродного следа [6].

• Цифровизация и применение ИИ для оптимизации потоков, снижения энергозатрат и прогнозирования обрастания.

• Гибридные мембранные технологии (MDC, OARO, EDBM), которые рассматриваются как наиболее перспективные решения на горизонте 10–15 лет [7–8].

Таблица 2 Сравнительный анализ технологий переработки концентратов обратного осмоса

Заключение

Основная проблема переработки концентратов обратного осмоса связана с их высокой минерализацией и содержанием компонентов, которые не допускаются к сбросу в водоёмы, в том числе рыбохозяйственные. Вместе с тем концентраты содержат следовые количества ценных компонентов (литий, бор, бром, стронций и др.), однако их прямое извлечение на текущем уровне технологий остаётся экономически нецелесообразным. Для увеличения концентрации ценных солей применяются методы дополнительного концентрирования (выпаривание, кристаллизация), однако они связаны с высокими энергозатратами и ростом эксплуатационных расходов. Повышение эффективности возможно за счёт интеграции процессов утилизации с возобновляемыми источниками энергии (солнечная, геотермальная, вторичное тепло промышленных процессов). Экономическая целесообразность переработки концентратов определяется тремя факторами: состав исходного рассола, рыночная конъюнктура на целевые продукты, стоимость энергии. При грамотной организации технологической схемы и наличии дешёвой «зелёной» энергии переработка концентратов может быть не только экологически оправданной, но и экономически выгодной. Таким образом, утилизация концентратов обратного осмоса является ключевым шагом к созданию замкнутых водных циклов, при которых вода и минеральные ресурсы максимально возвращаются в оборот. Это формирует основу для стабильного развития систем опреснения и промышленной водоподготовки, отвечающих современным экологическим и экономическим требованиям.

Автор: SEVERIN DEVELOPMENT

Журнал: ВОДООЧИСТКА № 10, 2025

Библиографический список

• 1. https://idadesal.org/ (дата обращения 09.10.2025)

• 2. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/water-desalination-equipment-market (дата обращения 09.10.2025)

• 3. Hugo Valdes, Aldo Saavedra, Marcos Flores, Ismael Vera-Puerto, Hector Aviсa, Marisol Belmonte. Reverse Osmosis Concentrate: Physicochemical Characteristics, Environmental Impact, and Technologies// Membranes (Basel). — 2021. №11 (10):753. DOI: 10.3390/membranes11100753

• 4. Ta-Kang Liu, Haw-Yang Sheu, Chung-Ning Tseng. Environmental impact assessment of seawater desalination plant under the framework of integrated coastal management// Desalination. — 2013. №326:10–18/ DOI:10.1016/j. desal. 2013.07.003

• 5. https://scraptraffic.com/blog/etot-startap-xocet-proizvodit-v-ssa-magnii-iz-morskoi-vody (дата обращения 09.10.2025)

• 6. Gude V. G. Energy storage for desalination processes powered by renewable energy and waste heat sources// Applied Energy. — 2015. V. 137, pages 877–898

• 7. Ahamefula A. Ahuchaogu, Okonkwo Joseph Chukwu, A. I. Obike1 Chitua E. Igara, Innocent Chidi Nnorom, John Bull Onyekachi Echeme. Reverse Osmosis Technology, its Applications and Nano-Enabled Membrane// International Journal of Advanced Research in Chemical Science (IJARCS). — 2018. V. 5, Issue 2, pages 20–26 DOI: http://dx. doi.org/10.20431/2349–0403.0502005

• 8. Ifeanyi Augustine Uwaoma, Olusegun Abiodun Balogun. Review on advanced techniques in zero liquid discharge water desalination via humidification-dehumidification within thermally-driven transport reactors// World Journal of Advanced Research and Reviews. — 2024, 23 (03), pages 1568–1579 DOI: 10.30574/wjarr. 2024.23.3.2498 URL-адрес DOI: https://doi.org/10.30574/wjarr. 2024.23.3.2498