Файл: Челябинский филиал федеральное государственное автономное образовательное учреждение.pdf

110 вдоль мембраны. В противном случае возможно образование на по- верхности мембраны осадков;
-
Недостаточно изучены условия мойки рулонных электроде- ионизационных модулей, производителем также не дается четких инструкций для их проведения.
Промышленные установки электродеионизации обычно вклю- чают в себя несколько модулей, собранных параллельно:
При эксплуатации установки ЭДИ один раз в год проводится химическая промывка ячеек ЭДИ раствором едкого натра. Это обу- словлено тем, что, несмотря на высокую степень очистки воды пе- ред подачей ее на ЭДИ, некоторое количество органики может при- никать в модуль, а также имеет место отложение мертвой биомас- сы. Поэтому необходима регулярная санитарная обработка раство- ром с высоким значением рН. Так как в схеме обратного осмоса предусмотрены блоки приготовления и дозирования раствора
NaOH, то целесообразно использовать их также для промывки яче- ек ЭДИ. Для промывки используют 1% раствор NaOH + 5%NaCl.
Даже небольшая жесткость может создать достаточно отложе- ний в концентрационной и катодной камерах ЭДИ системы. Эти от- ложения могут быть растворены путем циркуляции раствора с низ- ким рН. Для этих целей предусмотрена кислотная чистка соляной кислотой. Для промывок используют HCl 1,8%.

111
Санитарная обработка блока электродеионизации должна проводится периодически с использованием надуксусной кислоты.

112
6.1
Обоснование выбора технологии водоподготовки.
Капитальные затраты на строительство обратноосмотической установки практически прямо пропорциональны ее производитель- ности. Исключение составляют установки небольшой (10-20 м
3
/ч) производительности, когда стоимость выработки 1 м
3
обессоленной воды резко возрастает. Стоимость установки ионного обмена (как наиболее широко распространѐнная до последнего времени техно- логия) зависит не только от производительности установки, но и от солесодержания исходной воды. Таким образом, строить установки небольшой производительности, работающие на слабосоленых во- дах, выгодней на ионном обмене, а установки большой производи- тельности и на высокоминерализованной воде – с помощью мем- бранных технологий. Ниже приведены примерные уровни капиталь- ных затрат на одноступенчатую обратноосмотическую установку и одноступенчатую ионообменную установку:
Следует отметить, что в последнее время стоимость установок обратного осмоса неуклонно снижается из-за развития технологий и усиления конкуренции между производителями мембран, тогда как

113 стоимость установок ионного обмена находится примерно на одном уровне. Так, еще в начале 2000-х годов экономически целесообраз- но было использовать обратный осмос для вод с солесодержанием выше 400 мг/л, тогда как в настоящее время экономическая целесо- образность применения осмоса начинается от 100 мг/л.
Второе отличие обратного осмоса от ионного обмена – это вы- сокое водопотребление установкой и большой объем сточных вод, которые практически не зависят от солесодержания воды:
Это следует также учитывать при выборе метода очистки во- ды. При этом засоленность стоков обратного осмоса на порядки меньше, чем у установок ионного обмена, что крайне благоприятно отражается на экологии. В настоящее время мембранная техноло- гия очистки воды является самой наилучшей с точки зрения эколо- гии.
В случае технико-экономического обоснования мембранных технологий начинается проектирование установки. Одним из осно- вополагающих элементов проектирования установки мембранной очистки воды является выбор производителя мембран, т.к. установ- ка может использовать мембраны только того производителя, кото-

114 рые заложены проектом (в особенности это касается ультрафиль- трационных мембран).
Качество мембран определяется не только их гидравлически- ми характеристиками, механической, термической и химической стойкостью, высокими производительностью и селективностью, но и, самое главное, способностью сохранять эти параметры постоян- ными в течение всего срока эксплуатации. Нормальный срок экс- плуатации мембран ультрафильтрации составляет около 3-5 лет, мембран осмоса 5-7 лет, мембран дегазации 5 лет, модулей элек- тродеионизации 5 лет.
Модули тоже должны обладать рядом свойств: легкозаменяе- мостью в системах очистки, прочностью корпуса, герметичным креплением, большой поверхностью фильтрации, обеспечивающей необходимую скорость фильтрования, отсутствием застойных зон.
Практика показывает, что в начале эксплуатации параметры могут быть одинаковыми у мембран широкого круга производите- лей. А вот выпускать долговечные мембраны с характеристиками, соответствующими лучшим образцам в течение всего срока службы, под силу не всем производителям. И даже значительное снижение цены на мембранные модули не может компенсировать ухудшение их качества.
6.2 Проектирование установок основанных на мембран-
ных технологиях
Проектирование установок, основанных на мембранных техно- логиях, в основном ведется с помощью специализированных ком- пьютерных программ. Например, для проектирования обратного ос- моса компания Dow Chemical использует программу ROSA, компа- ния Inge для проектирования ультрафильтрации программу Inge

115
System Design
, компания IONPURE для проектирования использует программное обеспечение IP-PRO2005.
Т.к. производительность мембранных установок очистки воды сильно зависит от температуры, то перед ними обычно устанавли- вается подогреватель исходной воды (до 20-25 °С). В редких случа- ях при достаточном технико-экономическом обосновании подогре- ватели отсутствуют.
6.2.1 Проектирование узла предочистки
Проектирование обратноосмотической обессоливающей уста- новки начинается с узла предочистки. Стандартным решением предочистки для обратного осмоса является ультрафильтрация.
Присутствие крупных частиц в подаваемой на установку уль- трафильтрации воде может привести к необратимому обрастанию капилляров или повреждению мембраны или волокон мембраны.
Поэтому большие частицы грязи необходимо удалять с помощью сетчатых или дисковых самопромывных фильтров, установленных перед модулями ультрафильтрации. Дисковые фильтры имеют ряд преимуществ перед сетчатыми: они обеспечивают более надежную фильтрацию потока и более высокую эффективность очистки.
Для лучшего отделения мелкой взвеси и органических ве- ществ на мембранах ультрафильтрации используется прямоточная коагуляция исходной воды. В качестве коагулянта используется в основном оксихлорид алюминия, но могут использоваться и другие коагулянты на основе алюминия или железа – сернокислый алюми- ний, сернокислое или хлорное железо. В противоположность оса- ждению и глубокой фильтрации, при которых должны образовы- ваться макрохлопья коагулянта, имеющие больший размер, для ультрафильтрации требуется только коагуляция, после которой об- разуются микрохлопья. Большим преимуществом при этом является

116 снижение необходимого количества коагулянтов и минимальное ко- личество образующегося осадка. Время контакта коагулянта с водой должно составлять от 30 до 60 секунд. В том случае, если суще- ствующий трубопровод не может обеспечить достаточное время контакта коагулянта с водой 30-60 секунд, можно установить кон- тактную емкость для увеличения времени контакта коагулянта.
Установка сетчатых или дисковых фильтров предварительной очистки после точки дозирования коагулянта может привести к об- растанию или забиванию осадком этих фильтров. Поэтому реко- мендуется устанавливать фильтр предварительной очистки до установки дозирования коагулянта.
Для обеззараживания исходной воды и подавления биологи- ческого загрязнения установки могут применяться несколько спосо- бов:
- обработка исходной воды гипохлоритом натрия;
- обработка исходной воды озоном;
- обработка исходной воды ультрафиолетовым излучением.
Преимуществом обработки гипохлоритом и озоном являются пролонгированный эффект обработки – очищенная вода содержит некоторое остаточное количество реагента и вплоть до узла его нейтрализации защищена от биологического заражения. Однако имеются и минусы такого решения - необходим узел нейтрализации
(с помощью дозирования метабисульфита натрия), необходимо осуществлять контроль над работой этого узла, при нарушениях в его работе есть риск повреждения мембран обратного осмоса. Кро- ме того, вводятся в воду дополнительные реагенты.
Обработка воды ультрафиолетовым излучением с длиной волны 265 нм лишена этих недостатков, но отсутствует пролонгиро- ванный эффект обработки – т.е. если в бак ультрафильтрата про-

117 никла микробиология, то произойдет его заражение и потребуется периодическая санация оборудования.
Рекомендуется организовать три узла дозирования химреаген- тов (едкий натр, кислота и гипохлорит натрия) CEB для каждой стой- ки ультрафильтрации. Узлы дозирования должны быть расположе- ны как можно ближе к стойкам мембран. Разумнее разместить узел дозирования кислоты как можно дальше с напорной стороны систе- мы. Любой осадок, который скапливается далее по потоку, может быть удален дозированием кислоты. Важно обеспечить надлежа- щее перемешивание химреагентов в потоке воды (при необходимо- сти следует использовать устройства для смешивания). Такая си- стема имеет множество преимуществ перед использованием одного узла дозирования для всех стоек ультрафильтрации:
- снижает объем воды, который необходимо заменять при до- зировании и промывке, уменьшая, таким образом, время дозирова- ния;
- позволяет избежать смешивания различных химреагентов в трубопроводах обратной промывки, что, в ином случае, могло бы произойти при выполнении двух СЕВ подряд для двух разных бло- ков;
- снижает расход химреагентов и обеспечивает повышенные скорости восстановления, поскольку используется меньшее количе- ство воды;
- упрощает систему управления.
6.2.2
Проектирование установок обратного осмоса
После предварительной очистки, обработанная входящая вода поступает на мембраны обратного осмоса. Цель эффективного про- ектирования RO системы для требуемого потока пермеата – это ми- нимизировать входящее давление и количество мембранных эле-

118 ментов, а также получить максимально возможное удаление солей и гидравлический КПД установки (рекавери). На оптимальную схему влияют некоторые аспекты (например, рекавери против количества мембран), которые связаны с рабочими параметрами. Необходимое удаление солей обычно достижимо, но рекавери, которое в основ- ном определяется потоком пермеата, зависит от многих факторов.
Проектирование RO системы начинается с расставления по приоритетам важности таких параметров как поток пермеата и ра- бочих параметров, которые следуют за оптимизацией параметров с физическими ограничениями, связанные с RO мембраной, и каче- ством входящей воды, которая обладает склонностью к отложениям и загрязнениям. Например, рекавери систем для очистки солонова- тых вод (BW мембраны) ограничивается до 88 % растворимостью труднорастворимых солей и возможностью коллоидного загрязне- ния входящей воды. С другой стороны, в опреснении морской воды
(SW мембраны), достижимый рекавери от 30% до 45% большей ча- стью ограничен осмотическим давлением потока концентрата, по- скольку типичный морской водный элемент устойчив только до 69 кгс/см
2
Таким образом, главные факторы, влияющие на проектирова- ние системы для очистки морской воды – это осмотическое давле- ние и физическая устойчивость SW элементов, в то время как, на проектировании системы для очистки солоноватой воды влияет по- тенциал к загрязнениям и отложениям во входящей воде. Отсюда, системы для очистки морской воды могут быть легко построены, проектируя уровень потока пермеата в пределах двух факторов с минимальным вниманием на способность к загрязнению и отложе- ниям в морской воде. Обычное рекавери морской воды от 30 до 40% может быть получено при использовании одноуровневых систем.