Файл: Челябинский филиал федеральное государственное автономное образовательное учреждение.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 179
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
37
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3.2.3
Конфигурация установок обратного осмоса
В процессах обратного осмоса используются две базовые конфигурации потоков: а) однопроходная (прямоточная) система и б) система с рециркуляцией.
В прямоточной установке исходная вода однократно проходит через напорный канал мембранного аппарата (или аппаратов, если их несколько), в циркуляционном – многократно, для чего преду- смотрен специальный циркуляционный контур с насосом. Циркуля- ционные установки применяются, когда крайне необходимо обеспе- чить высокую скорость потока в напорном канале.
По организации потока разделяемой смеси различают секцио- нированные и несекционированные установки. В секционированных установках все мембранодержатели группируются по секциям (кас- кадам), в каждой из которых мембранодержатели соединены парал- лельно, но сами секции (каскады) соединены последовательно.
Секционирование позволяет поддерживать среднюю линейную ско- рость потока в напорном канале мембранодержателей на одном до- статочно высоком уровне благодаря тому, что по мере сокращения расхода разделяемой смеси из-за перехода части потока в пермеат соответственно уменьшается число мембранодержателей в секции.
Это дает возможность увеличить гидравлический КПД схемы.
Обычно хватает двух секций для достижения рекавери до 75%, три секции используются для высокого рикавери 87.5%.Ниже приведена схема трехсекционной установки осмоса:
38
По числу ступеней установки подразделяются на одноступен- чатые и многоступенчатые. При этом под ступенью понимается часть технологической схемы процесса мембранного разделения, в котором происходит однократное проникновение вещества через мембрану. Многоступенчатые установки используются, когда одно- ступенчатый процесс не обеспечивает выполнения требований к ка- честву разделения. Ниже приведена схема двухступенчатой схемы очистки:
Очень часто в водоподготовке используется двухступенчатая схема обратного осмоса, особенно в случае использования финиш- ной доочистки воды на электродеионизационной установке. Вторая ступень используется в качестве барьерной, т.к. при проскоке солей через первую ступень электродеионизация не способна удалить все соли при высоком солесодержании поступающей на нее воды, и ка- чество вырабатываемой воды ВПУ резко ухудшается. Концентрат второй ступени осмоса чаще всего возвращается на вход первой
39 ступени, потому что его качество обычно лучше, чем в исходной во- де.
Установка обратного осмоса в промышленном исполнении вы- глядит так:
3.2.4.
Факторы, снижающие концентрационную поля-
ризацию
В процессе обратного осмоса через мембрану переходит пре- имущественно вода, а молекулы либо ионы растворенных веществ задерживаются в той или иной степени. Это приводит к повышению их концентрации у поверхности мембраны. Повышение концентра- ции происходит до тех пор, пока поток растворенного вещества от мембраны в раствор за счет молекулярной или конвективной диф- фузии не станет равным тому потоку, который подводится из рас- твора к мембране вместе с потоком раствора, формирующим пер- меат (явление концентрационной поляризации КП).
40
В промышленных, опытных и лабораторных установках обрат- ного осмоса мы встречаемся с тремя основными случаями влияния гидродинамических условий на КП:
Первый случай относится к мембранам с малой удельной про- изводительностью – порядка 1 л/м
2
·час и меньше. Здесь КП близка к единице (пунктирная линия на графике) при любой величине крите- рия Рейнольдса Re. Это объясняется тем, что в условиях малой удельной производительности концентрации у мембраны и в объе- ме разделяемого раствора практически выравниваются уже за счет молекулярной диффузии. Второй случай типичен для мембран с удельной производительностью порядка 10-30 л/м
2
·час. Здесь КП при малых значениях Re имеет существенную величину, но, увели- чивая Re, ее можно свести практически к единице. И, наконец, тре- тий случай относится к мембранам с высокой удельной производи- тельностью – около 40 л/м
2
·час. В условиях реальных промышлен- ных установок с такими мембранами не удается обеспечить гидро- динамические условия, при которых влияние концентрационной по- ляризации было бы нейтрализовано, и даже в развитом турбулент- ном потоке КП значительна и оказывает существенное влияние на селективность и удельную производительность.
41
Говоря в целом об особенностях концентрационной поляриза- ции в обратном осмосе, следует отметить, что ее влияние на наблюдаемую селективность особенно заметно при разделении разбавленных растворов, поскольку при этом наиболее высокая удельная производительность. Напротив, влияние на удельную производительность более значительно при высоких концентрациях растворенного вещества, так как даже при меньшей КП более за- метным становится увеличение осмотического давления и умень- шение доли свободной воды у поверхности мембраны.
Способы, которые снижают явление концентрационной поля- ризации, можно подразделить на три группы:
1. Перемешивание (за счет увеличения скорости потока);
2. Изменение конфигурации межмембранных каналов;
3. Повышение температуры.
Снижение селективности и удельной производительности мембран не исчерпывает отрицательное воздействие концентраци- онной поляризации в обратном осмосе. Очень часто именно из-за нее происходит выпадение на мембране осадков малорастворимых соединений, загрязняющих мембрану и увеличивающих внешнее диффузионное сопротивление, обусловленное собственно явлени- ем концентрационной поляризации. Именно концентрационная по- ляризация создает предел для роста удельной производительности при усовершенствовании технологии получения мембран.
3.2.5
Загрязнение мембран обратного осмоса
Загрязнение мембраны обратного осмоса возникает, когда труднорастворимые соли сконцентрированы в обратноосмотиче- ском элементе в количестве выше их предела растворимости. Труд-
42 норастворимые соли в порядке уменьшения проблем с отложения- ми:
CaCO
3
> CaSO
4
>
Силикаты > SrCO
3
> BaSO
4
> SrSO
4
> CaF
2
>
CaSiO
3
> MgSiO
3
> Ca
3
(PO4)
2
> Fe(
ОН)
2
Загрязнение обратноосмотической мембраны - это нормаль- ное явление, так как предочистка входящей воды до обратноосмо- тической мембраны в основном проектируется, чтобы как можно больше уменьшить загрязняющие вещества, но технически не мо- жет удалить их все. Нормальным считается межпромывочный пери- од для мембран первой ступени осмоса 1 раз в полгода/год, для мембран второй ступени 1 раз в год/два года. При более частых хи- мических промывках мембран необходимо проанализировать каче- ство эксплуатации и правильность проектирования предочистки, т.к. в основном именно это является причиной заноса мембран осмоса.
В редких случаях ошибки в работе самой обратноосмотической си- стемы, например, слишком высокое рекавери, и нарушения систем химического дозирования, могут закончиться загрязнением мембра- ны осмоса.
Элементы следует немедленно очистить, если обнаружен один из следующих признаков:
-
Потеря от 10 до 15% уровня нормализованного потока пер- меата;
-
Уменьшение на 0,5% в удалении солей;
-
Дифференциальное давление ΔP (входящее давление – давление концентрата) возрастает на 15 % от исходных условий
(начальное функционирование устанавливается в течение первых
24 -
48 часов работы).
Нормализованный уровень потока пермеата можно рассчитать следующим уравнением:
43
Q
N
= нормализованный поток пермеата
Q = измеренный (фактический) уровень потока пермеата
P
o
= начальное рабочее давление
P = фактическое рабочее давление
ΔP
o
= начальное дифференциальное давление
ΔP = фактическое дифференциальное давление
P
po
= начальное давление пермеата,
P
p
= фактическое давление пермеата
π
0
= начальное осмотическое давление,
π = фактическое осмотическое давление
TCF
o
= начальный поправочный температурный коэффи- циент
TCF = фактический поправочный температурный коэффициент
3.2.6
Технология очистки мембран обратного осмоса.
Технология химической очистки мембран обратного осмоса:
- залить в емкость установки химмойки необходимое количе- ство пермеата и добавить необходимый реагент, затем провести рециркуляцию воды в баке до полного растворения реагента;
-
Сдренировать воду из очищаемого модуля для предотвра- щения разбавления моющего раствора:
-
Закачать моющий раствор в мембранодержатели до полного вытеснения остатков воды из мембранодержателя;
-
Открыть полностью клапан на концентрате и включить рецир- куляцию моющего раствора без выхода пермеата на 30-60 минут.
44
Для мембранодержателей 2,5 дюйма расход должен составлять 1,1 м
3
/ч, для 4 дюйма расход должен составлять 2,3 м
3
/ч, для 8 дюймов расход должен составлять 9 м
3
/ч на каждый мембранодержатель;
-
Если моющий раствор становится мутным или цветным, рас- твор дренируют и начинают процесс снова со свежеприготовленным моющим раствором. Необходимо проверять pH во время кислотной очистки. Кислота расходуется, когда она растворяет неорганические осадки. Если pH увеличивается более чем на 0,5 pH единиц, необ- ходимо добавить кислоты;
-
Выключить насос и подвергнуть элементы замачиванию. Для слабого загрязнения достаточно около 1 часа. Для сложного загряз- нения необходим период замачивания до 10-15 часов;
-
Включить циркуляцию моющего раствора с вышеприведен- ным уровнем расхода в течение 30-60 минут;
-
Сдренировать использованный моющий раствор из системы.
Проанализировать образец использованного раствора для опреде- ления типа и количества веществ, удаленных из мембранных эле- ментов. Результаты могут говорить о степени очистки и причинах загрязнения.
-
Промыть мембрану пермеатом с температурой не менее 20˚С
(
чтобы предотвратить отложение осадков) от остатков моющего раствора с дренированием пермеата.
Для различных загрязнений применяются различные реагенты.
В таблице приведены возможные очищающие химикаты в зависи- мости от типа отложений:
45
Если есть подозрения на заражение системы RO бактериями или грибками, например слизистое скопление или гнилой запах, по- сле очистки следует произвести дезинфекцию. Процедура такая же, как при химической очистке, кроме стадии высокого потока подачи насосом.
Обычно используемые дезинфицирующие средства - фор- мальдегид, перекись водорода, перуксусная кислота и хлор.
Эффективная концентрация формальдегида находится в диа- пазоне от 0,5 до 3 %. Следует быть осторожным при обращении с этим химикатом, так как он считается канцерогеном.
400 мг/дм
3
раствор перуксусной кислоты (с добавлением пе- рекиси водорода 2 мг/дм
3
) может использоваться для дезинфекции
RO системы. Биоцидная эффективность перуксусной кислоты намного выше, чем перекиси водорода. Рекомендовано только пе-
46 риодическое использование, так как непрерывный контакт с этой концентрацией может повредить мембрану.
Перекись водорода не более 0,2% с корректировкой pH до 3 гарантирует оптимальный биоцидный эффект и минимальный ущерб мембраны. Если щелочная очистка предшествовала дезин- фекции, рекомендуется ополаскивание кислотой обоих сторон мем- браны. Следует учесть, что перекись водорода может воздейство- вать на мембрану агрессивнее при температуре выше 25 ˚С и при наличии переходных металлов, как например железо или марганец.
Мембраны осмоса могут выдержать краткосрочный контакт со свободным хлором. Однако может возникнуть возможная деграда- ция через 200-1000 часов воздействия 1 мг/дм
3
хлора. Поэтому хлор не рекомендуется для дезинфекции мембраны, но может использо- ваться при предочистке RO элементов.
Мембраны осмоса не должны находиться в простое больше
24-
72 часов (в зависимости от рекомендаций производителя). Реко- мендуется включать в работу резервные модули установки через каждые 24 часа на 10-20 минут для предотвращения биологического обрастания. Если возникает необходимость остановить установку на период больше 24 часов, то ее необходимо законсервировать по схеме химпромывки путем прокачки в течение 30 минут раствора 1
% бисульфита натрия и 0,5 % формальдегида. В течение всего пе- риода консервации необходимо контролировать рН раствора. При его снижении до 3,0 ед. и ниже необходимо повторить консервацию.
В любом случае 1 раз в месяц необходимо обновлять консервиру- ющий раствор. Законсервированную установку необходимо обере- гать от замерзания, а также следить, чтобы температура не превы- шала 45 ˚С. После консервации необходима работа установки в те-