Приложение. Методика определения коллоидного индекса воды
Терминология
НПК «Медиана-фильтр» представляет современные системы очистки воды и водоподготовки:
Назначение коллоидного индекса
Сущность метода
Необходимое оборудование:
1. Мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм диаметром 47 мм.
2. Фильтродержатель для мембранного фильтра диаметром 47 мм.
4. Градуированная на 500 мл емкость.
5. Система поддержания давления 2,1 атм с необходимым оборудованием (вентили, манометры, редукторы и др.).
Требования к оборудованию:
Все соединительные элементы должны быть изготовлены из пластика или нержавеющей стали для предотвращения коррозии. Размеры фильтра должны строго соответствовать размеру посадочного места в фильтродержателе. Фильтродержатель должен выдерживать давление до 3,5–4 атм. Приобретать фильтры и фильтродержатели рекомендуется у одного и того же производителя.
Рис. П5.1. Схема установки для определения коллоидного индекса.
Е1 – емкость с исследуемой водой; ОК – обратный клапан; Н — насос; Др – дроссель; Р – редуктор; М – манометр; В – регулировочный вентиль; Ф – фильтродержатель с мембранным фильтром 0,45 мкм; Е2 – мерная емкость для сбора фильтрата
Рис. П.5.2. Установка для определения коллоидного индекса производства «НПК Медиана-Фильтр»
Процедура измерения коллоидного индекса
Перед проведением измерений, промойте исследуемой водой все оборудование, для чего заполните емкость Е1 на 2/3 объема и слейте всю воду в дренаж, запуская насос в работу. Перед проведением измерений запишите производителя фильтра и его номер, затем, наполните емкость Е1 тестируемой водой и измерьте ее температуру.
Измерения коллоидного индекса проводят при постоянном давлении на мембранном фильтре. Для подержания давления на постоянном уровне необходимо: закрыть вентиль; включить насос и настроить (по показанию манометра) редуктор на поддержание стабильного давления на выходе 2,1±0,1 атм. Контролируйте поддерживаемое давление на протяжении всего теста.
Отключите насос. Откройте фильтродержатель и установите в него мембранный фильтр с рейтингом 0,45 мкм. Обращайтесь с фильтром очень осторожно во избежание его разрыва. Избегайте прикосновений пальцами к поверхности мембранного фильтра, используйте пинцет во время манипуляций.
Убедитесь в правильности размещения фильтра и вспомогательных частей фильтродержателя. С помощью пипетки смочите фильтр водой, подождите пока мембрана не набухнет и плотно закройте фильтродержатель.
Запустив насос и приоткрыв вентиль, кратковременно подайте в фильтродержатель испытываемую воду для его заполнения, и выпустите попавший внутрь воздух путем открытия спускного крана в верхней части фильтродержателя.
Откройте вентиль полностью и измерьте временя t 0 необходимое для протекания через фильтр 500 мл воды (заполнения мерной емкости Е2).
Если используется фильтр другой площади и первый мерный объем был не 500 мл, в дальнейшем измеряйте время фильтрования только такого же объема.
Расчеты
Коллоидный индекс рассчитывается по формуле:
,
где Т – общее время фильтрования в минутах (обычно 5, 10 или 15 минут); t 0 – время отбора 500 мл воды в начале эксперимента; t T – время отбора 500 мл воды через Т минут фильтрования.
В настоящее время в различных изданиях стали использоваться термины и понятия, не соответствующие принятым в отечественной химии, химической промышленности, энергетике, водоподготовке. Часто используются термины, являющиеся прямым переводом из зарубежных источников, такие как » карбоновый фильтр», «седиментационный фильтр», «стейджер», «солевой фидер», и т.д. В связи с возникшей ситуацией, предлагаем вашему вниманию словарь терминов и выражений, который поможет Вам разобраться с проблемами в водоподготовке.
Галлон Единица измерения объема жидкости; Американский галлон имеет объем 231 кубический дюйм или 3,78533 литра; Британский (Имперский) галлон имеет объем 277,418 кубических дюйма или 4,54596 литра.
Катион – положительно заряженный ион.
Накипь – отложения минеральных твердых веществ на внутренних поверхностях водопроводов и емкостей, зачастую формируемые при нагревании воды, содержащей карбонаты или бикарбонаты кальция и магния.
Постоянная жесткость – жесткость воды, вызванная присутствием хлоридов и сульфатов кальция и магния, которые не осаждаются при кипячении. Данный термин зачастую заменяется на «noncarbonate hardness» (некарбонатная жесткость).
Полировка, доочистка – процесс дальнейшей доочистки воды, получаемой после установок кондиционирования.
Полисульфон (PS) – синтетический полимер, использующийся при изготовлении мембран для обратного осмоса и ультрафильтрации, который характеризуется высокой степенью термостойкости и химической стойкости.
Полупроницаемость – свойство материала мембран для обратного осмоса или ультрафильтрации, которое определяет возможность проникновения через мембрану одних молекул и ионов и предотвращает прохождение других.
Пропускная способность (емкость) Выражение количества нежелательного вещества, которое может быть удалено кондиционером воды в период между его обслуживанием, т.е. очистки, регенерации или замены, как определено при стандартных испытательных условиях. Для ионообменников умягчителей воды, пропускная способность выражается в гранах (0,0648 грамм) жесткости между последовательными регенерациями и связана с фунтами (453,59 грамм) соли, используемой при регенерации. Для фильтров, пропускная способность может быть выражена в отрезке времени или объеме воды, проходящей через фильтр между процедурами сервисного обслуживания.
Регенерация – восстановление. Вообще, регенерация состоит из этапов обратной промывки, промывки рассолом, и промывки пресной водой, необходимых для восстановления характеристик ионообменного наполнителя после его истощения. Особенно, термин соответствует этапу промывки рассолом, при котором раствор хлористого натрия пропускается через ионообменный наполнитель. Термин может также использоваться для подобных операций применительно к деминерализаторам и некоторым фильтрам.
Седиментация – процесс, посредством которого взвешенные вещества отделяются от воды под действием гравитации и осаждаются на дно контейнера или резервуара.
Смола – синтетический органический ионообменный материал, типа высокопроизводительной катионообменной смолы, широко используемой в умягчителях воды.
Стерилизация – физический или химический процесс, который уменьшает число микроорганизмов до необходимого уровня. Она может быть достигнута посредством рутинного проведения нагрева, гамма-облучения, обработки этиленоксидом и, в некоторых случаях, специальной фильтрации. Из вышеперечисленных методов только фильтрация подходит для объёмной дезинфекции воды, и ни один из них не подходит для дезинфекции водоочистительного оборудования, используемого для гемодиализа. Однако один из химических дезинфектантов, включающий в качестве активного компонента надуксусную кислоту, недавно был рекомендован в качестве стерилизующего средства. Этот агент может быть использован для дезинфекции некоторых элементов системы водоснабжения.
Стейджер – распределитель потока. Как аналог – многоходовой вентиль для направления движения жидкости или газа к тому или иному узлу.
Фильтрация – процесс пропускания жидкости через пористую среду с отверстиями определенного размера.
Цветность – оттенок или окраска, приданная воде растворенными веществами, и не удаляемая механической фильтрацией; чаще всего вызвана растворенным органическим веществом, но может быть вызвана и растворенным минеральным веществом.
Природные воды, как правило, содержат целый набор различных загрязнений. Это и механические частицы, и соли тяжелых металлов, и органические молекулы разных размеров, бактерии и вирусы. При создании технологической схемы установки водоподготовки основополагающим являются состав исходной воды и требования заказчика к очищенной воде.
Для многих процессов в теплоэнергетике, химии, электронике требуется вода, содержащая минимальные количества солей, вплоть до сверхчистой, которая их практически не содержит. Нормами на питьевую воду предусмотрено, что солесодержание должно быть менее 1 мг/л. Однако в ряде регионов поверхностные и подземные воды содержат в значительной степени больше солей. Морская вода, составляющая основной запас воды на Земле, содержит от 10 до 40 г/л солей. Для использования таких вод, их подвергают опреснению. Во всем мире для глубокого обессоливания воды наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу мембранных технологий. Они в должной мере обеспечивают получение воды с заданным высоким качеством. Примерами установок мембранных систем являются обратноосмотические установки и ультрафильтрация. Лидирующее положение этих методов укрепляется по мере продолжающегося прогресса в технике изготовления мембран и дополнительного оборудования. Рулонные мембранные элементы, а также материалы и блоки предподготовки стандартизованы и их типоразмеры позволяют проектировать системы водоподготовки производительностью от нескольких десятков литров до сотен кубических метров в час.
Одним из важных факторов, определяющих эффективность мембранных систем водоподготовки, является качество исходной воды. Поскольку низкое качество исходной воды – это основная причина загрязнения мембран в процессе их эксплуатации. Формирование гелиевого слоя или отложение осадков на мембране при ее загрязнении приводят к нарастанию давления в примембранной зоне и снижению потока очищенной воды. Даже микрочастицы с эквивалентным диаметром менее 10 микрон (рейтинг многослойного фильтрования) могут привести к сильному загрязнению мембран. Одним из вариантов их мониторинга является методика определения мутности воды.
Мутность воды — показатель, характеризующий уменьшение прозрачности воды в связи с наличием неорганических и органических тонкодисперсных взвесей, а также развитием планктонных организмов. Причинами мутности воды может быть наличие в ней песка, глины, неорганических соединений (гидроксида алюминия, карбонатов различных металлов), а также органических примесей или живых существ, например, бактерии, фито- или зоопланктона. Также причиной может быть окисление соединений железа и марганца кислородом воздуха, что приводит к образованию коллоидов. Мутность воды определяется через сравнение исследуемой воды со стандартными взвесями. Традиционно в качестве стандартной взвеси использовалась взвесь каолина (глины), а результат измерений выражался в миллиграммах (каолина) на литр. В настоящее время в качестве стандартной применяется взвесь формазина (полимера) при этом мутность измеряют в ЕМ/литр (единицы мутности на литр).
Однако методика мониторинга по параметру мутности, которая определяется по дифракции света взвешенными частицами, может быть недостаточно точной, т.к. микрочастицы слабо рассеивающие свет, все равно зачастую имеют высокую загрязняющую способность. Поэтому в практике проектирования мембранных систем водоподготовки наибольшее распространение получил другой способ тестирования исходной воды, с целью определения ее склонности к образованию осадков:
SDI – индекс является обязательным первичным тестом качества исходной воды, показывающим в самом общем виде вероятность образования осадков коллоидных и взвешенных веществ, загрязняющих поверхность мембранных элементов.
Измерения коллоидного индекса (SDI) проводятся для источников относительно чистой воды, чтобы определить содержание коллоидов, тем самым показывая, насколько быстро мембрана будет загрязнена. Поскольку коллоидные загрязнения значительно различаются по форме и характеру, измерения являются лишь нормативными. Однако этот метод считается наиболее применимым для прогнозирования рисков загрязнения мембран.
Методика его определения основана на замере времени фильтрования заданного объема исходной воды через калиброванную мембрану с диаметром поровых каналов 0,45 мкм при давлении 2 атм (30 psi). Выбор диаметра поровых каналов 0,45 мкм обоснован тем, что величина эквивалентного диаметра микрочастиц 0,45 мкм является переходной от растворенного состояния к взвешенному.
Начинаем краткий цикл бесед о воде, ее химических и физических свойствах, важной роли воды в жизни человека, повседневном, бытовом и производственном ее использовании, экономном потреблении воды. Мы расскажем о передовых технологиях процесса очистки воды, современной технике и оборудованиях.
Оптимизация водно-химического режима ГУП ПЭО «Байконурэнерго»
Как же на практике происходит обследование технологического процесса очистки воды? В качестве примера возьмем ГУП ПЭО «Байконурэнерго», где специалистами ТОО «Asia Water Service» в 2019 году было проведено комплексное обследование системы теплосети.
Запасы воды / Сумен жабдықтау
Объем Мирового океана, по последним данным ученых, составляет 1338 млн. км3, или примерно 96,5% всей воды на Земле. В мировых запасах вода имеет три состояния: жидкое (соленая и пресная), твердое (пресная) и газообразное (также пресная).
Что в будущем?
Население нашей планеты сейчас употребляет около 7–8 млрд. тонн воды каждые сутки. Ученые уверены, что при рациональном использовании водные ресурсы неисчерпаемы.
Техническое обслуживание ВПУ АО «Станция Экибастузская ГРЭС-2»
Предстояло проанализировать показатели качества обессоленной воды в соответствии с требованиями ПТЭ, обеспечить бесперебойную работу оборудования.
Сервисное обслуживание ВПУ станций ТЭЦ-1, 2, 3 АО «Алматинские электрические сети»
Провести исследования для обеспечения бесперебойной и экономичной работы оборудования;
«Обследование водно-химических режимов (ВХР) на энергоблоках №№ 1,2,3 ТЭС ТОО «МАЭК-Казатомпром»
Специалистам предстояло обследовать состояние водно-химического режима (ВХР) с применением реагентов аммиака, гидразингидрата, едкого натра и трилона Б на энергоблоках №№ 1,2, а также состояние ВХР с применением реагента Хеламина, аммиака и едкого натра на энергоблоке № 3.
Водоочистка и водоподготовка
Для чего необходимо проводить водоподготовку и водоочистку? Каждый знает, что это нужно для того, чтобы гарантировать подачу в квартиры или на производство мягкую воду.
Оптимизация водно-химического режима ГУП ПЭО «Байконурэнерго»
Как же на практике происходит обследование технологического процесса очистки воды? В качестве примера возьмем ГУП ПЭО «Байконурэнерго», где специалистами ТОО «Asia Water Service» в 2019 году было проведено комплексное обследование системы теплосети.
Услуги по обследованию водоподготовительной установки Атырауской ТЭЦ
Провести обследование существующей схемы подготовки обессоленной воды химического цеха Атырауской ТЭЦ. Найти возможность оптимизации эксплуатационных расходов. Провести анализ показателей качества воды и параметров работы оборудования
Факты о питьевой воде
Как известно, питьевая вода – это вода, которую мы пьем без опаски ежедневно. Она отличается от минеральных и других столовых вод тем, что в ней находится пониженное содержание солей
Сервисное обслуживание установки обратного осмоса АО «3-Энергоорталык
На АО «3-Энергоорталык» имеется установка обратного осмоса (УОО) ProMinent® Reverse Osmosis Unit Type PRO 50.48.8040 ESPA
Услуги по обследованию схемы предочистки технической воды ТЭЦ-2 АО «Астана Энергия»
В ходе обследования предстояло обеспечить бесперебойную, безаварийную и экономичную работу оборудования входящего в состав установки обратного осмоса.
Очистка и обеззараживание питьевой воды
Вы уже имеете представление, что такое питьевая вода. Давайте выясним, как происходит процесс очистки (осветления) и обеззараживания питьевой воды.
Услуги по наладке режимов работы установок обратного осмоса ТОО «Talas Investment Company
На заводе по производству цианида натрия и сульфата аммония (г. Каратау, Жамбылская область) имеется ВПУ
Установки фильтрации и типы фильтров
Обычно при использовании воды в течение определенного срока характеристики воды ухудшаются
Обследование водно-химического режима котла, конденсатно-питательного тракта, ВПУ на ПТЭС-160 м/р «Жанажол»
Целью выполнения услуги является: обеспечение бесперебойной, безаварийной и экономичной работы оборудования входящего в состав химического цеха
Бутилированная вода или установка очистки воды на дому?
Многие потребители, выбирая питьевую воду, отдают предпочтение бутилированной воде из магазина, считая, что она достаточно качественна и полезна
Техническое и сервисное обслуживание ВПУ 42 (сорока двух) котельных ТОО «Алматытепло коммунэнерго»
В основном ВПУ всех обслуживаемых котельных ТОО «АТКЭ» за отчетный период с 01 по 27 декабря 2018 года работали в штатном режиме. Однако оборудование некоторых котельных требовали срочного ремонта.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ПРЕДПОДГОТОВКИ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Представлены результаты внедрения интегрированных мембранных систем на основе техно логии ультрафильтрации и обратного осмоса в химическом цехе Новочеркасской ГРЭС
Громов С.Л., Ковалев М.П., Сидоров А.Р. ЗАО «НПК Медиана-Фильтр», Лысенко С.Е., Самодуров А.Н. ОАО «Новочеркасская ГРЭС» Пантелеев А.А., ГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ
— установки ультрафильтрации (УУФ),
— установки нанофильтрации (УНФ),
— установки обратного осмоса (УОО),
— установки мембранной дегазации (МДГ),
— установки электродеионизации (ЭДИ).
Основным вопросом, который должен быть решен при использовании интегрированных мембранных технологий в промышленной водоподготовке, является создание системы их комплексной автоматизации, которая обеспечивает длительную и надежную работу всего комплекса водоподготовки при минимальных эксплуатационных затратах. Внедрение интегрированных мембранных технологий позволит создать экологически чистые, безреагентные, ресурсосберегающие системы для получения высокочистой подпиточной воды для предприятий промышленности, тепловой и атомной энергетики, позволит резко сократить объем отходов, направляемых на утилизацию или захоронение, что существенно повышает экологичность и экономичность этих предприятий.
Предподготовка воды перед установками обратного осмоса
Многолетняя практика убедительно доказала, что для установок обратного осмоса одним из главных факторов, от которого зависят показатели надежности и уровень затрат при эксплуатации, является качество питательной воды. Вредное воздействие компонентов, содержащихся в воде, поступающей на установки обратного осмоса, проявляется в засорении активной поверхности мембранных элементов, образованию на них отложений, а также к химической деградации селективного барьерного слоя мембраны. Под засорением («fouling» – для его обозначения также используют термин «отравление») понимают формирование на поверхности мембран осадка, состоящего из частиц и соединений, присутствующих в обрабатываемой воде в нерастворимом состоянии (в виде взвесей и коллоидов); под отложениями («scaling») подразумевают твердую фазу, выпадающую на поверхность мембран при фазовом переходе (кристаллизации) из раствора; деградация барьерного слоя – это процесс, выражающийся в разрыве полиамидных цепей под влиянием окислителей или термической деструкции.
В результате перечисленных выше воздействий снижаются производительность установок обратного осмоса, селективность, гидравлический к.п.д., возрастают эксплуатационные расходы. Производителями мембранных элементов были сформулированы основные критерии, которым должна соответствовать вода, поступающая на установку обратного осмоса. Считается, что для грамотно спроектированной такой системы водоподготовки выполнение приведенных ниже требований позволяет обеспечить достаточный срок эксплуатации мембранных элементов (5–6 лет), при приемлемом уровне расходов, обусловленных частотой проведения химических промывок.
Основные технические требования к питательной воде, предъявляемые производителями тонкопленочных композитных мембран на основе полиамида:
— значение показателя коллоидного индекса (SDI ) не более 5 (в зависимости от предполагаемого съема с единицы поверхности мембраны, см. таблицу 1);
— мутность не более 0,1 NTU;
— температура от 4 до 45 0С;
— содержание свободного хлора (и других сильных окислителей) не более 0,1 мг/л;
— содержание органики по общему органическому углероду (ТОС) не более 3 мг/л;
— содержание железа не более 0,1 мг/л;
— содержание марганца не более 0,1 мг/л;
— содержание масел и нефтепродуктов не более 0,1 мг/л;
Иногда в дополнение к изложенным выше требованиям вводят ограничения по остаточному содержанию в питательной воде алюминия, содержанию микроорганизмов. Методы предподготовки воды перед установкой обратного осмоса варьируются в зависимости от источника водоснабжения, среди которых поверхностные источники рассматриваются как наиболее сложные в эксплуатации.
Причиной этого являются:
— нестабильность показателей температуры и качественного состава воды (как периодического характера – например, сезонные колебания, так и спорадического, вызываемые порой сбросом промышленных стоков в водоемы);
— возможность присутствия в исходной сырой воде практически любых видов загрязнений (взвесей, коллоидов, органики любых видов, солей жесткости, железа, сульфатов, нефтепродуктов, микроорганизмов и т.д.).
Поэтому далее остановимся именно на технологиях предподготовки поверхностной воды. Традиционные способы основаны на сочетании методов коагуляции (флокуляции) с осаждением и фильтрованием:
1) исходная вода пропускается через фильтры грубой очистки (сетки), затем проходит через осветлитель (который может функционировать как в режиме известкования с коагуляцией, так и в режиме чистой коагуляции, как с применением органических флокулянтов, так и без них) и, наконец, фильтруется на механических фильтрах;
2) в исходную воду, прошедшую через фильтры грубой очистки и флотаторы, дозируется коагулянт непосредственно на входе в механические фильтры, на фильтрующей загрузке которых протекает контактная коагуляция одновременно с сепарацией образующихся хлопьев;
3) в случае, если в исходной воде содержатся в большом количестве микроорганизмы, то для их подавления могут дополнительно к двум указанным выше способам обработки дозировать в обрабатываемую воду активный хлор, озон, биоциды или использовать ультрафиолетовое облучение для беззараживания.
Предподготовка поверхностной воды традиционными методами позволяет снизить содержание органики на 50–70% от исходного значения, удалить до 50% кремниевой кислоты, обеспечить уменьшение остаточного содержания взвешенных веществ до концентраций на уровне 1 мг/дм3, как правило, добиться соответствия требованиям по предельно допустимой концентрации железа, марганца и даже нефтепродуктов (если их содержание в исходной воде не превышало 2 мг/дм3). При применении известкования ко всем факторам, перечисленным выше, добавляются еще и снижение жесткости и щелочности предподготовленной воды. Для традиционных способов обработки воды наиболее проблемными являются требования к допустимому остаточному значению мутности и индексу плотности осадка (коллоидному индексу – SDI). В самом деле, гранулометрический состав присутствующих в исходной воде взвесей и коллоидов варьируется в диапазоне от сотых долей до сотен мкм. Для сепарации частицы с характерным размером порядка 1 мкм время ее пребывания в камере осаждения должно исчисляться часами, что может считаться допустимым в лабораторных условиях, но никак не для действующего производства. В то же время механические фильтры способны сепарировать из воды частицы с размерами более 1 мкм, но достаточную для практических целей очистки воды эффективность демонстрируют только для частиц с размерами от 10 мкм и выше.
Напомним, что при определении значения SDI используются микрофильтры с размером пор 0,45 мкм, которые, соответственно, эффективно удаляют из воды любые включения с размерами, превышающими указанный. Поэтому задача обеспечения допустимых значений по мутности и SDI исходной воды после традиционной предочистки представляется нетривиальной с технической точки зрения. Первоначально, при реконструкции систем ХВО использовались старые схемы осветления в составе осветлителей (известкование с коагуляцией или без) и механических фильтров, а системы обратного осмоса встраивались в существующую технологическую схему. Основная задача осветлителей – уменьшение содержания в воде мутности, взвешенных веществ, жесткости, кремния, железа и органики. Однако при вводе в эксплуатацию установок обратного осмоса первоначально игнорировалось требование об обеспечении коллоидного индекса на уровне 3–5. Обычное значение SDI в отрытых водозаборах колеблется от 5 до 6,5, в скважинах – от 2 до 5. В результате если не контролировался коллоидный индекс в исходной воде, производительность установки водоподготовки, значительно отличалась от расчетной. Это приводило к необходимости изменения технологических параметров процесса (давление, расходы) и увеличению частоты проведения химических моек мембранных элементов. Для уменьшения коллоидного индекса после осветлителей, были проведены попытки изменения режимов регенерации механических фильтров. Так, на Новочеркасской ГРЭС для предподготовки воды перед обратноосмотической установкой после осветлителя, работавшего в режиме известкования с коагуляцией, использовалась схема с двухступенчатым фильтрованием воды на механических фильтрах с антрацитовой загрузкой. Были решены задачи по оптимизации и взаимному согласованию режимов работы фильтров на каждой из ступеней. Только после этого удалось добиться устойчивого значения SDI обработанной воды в пределах 5. Современной альтернативой традиционным способам предподготовки воды перед обратноосмотической установкой является технология ультрафильтрации (УФ). Средний размер пор мембран (для половолоконных элементов, применяемых для целей водоподготовки) составляет 0,03 мкм, поэтому не удивительно, что применение ультрафильтрации позволяет гарантировать значение SDI не более 3 (нередко на практике – от 1 до 2) и остаточную мутность менее 0,1 NTU.
Значение показателя SDI является важнейшим фактором, определяющим допустимое значение расхода пермеата в единицу времени через 1 м2 мембранной поверхности (удельный съем) для установки обратного осмоса. Обратимся к рекомендациям ведущих производителей обратноосмотических мембранных элементов – компаниям Dow Chemical и Hydranautics для подтверждения данного тезиса. Очевидно, что с уменьшением коллоидного индекса удельный съем пермеата с обратноосмотической мембраны может быть увеличен в 1,5 – 2 раза! А это означает, что обратноосмотическая установка могут быть более компактными и, соответственно, более дешевыми. Как показал более чем 20-летний опыт внедрения технологии ультрафильтрации в промышленности, использование ультрафильтрации перед обратным осмосом по сравнению с обычными технологиями имеет ряд преимуществ:
— качество УФ фильтрата значительно лучше, чем при использовании классических технологий. Значение SDI составляет от 0,9 до 3, мутность не превышает 0,1–0,2 мг/л. Высокая степень удаления коллоидного кремния и органических веществ (до 60–80%) Эффективное удаление железа и марганца высоких кон-центраций (свыше 10 мг/л).
— качество УФ фильтрата очень стабильно и практически не зависит от колебаний качества исходной воды.
— значительно снижается частота химических моек установок обратного осмоса.
— не требуется использование извести.
— снижаются расходы потребляемой воды в 1,5–2 раза;
— уменьшаются энергозатраты в 1,5–2 раза ;
— значительно снижаются трудозатраты по обслуживанию и уходу и при этом себестоимость предподготовки воды снижается более чем в 3 раза.
Кроме того, ультрафильтрации, обладая высокой задерживающей способностью по микроорганизмам, позволяет весьма существенно снизить риски микробиологического засорения обратноосмотических мембран, связанные с формированием на их поверхности биопленок. Обычно коагуляция предшествует ультрафильтрации при применении последней для целей предочистки воды перед обратным осмосом. При этом расходы коагулянтов оказываются в несколько раз ниже, чем при традиционных способах организации этого процесса, а эффективность сепарации – существенно более высокой. Объяснением этому явлению служит показатель задерживающей способности ультрафильтрационных элементов. Приведенная ниже таблица дает представление о себестоимости предподготовки воды при обработке поверхностных вод. Таким образом, преимущества УФ перед стандартными способами предподготовки питательной воды для обратного осмоса не вызывают сомнений.
Опыт внедрения и эксплуатации технологии ультрафильтрации перед установками обратного осмоса
Как указывалось выше, предподготовка воды перед обратноосмотической системой изначально состояла из осветлителя, работавшего в режиме известкования с коагуляцией, с двухступенчатым фильтрованием воды на механических фильтрах с антрацитовой загрузкой. Качество и стабильность осветленной воды часто не соответствовали расчетным, в силу того, что осветлитель уже выработал свой ресурс. Высокое содержание органики, проскок взвешенных веществ, нестабильные значения коллоидного индекса и температуры воды, а также высокое значение рН, приводили к значительному осадкообразованию на поверхности обатноосмотических элементов. Снижение рН подкислением и дозирование ингибитора стабилизировало осадкоотложение, однако удельный съем с поверхности мембраны был снижен с 28 до 18 л/м2/час. Кроме того, за счет периодического выноса осадка с осветлителей, происходило зашламление мембран и приходилось досрочно проводить химические мойки обратноосмотических элементов. Руководство НчГРЭС и ОГК-6 приняли решение о замене устаревших осветлителей. В качестве альтернативы было принято рассмотреть возможность внедрения технологии ультрафильтрации для предварительной подготовки воды перед установками обратного осмоса. На первом этапе в 2005–2006 годах на НчГрЭС были проведены пилотные испытания двух установок ультрафильтрации вакуумного и напорного типа.
Промышленная установка ультрафильтрации была спроектирована на среднюю/пиковую производительность 255/270 м3/час (часть воды предполагалось использовать для питьевых целей). В основу проектирования были положены результаты пилотных испытаний. Установка была запущена в опытную эксплуатацию в декабре 2006 года. Установка ультрафильтрации состоит из 7 основных блоков – блока дозирования коагулянтов, 3-х комплектных модулей ультрафильтрации, насосной станции обратной промывки, станции дозирования химреагентов, блока химической мойки, станции для измерения коллоидного индекса SDI, а также блока тестирования и ремонта мембранных элементов. Кроме того, в отличие от классической технологии тупиковой фильтрации, каждый модуль установки был укомплектован блоком рециркуляции. Использование фильтрации с рециркуляцией позволило обеспечить более высокий съем с мембран, низкое зашламление мембран и обеспечило устойчивую работу установки в широком диапазоне содержания взвешенных веществ в исходной воде. Кроме того, удалось исключить кислотную промывку (CEB3) из процесса очистки, что значительно сократило экологически небезопасные стоки.
Технические характеристики промышленной установки ультрафильтрации на НчГРЭС:
— Количество ультрафильтрационных модулей в установке – 3 шт.
— Тип ультрафильтрационных мембран DIZZER 5000.
— Количество ультрафильтрационных мембран в установке – 96 шт.
— Производительность по фильтрату установки – не менее 270 м3/час, в том числе каждого модуля – 90 м 3 /ч.
— Трансмембранное давление при фильтрации 0,17 – 0,3 бар.
— Максимальное трансмембранное давление при обратной промывке – 0,8 бар.
— Расход обратной промывки – 300 м 3 /чна один блок в течение 30–50 секунд.
— Периодичность промывок – 3–4 раза в час.
— Режим работы – непрерывный с остановкой на регламентные работы.
— Периодичность регламентных работ – не чаще 1 раза в 3 месяца.
— Продолжительность регламентных работ – не более 6 часов.
— Установленная мощность – до 90 кВт
— Удельное энергопотребление установки ультрафильтрации – до 0,2 кВт/(м 3 /ч).
На рисунке 8 представлены мембранные блоки установки ультрафильтрации.
Процесс работы и промывки модулей установки ультрафильтрации полностью автоматизирован. Химическая мойка отдельного модуля проводится в полуавтоматическом режиме. Показатели качества выходной воды после установки ультрафильтрации в течение одного месяца эксплуатации показаны на рисунке 9. Коллоидный индекс (SDI) пермеата стабилизировался на уровне 2. Мутность пермеата была стабильна на уровне 0,2 мг/л и не зависела от мутности исходной воды. Содержание железа на выходе так же было стабильно в пределах 20–30 мкг/л. Показатель рН пермеата колебался в пределах 8,15–8,35, что является оптимальным для обратноосмотических мембран. Осветленная вода, получаемая на установке ультрафильтрации, отличается высоким качеством и стабильностью, что, несомненно, повлияло на условия эксплуатации установки обратного осмоса.
ВЫВОДЫ
Внедрение современных интегрированных мембранных технологий значительно улучшает качество получаемой воды на предприятиях энергетики. Существенно снижаются эксплутационные расходы, возрастает надежность системы водоподготовки, резко сокращаются кислотные и щелочные стоки. Переход на мембранные технологии очистки воды позволил сократить ежегодное потребление кислоты на 150 тонн, щелочи – на 100 тонн и предотвратить образование 30 тыс. м3 загрязненных сточных вод в условиях Новочеркасской ГРЭС. Выбор мембранных технологий для подготовки котловой питательной воды на Новочеркасской ГРЭС – это первый шаг на пути создания экологически безопасного, экономически эффективного современного предприятия. Следующий шаг – это внедрение установок непрерывного обессоливания на основе мембранных электродеионизационных установок, что позволит полностью отказаться от использования кислот и щелочей в процессе подготовки котловой воды. Уже были проведены предварительные пилотные испытания, которые показали высокую эффективность и надежность таких установок.
3. Steve Siverns, M.Eng, P.Eng. Using Ultrafiltration as Pretreatment before RO. Ultrapure Water. May/June, 2006
5. Самодуров А.Н., Лысенко С.Е., Громов С.Л., Пантелеев А.А., Федосеева Е.Б. Использование метода обратного для водоподготовки в энергетике. Теплоэнергетика, №6, 2006.
Новости
ОАО «Невская косметика» в очередной раз обратилась к «НПК Медиана-Фильтр» для решения задач по водоподготовке. Полный цикл работ от помощи в выборе оптимальной технологии до внедрения передовой ВПУ, включающей предподготовку, блок обессоливания на основе обратного осмоса и систему хранения и распределения очищенной воды в точки потребления, успешно реализован «НПК Медиана-Фильтр».
,
.
