Мембранные технологии очистки воды – перспективные технологии очистки. В основу мембранной технологии очистки воды заложен натуральный природный процесс фильтрации воды.
Основной фильтрующий элемент установки - полупроницаемая мембрана. Мембранные методы очистки воды классифицируются по размерам пор мембран в следующей последовательности:
-микрофильтрация воды – размер пор мембраны 0,1-1,0 мкм;
-ультрафильтрация воды - размер пор мембраны 0,01-0,1 мкм;
-нанофильтрация воды - размер пор мембраны 0,001-0,01 мкм;
-обратный осмос – размер пор мембраны 0,0001мкм.
Примеси, размер которых превышает размер пор мембраны, при фильтрации физически не могут проникнуть через мембрану.
В отличие от традиционных методов очистки, требующих больших площадей, многошаговой обработки, мембранные технологии имеют преимущества: высокий уровень автоматизации, позволяющий снизить трудозатраты, повысить культуру производства, компактность оборудования. К недостаткам следует отнести высокую стоимость мембран и короткий срок эксплуатации мембран 5 лет.
Процесс мембранной фильтрации осуществляется в так называемом "тупиковом" режиме, т.е. вся вода, которая поступает на блок проходит через поры мембраны, на поверхности которой остаются все задержанные вещества.
В процессе фильтрации на поверхности мембран накапливаются отложения, вызывающие закупорку пор, что ведет к увеличению трансмембранного давления (разница давлений на входе и выходе) и снижению проницаемости мембран.Удаление отложений осуществляется периодической обратной промывкой фильтроэлементов. Обратная промывка проводится в две стадии: водо-воздушная с расходом осветленной воды 15 м3/ч в течение 2-х минут и водная с расходом осветленной воды 115 м3/ч в течение 2 минут. Показателем вывода воды на промывку является пропущенный объем воды через мембрану (50-80м3), задается в зависимости от качества исходной воды. Большая часть отложений удаляется при обратной промывке мембран осветленной водой, которая подается внутрь полых волокон, т.е. направление потока (по сравнению с процессом фильтрации) меняется на обратное.
С течением времени возникает ситуация, когда проведение периодических безреагентных промывок для восстановления первоначальных параметров будет недостаточно в виду особых свойств отложений и режима работы установки мембранной фильтрации. Для восстановления исходной проницаемости мембран проводится химическая промывка модулей.
Наиболее целесообразно использовать комбинированный метод, в две стадии – на первой стадии основную часть солей удаляют при помощи технологии обратного осмоса, на второй – финишная очистка методом ионного обмена с противоточной регенерацией.
Дополнительное преимущество обратного осмоса перед ионным обменом состоит в комплексном удалении загрязнений, в том числе органических, которые негативно влияют на ионообменные смолы и работу оборудования.
Осветленная вода после БМФ направляется в баки осветленной воды V=400м3 (2шт.). С баков осветленной воды БОВ №1,2 вода подается на установку обратного осмоса для получения частично-обессоленной воды.
Установка обратного осмоса (размер пор мембраны 0,0001мкм) на стадии частичного обессоливания воды предназначена для эффективного удаления растворенных примесей. Установка обратного осмоса состоит из 6 параллельно включенных модулей ˝Шарья П-70 00˝. Производительность одного модуля 60,0 м3/час.
Фильтрующие модули работают в режиме тангенциальной фильтрации. Осветленная вода в блоке обратного осмоса под давлением разделяется на два потока: чистого пермеата (60т/ч) и концентрата (20т/ч).
Для борьбы с отложением на мембранах обратного осмоса малорастворимых солей кальция, магния, органических веществ в исходную воду перед блоком вводятся специальные добавки - антискалянты. В качестве антискалянта используется ингибитор отложения солей «Акварезалт – 1030».
Для защиты мембран перед каждым блоком обратного осмоса установлены фильтры тонкой очистки (3 шт. перед каждым БОО), в каждом фильтре установлено 19 фильтрующих элемента. При перепаде давления на входе и выходе воды с фильтра фильтрующие элементы подлежат замене.
В процессе работы обратного осмоса на поверхности мембран обратноосмотических элементов постепенно накапливаются загрязнения. При увеличении рабочего давления на 10% от первоначального, вызванного отложением на поверхности обратноосмотических мембран малорастворимых солей, осуществляют химическую промывку. Для промывки используют блок химической промывки (БХП). В качестве растворов используют слабые растворы кислот, щелочей и моющих средств (типа Трилон Б).
Обессоливание воды путем ионного обмена заключается в последовательном фильтровании через Н-катионитный, а затем ОН-фильтры фильтры.
Эффективность обессоливания, сокращение удельных расходов реагентов, объема стоков достигается за счет применения современной противоточной технологии ионирования. При этом высокое качество очистки воды до требуемых показателей качества обессоленной воды обеспечивается одной ступенью ионирования.
Обрабатываемая вода вводится в фильтр через верхнее дренажно-распределительное устройство, после чего она проходит сквозь слой инертного материала, затем через активную смолу и выходит через нижнее дренажно-распределительное устройство.
Контроль качества воды после катионитного фильтра выполняется автоматически при помощи анализатора ионов натрия, установленного на стойке химического контроля на выходе из каждого фильтра.
Контроль качества воды после ОН- фильтра выполняется автоматически при помощи 4-х канального анализатора содержания кремниевой кислоты и кондуктометра, установленного на стойке химического контроля. Отбор проб осуществляется на выходе из каждого фильтра.
После пропуска заданного количества воды или при повышенном содержании ионов натрия в обработанной воде, Н-фильтр выводится автоматически на регенерацию. Показателем вывода на регенерацию ОН-фильтра является заданное количество пропущенной через фильтр воды, повышенное содержание эл. проводимости и кремнекислоты.
Общая продолжительность регенерации Н-фильтра составляет 1,72 ч, ОН-фильтра – 1,72 ч. На одну регенерацию расход 100 %-ной серной кислоты составит 0,471 тн; 100 %-ного едкого натра – 0, 458 тн.
После очистки на Н-ОН фильтрах обессоленная вода поступает в существующие баки обессоленной воды БЗК №1,2 (V=2000м3). С баков БЗК №1,2 (V=2000м3) насосами подачи обессоленной воды вода подается в распределительный коллектор турбинного цеха.
Осветленная вода из баков БОВ№1,2 при помощи насосов подается на декарбонизаторы. В напорную линию насосов дозируется серная кислота при помощи блока дозирования кислоты (БДСК). Необходимое количество кислоты контролируется при помощи pH-метра, установленного на трубопроводе. Доза кислоты зависит от индекса карбоатного. ПриИк= 4 (мг-экв/дм3)2 доза кислоты составляет 5 г/т, при Ик=3 (мг-экв/дм3)2 доза кислоты увеличивается до 75 г/т. Как известно индекс карбонатный завистит от работающего оборудования, температуры нагрева, рН подпиточной воды.
Декарбонизованная вода собирается в баках декарбонизованной воды БОВ №3,4 и далее насосами подается в существующие деаэраторы теплосети, затем деаэрированная вода собирается в баках запаса деаэрированной воды БЗДВ №1,2, откуда насосами подпитки теплосети подается в теплофикационную сеть. Так как рН обработанной воды после деаэраторов составляет 6,5-7,5 необходимо дозировать щелочь перед насосами подпитки теплосети.
Предварительная очистка воды на Казанской ТЭЦ-2 является общей для подготовки подпиточной воды установки подпитки теплосети и производства обессоленной воды для подпитки энергетических котлов.
Проект реализовывался в период с 2010 по 2011 гг. Проектная производительность составляет 300 м3/ч по обессоленной воде и 300 м3/ч по подпиточной воде тепловых сетей по схеме: микрофильтрация, обратный осмос и противоточное Н-ОН ионирование.
Заключение
Преимущества метода водоподготовки, применяемого на КТЭЦ-1
-транспортабельная колонна, которая может обслуживать несколько фильтров;
- большая эффективность регенерации ионитов;
- снижение количества оборудования, удельных расходов реагентов и воды на собственные нужды.
Преимущества метода водоподготовки, применяемого на КТЭЦ-2
-себестоимость химочищенной воды снижается в 1,22 раза, обессоленной в 1,67 раза;
-потребление серной кислоты снижается почти в 2,5 раза (с 318 тонн до 141 тонн), каустической соды (щелочь) почти в 9 раз (со 170 тонн до 19 тонн);
-исключение вообще такие хим.реагенты, как известь негашеная, потребление которой составляло 450 тонн, и купорос железный с потребностью в 160 тонн.