WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«А. Г. Первов, А. П. Андрианов, Т. П. Горбунова БЕССТОЧНЫЕ СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ НА ОСНОВЕ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Рассмотрены вопросы совершенствования мембранных технологий ...»

ISSN 1994-0351. Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4 (19). www.vestnik.vgasu.ru

УДК 628.16:62-278

А. Г. Первов, А. П. Андрианов, Т. П. Горбунова

БЕССТОЧНЫЕ СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ

НА ОСНОВЕ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рассмотрены вопросы совершенствования мембранных технологий водоподготовки с целью снижения расхода воды на собственные нужды установок обратного осмоса и ультрафильтрации. Изменение конструкции мембранного канала позволяет ликвидировать причины образования кристаллического осадка в мембранных аппаратах и увеличить выход фильтрата до 90 % и более. Предложены новые схемы очистки воды с утилизацией концентрата и уменьшением расхода воды на собственные нужды .

К л ю ч е в ы е с л о в а : водоподготовка, мембрана, нанофильтрация, обратный осмос, повторное использование воды .

The problems of membrane technology perfection of water conditioning are described in order to flow attenuation to the auxiliaries of the reverse osmosis plants and ultra filtration. Construction modification of membrane channel is allowed to liquidate the causes of crystal sediment formation in the membrane apparatus and to increase the colature outcrop up to 90 % and more. The new schemes of the water purification with the utilization of the concentrate and the water cost reduction to the auxiliaries are suggested .

K e y w o r d s : water conditioning, membrane, nanofiltration, reverse osmosis, water reuse .



Мембранные технологии на сегодняшний день являются самым динамично развивающимся направлением в питьевом и техническом водоснабжении. Однако, несмотря на ряд очевидных преимуществ, у мембранных систем есть существенный недостаток — большие расходы концентрата, необходимые для создания условий безопасной работы мембран, позволяющей избежать образования на них осадков малорастворимых солей, в основном карбоната кальция. Снижение расхода концентрата установок обратного осмоса до сих пор остается важной нерешенной проблемой. Существующие мембранные аппараты требуют тщательной и эффективной предочистки, дозирования ингибиторов, проведения химических промывок для предотвращения осадкообразования на мембранах и быстрого выхода их из строя .

Таким образом, ключом к совершенствованию мембранных технологий, используемых в очистке воды, является использование более совершенных аппаратов, снижающих опасность осадкообразования и тем самым упрощающих весь комплекс технологических мероприятий, традиционно используемых разработчиками мембранных установок .

Авторами разработана новая конструкция рулонного аппарата с «открытым» каналом, описанная в ранее опубликованных работах [1, 2]. Замена турбулизаторной сетки и снижение сопротивления позволяют поддерживать в мембранных аппаратах скоростной режим, обеспечивающий отрыв частиц от поверхности мембран и предотвращение осадкообразования. Одновременно с этим удаление сетки из канала рулонного аппарата решает проблему образования застойных зон, в которых начинается зарождение кристаллов малорастворимых солей, впоследствии приводящее к образованию на мембранной поверхности целых областей, покрытых кристаллическими отложениями. Как ISSN 1994-0351. Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4 (19). www.vestnik.vgasu.ru известно, растворы карбоната и сульфата кальция обладают достаточно высокой стабильностью, т. е. не проявляют склонность к опалесценции и осадкообразованию при достаточно высоких значениях степени пересыщения .



Поэтому отсутствие застойных зон и минимальные значения уровня концентрационной поляризации дают возможность максимально увеличивать выход фильтрата и повышать кратность концентрирования исходной воды в мембранных установках без опасности выпадения осадков малорастворимых солей на мембранах .

Примембранный слой, участвующий в формировании концентрационной поляризации, является, по существу, реактором, в котором происходит коагуляция взвешенных, коллоидных и органических веществ, а также происходит зарождение кристаллов карбоната кальция. Предлагаемая технология основана на выведении из водного раствора осадков коллоидных веществ и малорастворимых солей за счет их концентрирования в примембранном слое и дальнейшем отделении в реакторах (карбонат кальция) и отстойниках (взвешенные и коллоидные вещества) .

Похожий подход используется при очистке природных и сточных вод при помощи трубчатых мембранных аппаратов, эксплуатируемых при больших скоростях транзитного потока. Однако такой процесс оказывается чрезвычайно дорогим с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат изза стоимости трубчатых модулей и необходимости создавать в них большой циркуляционный поток .

На рис. 1 показана технологическая схема очистки поверхностных вод с целью снижения мутности, цветности и окисляемости. Мембранная установка работает в циркуляционном режиме, благодаря чему выход фильтрата может составлять до 90…95 %. Вода, содержащая осадок взвешенных веществ после гидравлической промывки мембранных аппаратов, собирается в специальный отстойник. Промывная вода после отстаивания смешивается с исходной водой. Осадок удаляется на обезвоживание, образующаяся при этом иловая вода также может смешиваться с исходной водой .

Рис. 1. Технологическая схема подготовки питьевой воды из поверхностных источников с применением метода обратного осмоса: 1 — мембранный аппарат; 2 — насос высокого давления; 3 — отстойник для сбора промывной воды; 4 — бак сбора воды; 5 — насос; 6 — вентиль; 7 — магнитный клапан; 8 — вентиль регулировки давления Таким образом, выпавший в отстойнике промывных вод осадок содержит все загрязнения, подлежащие удалению. Концентрат, из которого удалены все загрязнения, может смешиваться с очищенной водой, и смешанный А.Г. Первов, А.П. Андрианов, Т.П. Горбунова поток содержит все компоненты (растворенные соли, железо, цветность, окисляемость) на уровне требований СанПиН .

Методы обратного осмоса и нанофильтрации чрезвычайно эффективны при очистке подземных вод от железа, жесткости, а также фторидов, аммония, стронция, нитратов, мышьяка и др. растворенных веществ. Проблему использования этих методов составляет наличие концентратов — растворов, содержащих избыточные соли и удаляемые загрязнения. Уменьшение расхода концентрата может быть достигнуто многократным концентрированием — увеличением выхода фильтрата. Технологическая схема мембранных установок для очистки подземных вод показана на рис. 2 .





Рис. 2. Технология умягчения и обезжелезивания подземных вод без применения реагентов и расхода воды на собственные нужды: 1 — мембранный аппарат; 2 — насос высокого давления; 3 — отстойник для сбора промывной воды; 4 — бак сбора воды; 5 — насос; 6 — вентиль; 7 — магнитный клапан; 8 — вентиль регулировки давления; 9 — реактор умягчения Важным фактором, мешающим многократно сконцентрировать исходную воду, является образование карбоната кальция. Использование мембранных аппаратов с «открытым» каналом позволяет многократно концентрировать пересыщенные по карбонату кальция растворы без опасности образования на мембранах кристаллических отложений кальция. Принципы безреагентного удаления из воды избыточного карбоната кальция представлены на схеме (рис. 2). Концентрат после обратноосмотической установки проходит через реактор, в котором находится слой уже образовавшегося осадка карбоната кальция (затравка). Установка обратного осмоса работает в режиме циркуляции, концентрат проходит через реактор и направляется на вход в установку. Таким образом, в реактор поступает постоянно концентрирующийся раствор с увеличенными значениями рН и концентраций ионов кальция, бикарбонат-ионов и карбонат-ионов .

В табл. 1 показаны результаты химического анализа подземной воды, значения содержащихся в концентрате ионов солей до и после реактора. По мере концентрирования карбонат кальция осаждается на затравке и концентрация ионов кальция в концентрате не возрастает (рис. 3). Таким образом, достигается умягчение воды путем вывода из нее избыточного карбоната кальция без применения реагентов и увеличения ее общего солесодержания .

ISSN 1994-0351. Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4 (19). www.vestnik.vgasu.ru

–  –  –

Рис. 3. Зависимость концентрации кальция от кратности объемного концентрирования исходной воды в мембранной установке при пропуске концентрата через слой «затравки»: 1 — концентрат на выходе из мембранного аппарата; 2, 3 — концентрат на выходе из реактора (2 — масса «затравки» 25 г; 3 — масса «затравки» 50 г) Для большинства случаев подготовки питьевой воды требуется лишь частичное удаление из нее ионов жесткости, железа, фторид-ионов, нитратов, ионов аммония, стронция и др. Поэтому бльшая часть концентрата может смешиваться с прошедшей через мембраны очищенной водой. При использовании описанной технологии можно снизить общее солесодержание исходной воды на 30…40 % и увеличить кратность концентрирования исходной воды до 150…180. После обезвоживания осадок содержит связанную воду обычно в количестве 0,4…0,5 % от общего количества исходной воды. Таким образом, представляется возможным концентрировать исходную воду и выводить избыточные соли в виде связанной воды вместе с осадком в количестве, не превышающем 0,4 % от общего количества воды .

В ряде случаев, исходя из значений общего солесодержания или концентраций различных ионов, оказывается невозможным смешивать концентрат с фильтратом. В этих случаях с использованием описанных выше технологических приемов оказывается возможным сконцентрировать исходную воду в 100…200 раз (доводя объем концентрата установки до 0,5 % от общего объема исходной воды). При исходном солесодержании воды порядка 300…500 мг/л, сконцентрировав воду в 100 раз по объему, можно получить А.Г. Первов, А.П. Андрианов, Т.П. Горбунова раствор с концентрацией солей порядка 30…50 г/л, что составляет практически максимально возможное значение для установок обратного осмоса .

Описанная технология может применяться для утилизации иловой воды на сооружениях обезвоживания осадка водопроводных очистных сооружений. Иловая вода содержит в больших количествах коагулянт, флокулянт, природные органические соединения и не может без обработки быть сброшена в канализацию или открытый водоем. В соответствии с предложенной технологией (рис. 4) иловая вода может быть очищена с помощью обратноосмотических мембран с получением фильтрата высокого качества. При этом иловая вода в установке обратного осмоса может быть сконцентрирована по объему в 10…15 раз для того, чтобы объем сбросного (выводимого из системы) концентрата был равен объему воды, содержащемуся в обезвоживаемом осадке. На схеме показано, как вода в осадкоуплотнителе постоянно концентрируется с помощью установки обратного осмоса, поддерживая материальный баланс: количество солей, поступающих с осадком, равняется количеству солей в обезвоженном осадке. Очищенная с помощью мембран вода может смешиваться с питьевой или использоваться для технических нужд, а иловая вода после обезвоживания направляется обратно в осадкоуплотнитель .

Рис. 4. Технологическая схема применения мембран для утилизации иловой воды после обезвоживания осадка: 1 — осадкоуплотнитель; 2 — бак концентрата; 3 — обратноосмотический аппарат В качестве примера на рис. 5 показана схема водоподготовки для ТЭЦ с использованием обратноосмотических аппаратов с «открытым» каналом, позволяющих обессоливать маломутную поверхностную воду без применения предочистки, реагентов и без сброса регенерационных рассолов. Исходная поверхностная вода подается насосами непосредственно в обратноосмотические аппараты первой ступени с «открытым» каналом. В схеме отсутствуют сооружения и реагенты для предочистки (реагенты для коагуляции, ингибиторы для предотвращения осадкообразования). Выход фильтрата на установке первой ступени составляет до 90 %. Для глубокого обессоливания используется вторая ступень обратного осмоса .

Фильтрат второй ступени содержит не более 1 мг/л солей. Концентрат второй ступени с общим солесодержанием 200…250 мг/л направляется на вход в установку первой ступени и смешивается с исходной водой. Описанная схема позволяет использовать систему ионного обмена для глубокого дообессоливания воды без проблемы утилизации регенерационных стоков .

ISSN 1994-0351. Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4 (19). www.vestnik.vgasu.ru Удельный расход регенерационных реагентов (кислот или щелочей) для регенерации ионообменных фильтров составляет не более 5 мг-экв на 1 г-экв удаляемых солей. Таким образом, расход регенерационных реагентов составляет ничтожное количество на уровне 5 г на 1 м3 обессоленной воды. Это количество смешивается с концентратом обратного осмоса первой ступени .

Рис. 5. Предлагаемая схема обессоливания поверхностной воды для подготовки питательной воды ТЭЦ без предочистки с использованием мембранных аппаратов с «открытым каналом»: 1 — мембранные аппараты с «открытым каналом»; 2 — мембранные элементы второй ступени; 3 — насосы высокого давления; 4 — бак сбора фильтрата первой ступени; 5 — бак сбора промывных вод; 6 — фильтр смешанного действия; 7 — бак сбора регенерационного раствора; 8 — насосы Утилизация концентрата производится путем его дальнейшего концентрирования и сбора осадков взвешенных веществ и карбоната кальция. Сконцентрированный в 100 раз по объему концентрат выводится из системы вместе со шламом (осадками взвешенных веществ и карбоната кальция) .

Сконцентрированный, умягченный и очищенный от взвешенных веществ концентрат первой ступени может смешиваться с исходной водой или с фильтратом обратноосмотических установок с получением умягченной воды, используемой для подпитки теплосети или оборотной системы .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Первов А. Г., Андрианов А. П., Юрчевский Е. Б. Совершенствование конструкций мембранных аппаратов // Водоснабжение и сантехника. 2009. № 7. C. 62—68 .

2. Исследование технологических характеристик мембранных элементов с открытыми напорными каналами / Е. Б. Юрчевский, А. Г. Первов, А. П. Андрианов, М. А. Пичугина // Теплоэнергетика. 2009. № 11. C. 46—52 .

1. Pervov A. G., Andrianov A. P., Yurchevskiy E. B. Sovershenstvovanie konstruktsi membrannykh apparatov // Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika. 2009. № 7. S. 62—68 .

2. Issledovaniye tekhnologicheskikh kharakteristik membrannykh elementov s otkrytymi napornymi kanalami / E. B. Yurchevski, A. G. Pervov, A. P. Andrianov, M. A. Pichugina // Teploenergetika. 2009. № 11. S. 46—52 .

© Первов А. Г., Андрианов А. П., Горбунова Т. П., 2011 Поступила в редакцию в октябре 2011 г .

Ссылка для цитирования:

Первов А. Г., Андрианов А. П., Горбунова Т. П. Бессточные схемы водоподготовки на основе мембранных технологий // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4(19).




Похожие работы:

«2018 СОДЕРЖАНИЕ 1. Паспорт программы производственной практики 3 2. Результаты освоения производственных практик 6 3. Структура и содержание рабочей программы производственных 7 практик 4. Условия реализации производственной пра...»

«ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОМПЕТЕНЦИИ ПЛОТНИЦКОЕ ДЕЛО 26 Carpentry Организация Союз "Молодые профессионалы (Ворлдскиллс Россия)" (далее WSR) в соответствии с уставом организации и правилами проведения конкурсов установила нижеизложенные необходимые тр...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР АР М А ТУР А ЛИНЕЙНАЯ ПРАВИЛА ПРИЕМКИ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИИ ГОСТ 2 7 4 4 -7 9 Издание официальное КОМИТЕТ СТАН ДАРТИ ЗАЦ И И И М ЕТРОЛОГИИ СССР сертификат арматура Мос ква УДК...»

«2 Содержание Введение 1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КРИМИНАЛИСТИЧЕСКОГО УЧЕНИЯ О СЛЕДАХ 1.1.Эволюция, понятие и сущность трасологии 1.2.Классификация следов в трасологии 1.3.Общие правила по обнаружению, фиксации и изъятию следов. 21 2.ОСОБЕННОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ В ТРАСОЛОГИИ 2.1.Изучение механизма следообр...»

«Министерство труда, занятости и трудовых ресурсов Новосибирской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области "Бердский политехнический колледж" (ГБПОУ НСО "Бердский политехнический колледж"...»

«СОГЛАСОВАНО Зам.,руководителя ГЦИ СИ 1 И Менделеева”,.. 5 С. Александров. 2006 г. Внесена в'ГосударсТвеййЬш реестр средств измеСистема измерений количества и показателей качества нефти ОАО рений^ \?\г "НАК "Аки-Отыр" Регистрационный №...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru АЛЬБОМ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, УТЕПЛЕНИЮ УЗЛОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЖИЛИЩНОГО ФОНДА МОСКВА 1996 ГОД Альбом технических решений по повы...»

«МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СОЮЗДОРНИИ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СКЛАДИРУЕМЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ВЯЗКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖ УЩ ИХ С ПОВЫШЕННЫМИ ТИКСОТРОПНЫМИ СВОЙСТВАМИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Утверждены замдиректора С...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.