[На предыдущий раздел]

Вместе с тем, в различных видах промышленности существуют особые требования к качеству воды, которые порой оказывается невозможным выполнить, применяя методы обратного осмоса или нанофильтрации. Трудность заключается в том, что мембраны задерживают различные ионы пропорционально величине селективности мембран. Между тем в современных требованиях пищевой промышленности существуют определенные соотношения жесткости и щелочности, выполнить которые с помощью мембран не представляется возможным. В табл. 1 приведены требования к качеству воды ГОСТа 2-32-84 “Вода питьевая”, требования пищевой промышленности к воде для приготовления водки и безалкогольных напитков. Также в этой таблице представлены часто встречающийся в Подмосковье состав артезианской воды и составы воды, которые можно получить с помощью различных мембран.

Как видно из таблицы, с помощью мембран невозможно одновременно снизить жесткость воды в 100 раз, а щелочность – только в 5–10 раз. Используя нанофильтрационные мембраны, невозможно добиться одновременно состава питьевой воды с содержанием растворенного железа на уровне 0,01–0,021 мг/л.

Для выполнения таких требований наиболее эффективным средством представляется применение фильтров-патронов доочистки. Очищенная вода (фильтрат) после мембранной установки проходит через дополнительные фильтры для удаления железа или ионов жесткости. При этом “нагрузка” на фильтр очень мала, и применяемые фильтры могут быть очень малого размера. Регенерация фильтров доочистки может осуществляться в лабораторных условиях по специальному сервисному договору. Расчет и подбор фильтров доочистки сделан нами, исходя из соображений удобства сервисной службы – проведение регенераций или замены фильтров доочистки одновременно с регенерацией мембранных фильтров. Основные характеристики фильтров доочистки для комплектации установок производительностью 1–10 м³/час представлены в табл. 2.

Получить деионизованную воду из пермеата возможно на второй ступени обессоливания ионным обменом по схеме катионирование – анионирование на фильтрах Н₂ – ОН₂ – ФСД (фильтр смешанного действия).

После второй ступени обессоливания по схеме Н₂ – ОН₂ возможно получение воды с электропроводностью до 0,5 мкСм/см (т.е. с удельным сопротивлением 2 МОм см), а после ФСД удельное сопротивление воды увеличивается до 5 – 10 – 18 МОм см. Вода с таким удельным сопротивлением при стерилизации и обязательной очистке от взвешенных веществ и микроорганизмов на фильтрах с размером пор 0,2 мкм соответствует воде марок Б и А по ОСТ 11 029.003-80 “Изделия электронной техники. Вода, применяемая в производстве. Марки, технические требования, методы очистки и контроля”.

Для более эффективного использования обратного осмоса используются двухступенчатые схемы, в которых фильтрат (обессоленная вода) проходит через вторую ступень обработки на второй ОО установке, где его солесодержание снижается еще на 90–95%. Типичная технологическая схема получения глубоко деионизованной воды с использованием двухступенчатой установки обратного осмоса представлена на рис. 1. Технологическая схема разработана и используется фирмой OSMONICS (США). Как видно на рисунке, технологическая схема обработки воды достаточно сложна и помимо ОО установок и ионообменных фильтров включает систему предварительной подготовки воды перед обратным осмосом, дегазатор, субмикронные фильтры, баки-накопители и насосы.

Представленная на рис. 1 технологическая схема, несмотря на экономию реагентов (кислоты и щелочи), имеет достаточно высокую стоимость, и не всегда можно однозначно оценить ее экономическую эффективность по сравнению с одноступенчатым осмосом и ионным обменом. Общие капитальные затраты на ОО установку могут также очень сильно сказываться на себестоимости обессоленной воды.

Целью настоящей работы является исследование возможности подбора оптимальной (по стоимости воды) технологической схемы подготовки глубоко деионизованной воды. Поскольку решающим фактором в создании наиболее эффективной и оптимальной по стоимости технологии является ступень мембранного обессоливания, в работе особое место уделяется повышению эффективности технологии обратного осмоса, модернизации оборудования, снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Полученные выводы позволяют эффективно сочетать ступени ОО установок и оптимальных по размерам и стоимости ступеней ионообменного обессоливания при создании сложных технологических схем получения глубоко обессоленной воды. Зависимости качества очищенной воды от исходной для одно- и двухступенчатых схем ОО обессоливания показаны на рис. 2.

Как видно из рис. 3, при увеличении капзатрат (увеличении стоимости ступеней обратного осмоса) при неизменном качестве очистки, точка “оптимума” сдвигается вправо, т.е. увеличиваются эксплуатационные расходы и “ухудшается” качество воды, подаваемой на ионный обмен. Иными словами, отпадает необходимость в обеспечении высокого качества воды, обессоленной методом обратного осмоса, и, в ряде случаев, отпадает необходимость или ставится под сомнение эффективность применения двухступенчатой схемы.

Для эксплуатации установок лабораторией улучшения качества воды НИИ ВОДГЕО совместно с отделом комплексонов ИРЕА разработаны сервисные реагенты, используемые для дозирования в исходную воду, а также растворения отложений карбоната кальция и гидроокиси железа [1]. На рис. 4 представлены результаты сравнительных испытаний традиционно применяемых для растворения карбоната кальция химикатов (Трилон Б, лимонная кислота) и поставляемых фирмой WATERLAB реагентов, разработанных ИРЕА (WL–CL–K).

На рис. 5 представлен график зависимостей экспериментально определенных значений скоростей осадкообразования карбоната кальция от кратности концентрирования исходной воды в мембранных аппаратах для различных ингибиторов. Эксперименты проводились на воде московского водопровода с использованием мембранного рулонного элемента модели ESPA-2014 производства фирмы Хайдранотикс (США), доза ингибитора составляет 5 мг/л. Ингибитор WL–SC представляет собой смесь карбоксил- и фосфорсодержащих комплексонов с введением в нее биоцидного препарата для предотвращения биологических обрастаний. Ингибитор поставляется в жидком виде и дозируется в исходную воду насосом-дозатором. Для установок с небольшой производительностью (до 5 м³/ч) разработаны также патроны-дозаторы, которые устанавливаются на входе исходной воды в установки. В патронах-дозаторах ингибитор содержится в виде твердой пористой массы, которая растворяется по мере прохождения исходной воды через патрон.

Как уже указывалось в предыдущих работах [2, 3], эксплуатация фильтров предочистки может оказаться более дорогостоящей, чем эксплуатация мембранной установки. Представляется экономически целесообразным применение таких фильтров для доочистки уже прошедшей через мембраны воды для доведения ее качества до требований потребителя. Такое использование фильтров доочистки делает стоимость их эксплуатации ничтожно малой по сравнению с мембранной установкой. Малые нагрузки на фильтры доочистки делают возможным применение фильтров очень малых типоразмеров. Основным критерием расчета и подбора фильтров доочистки является срок их работы, кратный периоду между регенерациями мембранных фильтров.

Технологические схемы мембранных установок для получения деионизованной воды и их внешний вид показаны на рис. 6, 7, 8, 9.

[На Список литературы]

Copyright ©