Проектирование водоподготовительной установки, разработка схемы и последующий её расчет, страница 3

В последние годы всё отчетливее проявляется стремление потребителей перерабатывать сточные воды с целью их повторного использования в технологическом цикле. При этом традиционными задачами, решаемыми путем применения мембранных технологий (чаще всего - ультрафильтрация в сочетании с обратным осмосом), являются сокращение объема сбрасываемых сточных вод и снижение уровня потребления воды, забираемой из природных источников.

В то же время, применение мембранных технологий водоподготовки позволяет подойти к решению еще одной очень важной экологической проблемы - резкому сокращению потребления соли, используемой для регенерации действующих фильтров ионообменного умягчения воды. Указанная цель достигается посредством повторного использования солесодержащих стоков после обработки для регенерации натрий- катионитовых фильтров. [4]

Указанные тенденции вызвали интерес ряда исследователей, особенно в США, с целью определения метода предпочтительности выбора между существующими технологиями водоподготовки. При этом некоторые из них предрекли быстрое вытеснение ионообмена мембранной технологией с рынка водоподготовки, поскольку солесодержание исходной воды, при котором по показателю экономической эффективности провозглашался приоритет мембранных установок, составляло 125—150 мг/л по растворенным солям (главным образом по СаСO₃ [5,6,7,8]). В то же время в работе [9] были сделаны выводы, что обратный осмос способен конкурировать по показателям экономической эффективности с ионообменом при солесодержании исходной воды не ниже, чем 500 мг/л.

Столь широкий разброс в оценках, а также стремление обеспечить интересы потребителей к своей продукции (ионообменные смолы и мембран) путем предложения им оптимальных с точки зрения затрат методов решения задач по водоподготовке, побудили компанию DOW провести специальные исследования. [8]

Специалисты компании проанализировали экономические показатели работы обратноосмотической (рисунок 1.2 а) и ионообменной (рисунок 1.2 б) установок водоподготовки в широком диапазоне солесодержания исходной воды (от 80 до 500 мг/л) при производительности по обессоленной воде 50 и 200 м³/ч. При этом в рассматриваемых установках были применены передовые достижения как в области мембранной технологии (высокоселективные низконапорные элементы с развитой активной поверхностью, обеспечивающие получение пермеата в количестве 80 % (при нанофильтрации до 85 %) от расхода обрабатываемого потока), так и в ионном обмене (монодисперсные ионообменные смолы в зажатом слое, регенируемом по противоточной технологии). Отметим, что при использовании установки обратного осмоса предподготовка включает коагуляцию, флокуляцию, осаждение; механическое фильтрование (песчаный фильтр); дозировку кислоты и ингибитора(ов). Рабочее давление 1,4 МПа, доля пермеата от исходного потока 80 %. Предподготовка в ионообменной установке включает коагуляцию, песчаный фильтр. При этом осуществляется противоточная регенерация с зажатым слоем ионитов (монодисперсные ионообменные смолы). Цикл фильтрования составляет 8, 12 и 24 ч.

а — обратноосмотической: 1 — патронный фильтр; 2, 3 — первая и вторая ступени обратного осмоса; 4 — декарбонизатор; 5 — сборник пермеата; 6 — фильтр смешанного действия (ФСД); 7—сборник очищенной воды (СОВ);

б — ионообменной: 1 — фильтр с сильнокислотным катионитом; 2 — декарбонизатор; 3 — фильтр с анионитом (послойная загрузка: низкоосновный/высокоосновный); 4 – ФСД; 5 – СОВ

Рисунок 1.2 – Схемы установок:

В качестве базы для расчетов были приняты средние цены на продукцию и услуги, действующие в Западной Европе, по результатам проведенных исследований была создана новая установка водоподготовки и сделаны следующие выводы:

-  на современном этапе развития техники и технологии водоподготовки ионообмен предпочтителен для обработки воды с исходным солесодержанием до 350—400 мг/л, а обратный осмос — при более высоких концентрациях;

-  в для ионообмена основными затратами является стоимость реагентов, а для обратного осмоса — потребление электроэнергии;