Технология глубокого обратноосмотического обессоливания пресных и соленых вод
УДК 628.165
В отличие от известной технологии в статье предлагается более эффективная в технико-экономическом отношении технология глубокого обессоливания природных пресных и соленых вод.
Ключевые слова: обессоливание, пресные воды, соленые воды, подготовка воды, качество обессоленной воды.
В настоящее время на ряде ТЭС для глубокого обессоливания воды применяют последовательно предварительную подготовку воды, обратный осмос в качестве первой ступени обессоливания и ионный обмен на НОН-фильтрах в качестве второй ступени обессоливания [1, 2, 3].
Недостатком указанной технологии является необходимость применения ионного обмена в качестве второй ступени обессоливания. Это связано с расходом реагентов (кислоты и щелочи) на регенерацию Н- ОН-фильтров, сбросом отработанных регенерационных растворов, содержащих высокие концентрации кислоты и щелочи, необходимостью создания кислотно-щелочного хозяйства и необходимостью применения дорогостоящих ионитов.
В отличие от рассмотренной выше известной технологии предлагается более эффективная в технико-экономическом отношении технология глубокого обессоливания природных пресных и соленых вод, включающая последовательно следующие процессы: осветление, стабилизационную обработку осветленной воды, постадийное обессоливание в последовательно смонтированных по ходу пермеата ступенях мембранных аппаратов (МА) и на заключительной стадии Nа-, Н- или Н-Na-катионирование части пермеата, поступающего на последнюю ступень установки обратного осмоса (УОО) или выходящего из нее.
Рассмотрим следующие исходные данные для обоснования основных параметров осуществления предлагаемой технологии.
Основные типы природных пресных вод характеризуются следующим диапазоном указанных концентраций: жесткость – 1-5 мг-экв/дм3, Na – 4 - 20 мг/дм3, SiO2 – 3-15 мг/дм3 , солесодержание – 100-550 мг/дм3 , электропроводимость – 200-1100 мкСм/см.
В случае Na- или Н- Na-катионирования перед УОО жесткость исходной воды будет 10-100 мкг-экв/дм3 , а содержание натрия – 27-135 мг/дм3 .
Для природных соленых и морских вод характерные содержания тех же примесей составят: жесткость - 60-80 мг-экв/дм3 , Na - 2000-4000 мг/дм3 , SiO 2 – 3-10 мг/дм3, солесодержание – 5-18 г/дм3 .
После первой ступени обратного осмоса содержание этих компонентов в опресненной соленой или морской воде составит: жесткость - 0,8 -2,0 мг-экв/дм3 , Na – 4-10 мг/дм3, SiO2 - 0,05-0,15 мг/дм3, солесодержание – 250-400 мг/дм3, электропроводимость – 500-800 мкСм/см, то есть состав опресненной соленой или морской воды соответствует характерному диапазону содержания этих примесей в природных пресных водах.
Основные показатели качества обессоленной воды, лимитируемые при подготовке добавочной воды котлов высокого давления в теплоэнергетике и других отраслях промышленности, следующие:
Ж ≤ 1,0 -3,0 мкг-экв/дм3,
Na ≤ 80 - 100 мкг/дм3
SiO 2 ≤ 25 - 100 мкг/дм3 ,
Электропроводность ≤ 1,0 - 2,0 мкСм/см,
а для котлов сверхкритического давления и парогазовых установок:
Ж ≤ 1,0 мкг-экв/дм3,
Na ≤ 10 - 20 мкг/дм3,
SiO 2 ≤ 10 <-20 мкг/дм 3,
Электропроводность ≤ 0,5 - 1,0 мкСм/см.
Исходя из приведенных показателей исходной воды и нормированных показателей обессоленной воды, следует обосновать диапазон показателей качества пермеата последней ступени УОО. В таблице 1 приведены возможные минимальные и максимальные значения указанных показателей пермеата первой и второй ступеней УОО при соответственно минимальных и максимальных характерных показателях исходной пресной воды.
Таблица 1. Минимальные и максимальные значения показателей пермеата первой и второй ступеней УОО
Как видно из таблиц 1 и 2, из всех лимитируемых показателей содержание кремнекислоты и электропроводимость пермеата после второй ступени УОО (для пресной воды) и после третьей ступени УОО (для морской воды) соответствуют требуемым нормам.
Таблица 2. Показатели качества пермеата первой, второй и третьей ступеней УОО, полученного из каспийской морской воды
Другие показатели - жесткость и содержание Na - очень близки к нормам, но не во всех случаях соответствуют им. Установка еще одной ступени УОО (третьей на пресной воде и четвертой на морской воде) нерациональна по технико-экономическим соображениям и неэффективна по технологической сути процесса мембранного обессоливания. При низком солесодержании, менее 1 мг/дм3 , обратный осмос перестает работать, так как с увеличением диссоциации молекул воды происходит повышение проницаемости гидрофильных мембран. Поэтому предлагается прием регулирования (улучшения) качества пермеата по жесткости и натрию в необходимом (относительно узком) диапазоне их концентрации путем Na-, Н-, или Н-Na-катионирования части или всего расхода пермеата последней или предпоследней ступени УОО.
Для доведения жесткости до нормативных значений при работе на пресной воде в одних случаях достаточно провести частичное или полноеNa-катионирование пермеата УОО второй ступени, чтобы слегка «подправить» качество пермеата по жесткости. Однако это можно делать только в том случае, если в результате Na-катионирования не произойдет увеличения содержания натрия сверх нормы, то есть если имеется некоторый резерв по содержанию натрия.
Если же в результате Na-катионирования пермеата будет иметь место увеличение содержания натрия сверх нормы, то для снижения жесткости пермеата следует провести частичное или полное Na-катионирование пермеата предыдущей ступени.
Для многих типов вод достижение нормативной жесткости Na-катионированием пермеата УОО второй ступени не обходится без увеличения натрия сверх нормативных значений. В таких случаях в дополнение или взамен Na-катионирования необходимо производить частичное или полное Н-катионирование пермеата УОО второй или первой ступени, так как при Н-катионировании происходит одновременно глубокое удаление как жесткости, так и натрия.
Рассмотрим соответствующие этим схемам варианты реализации технологии в зависимости от качества исходной воды и способа комбинирования УОО и натрийкатионирования.
Вариант 1 (рис. 1) - Na-катионирование (в фильтре 4) 20 ÷ 100 % расхода пермеата предпоследней ступени УОО (УОО-1ст. 2) перед подачей его на УОО последней ступени (УОО-2 ст. 8). Как показано на рис. 1, Na-катионированная часть пермеата УОО-1 ст. перед подачей на УОО-2 ст. смешивается с остальной частью пермеата УОО-1 ст. Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по стадиям УОО и Na-катионирования приведены в таблице 3.
Рис. 1.Схема двухступенчатого обессоливания воды с промежуточным натрий-катионированием пермеата УОО 1 ст.
Таблица 3. Показатели составов исходной и очищаемой воды по стадиям УОО и Na-катионирования
Вариант 2 (рис. 2) 0 Na- катионирование (в фильтре 4) 20 ÷ 100% расхода пермеата последней ступени УОО (УОО-2 ст. 8).
Рис. 2. Схема двухступенчатого обессоливания воды с дополнительным натрий-катионированием пермеата УОО 2 ст.
В таблице 4 приведены показатели составов исходной и очищаемой воды по стадиям УОО и Na-катионирования при подготовке добавочной воды котлов ВД.
Таблица 4. Показатели составов исходной и очищаемой воды по стадиям УОО и Na-катионирования при подготовке добавочной воды котлов ВД
Как видно из таблиц 3 и 4, содержание Ж и Na в обессоленной воде взаимосвязано. При повышении Ж в исходной воде увеличение доли Na-катионируемой воды возможно лишь при условии пониженного содержания в ней Na, так как Na-катионирование пермеата ООО 1 ст. или ООО 2 ст. приводит к тем большим концентрациям Na, чем выше содержание исходной Ж.
Граничные значения рассмотренных выше вариантов комбинированной обработки воды обусловлены показателями состава исходной воды, требуемыми показателями качества обессоленной воды и технико-экономической и технологической целесообразностью организации процессов ООО и катионирования в определенном диапазоне расходов обрабатываемой воды.
Рекомендуется диапазон расходов пермеата, подаваемого на Na- катионирование составляет 20 ÷ 100%.
Нижняя граница этого диапазона(20%) обоснована следующим.
При Na-катионировании меньшего расхода пермеата, например, 10% при том же качестве исходной воды, что и при 20%-ном катионировании пермеата, состав получаемой смеси уже не соответствует требуемому качеству добавочной воды котлов ВД по Ж или по Ж и Na (в таблице выделено). При более низком содержании в исходной воде Ж 1,0 мг<экв/дм 3 (ниже, чем при 20% катионировании) требуемое качество обессоленной воды обеспечивается как одним двухступенчатым ООО (то есть без Na-катионирования части расхода пермеата), так и обратноосмотическим обессоливанием 90% расхода пермеата в сочетании с катионированием 10% расхода пермеата. Но в последнем случае это не обосновано по технико-экономическим соображениям, так как нерационально создавать узел катионирования с регенерационным хозяйством для обработки всего 10% расхода пермеата.
Верхняя граница этого диапазона 100% обоснована следующим. При 100% катионировании достигается максимальный эффект очистки в результате сложения технологических возможностей УОО (100% расхода пермеата) и катионирования, которые в определенном диапазоне содержания жесткости и натрия способны максимально обеспечить требуемое качество добавочной воды. Как видно из таблиц 3, 4 при дальнейшем увеличении Na и/или Ж в исходной воде даже 100% катионирование уже не обеспечивает требуемое качество добавочной воды котлов ВД.
Литература:
1. Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. - Теплоэнергетика, 2000, № 7, с.20-22.
2. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды. Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. - Электрические станции, 2002, № 6, с. 63-66.
3. Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО-166 на Нижнекамской ТЭЦ1. Ходырев Б.Н. и др. Электрические станции, 2002 № 6, с 5462.
4. Патент RU № 2129527, 6 C 02 F 1/00, 1996.
5. В.И. Федоренко, И.Е. Карякин, С.Е.Бурковский. Производство ультрачистой воды с применением двухступенчатого обратного осмоса. Серия. Критические технологии. Мембраны, 2004, № 4 (24), с. 115.
Technology of deep reverse osmotic desalination fresh and salt water
In contrast to the known technology, the article proposes a more efficient technology of deep desalination of natural fresh and salt waters in technical and economic terms.
Keywords: desalination, fresh water, salt water, water preparation, desalinated water quality.
Abdullayeva Gulshan, candidate of technical Sciences, associate Professor of power Engineering, Azerbaijan State Oil and Industry
University (ASOIU). AZ 1010 Azerbaijan, Baku, Azadlig Ave., 20. Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Malakhov Gleb Igorevich, Deputy Director of «Inaqua Thech». Moscow, Russia, 107023, Elektrozavodskaya St., 24. E<mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Журнал «Вода Magazine», №2 (126), 2018 г.
