Опреснение воды обратным осмосом
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»
УралЭНИН
Кафедра ТЭС
Реферат по дисциплине:
Природоохранные технологии на ТЭС
Обратный осмос.
Преподаватель:
Потапов В. Н.
Студент :
Масленников Г. Е.
Группа Эн-330801
Екатеринбург
Мембранные технологии обессоливания воды значительно отличаются от химического обессоливания. Современные мембранные технологии, применяемые для водоснабжения и водоотведения, включают четыре вида: микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию и гиперфильтрацию (обратный осмос). Мембраны этих видов отличаются размером пор мембран и соответственно размером задерживаемых примесей.
Основные параметры и характеристики различных видов мембранной фильтрации[3]
| Характеристика | Микро-фильтрация | Ультра-фильтрация | Нано-фильтрация | Обратный осмос |
| Материал | Полиамид, полипропилен, полисульфон, керамика | Целюлоза, полисульфон, керамика | Целюлоза,тонкопленочные композитные материалы | Целюлоза,тонкопленочные композитные материалы, полисульфон |
| Размер пор (микрон) | 0,01-1 | 0,001-0,01 | 0,0001-0,001 | <0,0001 |
| Размер удаляемых молекул (дальтон) | >100000 | 2000-100000 | 300-1000 | 100-300 |
| Рабочее давление (бар) | <2 | 1,5-7 | 3,5-20 | 15-70 |
| Удаление взвешенных частиц | Да(очень мелкие частицы, крупные коллоиды, эмульсии) | Да(коллоиды) | Да | Да |
| Удаление растворенных органических веществ | Нет | Да | Да | Да |
| Удаление растворенных неорганических веществ | Нет | Нет | 20-85%(соли жесткости) | 95-99% |
| Удаление микроорганизмов | Цисты простейших, большие бактерии, водоросли | Цисты простейших, бактерии, водоросли, вирусы | Все микроорганизмы | Все микроорганизмы |
1 дальтон=1/12 массы изотопа углерода
Необходимо иметь в виду, что мембранные технологии очистки воды экономически целесообразны, как правило, при низком качестве исходной воды в 2…4 раза худшем, чем средняя вода[1]. В отличие от традиционных методов (насыпные фильтры, аэрация, химобработка. обеззараживание), требующих больших площадей, многошаговой технологии обработки, значительного количества эксплуатационного персонала, мембранные технологии имеют следующие преимущества[3]:
1) компактность оборудования (например, один модуль ультрафильтрации диаметром 250 мм и длиной 1700 мм имеет производительность от 2,5 до 7 м3/ч);
2) простота наращивания мощностей ввиду модульной конструкции оборудования;
3) надежная барьерная фильтрация;
4) достаточно низкое энергопотребление;
5) возможность получения качественной фильтрации на одном шаге обработки воды (получение питьевой воды из поверхностной и подземной воды);
6) получение питьевой и индустриальной воды из морской воды;
7) минимальное использование химикатов
8) возможность полной автоматизации процессов обработки и контроля качества воды;
Опреснение воды обратным осмосом
(опреснение воды гиперфильтрацией)
Применение обратного осмоса в энергетике для приготовления добавочной воды котлов в нашей стране началось в 1989 году введением в эксплуатацию установки производительность 50 кубометров воды в час на Зуевской ГРЭС (г. ЗуГРЭС, Донецкая область). За истекшие годы на крупных энергетических объектах были введены в эксплуатацию до 10 обратноосмотических установок, имеющих производительность 50 кубометров воды в час и более. Результаты внедрения данных установок подтвердили, что они обеспечивают практически безреагентное солесодержание на уровне 96-98%, просты в эксплуатации, имеют длительный цикл непрерывной работы[2].
Обратно осмотический метод основан на следующем явлении. Если в сосуде между пресной и соленой водой поместить полупроницаемую перегородку, способную пропускать воду и задерживать гидратированные ионы растворимых в воде солей, то можно наблюдать, как пресная вода начинает поступать в отсек с соленой водой. Переток чистой воды происходит вследствие разницы концентрации жидкости по обеим сторонам перегородки. Через некоторое время уровень пресной воды станет заметно ниже уровня соленого раствора. Разница уровней после установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворенного вещества. Процесс самопроизвольного перетекания менее концентрированного раствора в более концентрированный через полупроницаемую перегородку называют осмосом. Если создавать в соленом растворе давление, превышающее осмотическое, то возникает перетекание молекул пресной воды в направлении, обратном ее естественному движению, т. е. вода из раствора начинает перетекать через перегородку в пресную воду. Такой процесс известен под названием обратного осмоса.
Таким образом, опреснение соленой воды методом обратного осмоса основывается как раз на процессе перетекания молекул чистой воды из раствора при создании давления, превышающего осмотическое, в направления от раствора к пресной воде через полупроницаемую перегородку.
Полупроницаемая перегородка выбирается с таким расчетом, чтобы через ее поры могли проходить молекулы воды, но не могли проходить ионы солей, растворенных в соленой воде. Поскольку ионы солей в размере примерно в 1.5 раза больше, чем молекулы воды, то это осуществить (в техническом смысле) вполне возможно. Так как молекулы воды способны протекать через поры, слишком узкие для прохождении ионов солей, то эти явление называется еще и гиперфильтрацией (сверхфильтрацией). Поэтому в литературе метод опреснения воды обратным осмосом некоторые исследователи называют методом опреснения воды гиперфильтрацией.
Установки такого типа могут быть выполнены в виде металлических плит, стягивающих пакеты пластин из пористой бронзы, по обеим сторонам которых расположены полупроницаемые перегородки - мембраны. Соленая вода подается под давлением порядка 10,0 МПа в пространство между двумя мембранами. Пористые бронзовые плиты выдерживают огромное давление и одновременно служат дренирующей системой, через которую проходит пресная вода.
Опыт эксплуатации установки обратного осмоса Новосибирской ТЭЦ-2[4]
Установка обратного осмоса (УОО) производительностью 100 м3/ч предназначена для подпитки энергетических котлов давлением 9,8 и 13,8 МПа Новосибирской ТЭЦ-2 обессоленной водой.
В состав УОО входит следующее оборудование, механические фильтры, загруженные гидроантрацитом и кварцевым песком, фильтры тонкой очистки (20 и 5 мкм), повысительные насосы GRN 64-6, две мембранные обратноосмотичсские установки (мембраны производства фирмы Hydranautics) производительностью ПО 50 м /ч каждая, катионитовые (КУ-2-8) и анионитовые (АВ-17-8) фильтры, узлы регенерации, нейтрализации, химической промывки мембран, ввода биоцида в исходную воду, ввода аммиака в обессоленную воду, сбора и откачки дренажных вод, система автоматического управления оборудованием и контроля за его работой, баки запаса обессоленной воды (БЗК). Технологические процессы на УОО полностью автоматизированы. Оборудование УОО (трубопроводы, баки, механические и ионообменные фильтры) выполнены из полимерных материалов.
Исходная вода на установку обратного осмоса поступает из химического цеха ТЭЦ-2, где обрабатывается по схеме: известкование с коагуляцией в осветлителях, осветление на механических фильтрах, параллельное Н — Na-катионирование на фильтрах первой ступени, декарбонизация, баки декарбонизированной воды. Исходной водой для химического цеха является вода р. Обь.
До ввода УОО в эксплуатацию исходная вода в химическом цехе дополнительно подвергалась обработке о схеме магнезиального обескремнивания в осветлителях, Na-катионированию на фильтрах второй ступени. Химически очищенной водой подпитывались котлы давлением 9,8 МПа. Подпитка котлов 13, 8 МПа осуществлялась конденсатом очереди 9,8 МПа. Таким образом, наиболее экономичное оборудование давлением 13,8 МПа нельзя было эксплуатировать без включения в работу оборудования 9,8 МПа.
Качество исходной воды модулей обратноосмотической установки, определенное как среднее за месяц соответствовало требованиям проектных решений, а именно: жесткость до 85 мкг-экв/дм3, содержание растворимой кремнекислоты до 4 500 мкг/дм3, рН = 9,2…9,8, содержание натрия до 35 500 мкг/дм3. Коллоидный индекс перед мембранами УОО находился в пределах от 1,9 до 2,67 и соответствовал нормативным требованиям.
Селективность мембран после трех лет эксплуатации для модуля № 1 составляет 91,7 % и для модуля № 2 — 90,77 %. Эти показатели ниже паспортных значений селективности мембран (около 98 %) и значений, которые были получены через 6 мес после ввода УОО в эксплуатацию (93,7…94,8 %). Снижение селективности мембран повысило ионную нагрузку на ионитовые фильтры.
Собственные нужды УОО на периодическую прокачку воды через мембраны при остановке и простое модулей составляли 4,0... 15,3% количества исходной воды и зависели от часовой производительности УОО. С сокращением времени простоя модулей в резерве расход воды на собственные нужды УОО уменьшался. Промывочные воды мембран (с учетом их хорошего качества и количества) целесообразно использовать повторно для подпитки теплосети.
Антискалант (ингибитор отложения минеральных солей) в исходную воду перед мембранами не вводился и проектом не предусматривался.
Основанием для проведения химической промывки мембран являлись снижение расхода и давления концентрата и повышение давления на напоре насоса подачи воды на мембраны. При промывке использовались соляная кислота, гидроксид натрия, пероксид вдорода. На проведение химической промывки одного модуля были израсходованы следующие реагенты: 3,0 л соляной кислоты, 10 кг гидроксида натрия, приблизительно 3,0 кг пероксида водорода. Расход обессоленной воды составлял 40 м3. Химическая промывка модуля проводилась в течение 6...7 ч (с момента остановки до включения в работу).
Выводы:
1.Установка обратного осмоса в течение трех лет работает в качестве основной водоподготовительной установки подпитки котлов в автоматическом режиме. При работе двух модулей обеспечивается проектная производительность установки 100 т/ч. За время эксплуатации серьезных нарушений, приводящих к ограничению по выработке обессоленной воды, не выявлено.
2.Качество обессоленной воды стабильно соответствует требованиям, предъявляемым ПТЭ к воде для питания котлов давлением 13,8 МПа:
Содержание кремниевой кислоты, мкг/дм3......16…61
Содержание натрия, мкг/дм3............................11…36
Удельная электропроводность, мкСм/см.......0,2…0,5
3.Система автоматизации (с учетом состояния технологического оборудования) работает надежно.
4.Себестоимость обессоленной воды УОО ниже,чем на обессоливающих установках, работающих по схеме двухступенчатого химического обессоливания на ТЭЦ г. Новосибирска.
5.Ввод в эксплуатацию УОО позволил повысить эффективность работы ТЭЦ-2. благодаря возможности работы в основное время года только экономичного оборудования давлением 13,8 МПа, сократить внутристанцонные потери конденсата, значительно улучшить, водно-химический режим ТЭЦ.
Список литературы
[1]Пугач Л.И. Энергетика и экология: Учебник. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. C. 301
[2] Экономические аспекты применения обратноосмотической и ультрафильтрационных технологий в энергетике/ Е.Б. Юрчевский, А.Г. Первов// Энергосбережение и водоподготовка. -2004.-№3.-С.17
[3] А. А. Тенденции и перспективы применения мембранных технологий в системах водоснабжения и водоотведения / А. А. Белогорский, В. К. Лапшин // Энергосбережение и водоподготовка. – 2006. – № 3. – С. 10
[4] Абрамова И. А. Опыт эксплуатации установки обратного осмоса Новосибирской ТЭЦ-2 / И. А. Абрамова, С. А. Чернов, В. М. Майков, О. А. Дойнеко, Б. В. Устинов, Е. В. Вильмс // Теплоэнеретика. – 2008. – № 5. – С. 69-71