Методы очистки, позволяющие из сточных вод получить воду питьевого качества

Ориентируясь на отечественную аппаратуру, выберем аппараты рулонного типа. Среди них наиболее перспективны аппараты, каждый модуль которых состоит из нескольких совместно навитых рулонных фильтрующих элементов (РФЭ). Такая конструкция позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление дренажа потоку пермеата благодаря тому, что путь, проходимый пермеатом в дренаже, обратно пропорционален числу совместно навитых РФЭ.

Аппарат состоит из корпуса 1, выполненного в виде трубы из нержавеющей стали, в которой размещается от одного до четырех рулонных модулей 8. Модуль формируется навивкой пяти мембранных пакетов на пермеатоотводящую трубку 6. Пакет образуют две мембраны 11, между которыми расположен дренажный слой 13. Мембранный пакет герметично соединен с пермеатоотводящей трубкой, кромки его также герметизируют, чтобы предотвратить смешение разделяемого раствора с пермеатом. Для создания необходимого зазора между мембранными пакетами при навивке модуля вкладывают крупноячеистую сетку-сепаратор 12, благодаря чему образуются напорные каналы для прохождения разделяемого раствора.

Герметизация пермеатоотводящих трубок в аппарате обеспечивается резиновыми кольцами 7. Герметизация корпуса осуществляется с помощью крышек 3, резиновых колец 10 и упорных разрезных колец 2, помещаемых в прорези накидного кольца 1, привариваемого к корпусу 4.

Исходный раствор через штуцер поступает в аппарат и проходит через витки модуля (напорные каналы) в осевом направлении. Последовательно проходя все модули, раствор концентрируется и удаляется из аппарата через штуцер отвода концентрата. Прошедший через мембраны пермеат транспортируется по дренажному слою к пермеатоотводящей трубке, проходит через отверстия в ее стенке и внутри трубки движется к выходному щтуцеру.

С целью предотвращения телескопического эффекта (возникающего вследствие разности давлений у торцов модулей и приводящего к сдвигу слоев навивки и осевом направлении) у заднего торца модуля устанавливают антителескопическую решетку 5, в которую он упирается.

Байпасирование жидкости в аппарате предотвращено резиновой манжетой 9, перекрывающей зазор между рулонным модулем и внутренней стенкой корпуса.

Рис. 10 Схема устройства аппарата рулонного типа:

1 - накидное кольцо; 2 - упорное кольцо; 3 - крышка; 4 - корпус; 5 - решетка; 6 - трубка для отвода пермеата; 7 -- резиновое кольцо; 8 - рулонный модуль; 9 - Резиновая манжета; 10 - резиновое кольцо; 11 - мембраны; 12 - сетка-сепаратор; 13 - дренажный слой

 

 

 

Технологическая схема установки для концентрирования растворов с применением обратного осмоса

 

Рис. 11.

1 - емкость для исходного раствора. 2 - насос низкого давления; 3 - фильтр; 4 - насос высокого давления; 5 - аппараты обратного осмоса; 6 - теплообменник, 7 - выпарной аппарат; 8 - емкость для упаренного раствора.

4.4 Технологическая и экономическая оценка рассматриваемого оборудования

 

Совершенствование процесса опреснения и снижение затрат на выработку воды прежде всего направлено на уменьшение расходов энергии. Анализ эффективности схем различных способов опреснения, работающих на морской воде одинакового качества, показывает, что расход энергии для них неодинаков. В то же время каждый из способов в зависимости от параметров процесса, конструкции опреснителя, компоновки схемы, утилизации отработанной энергии имеют различные значения ее потребления.

На опреснение термической дистилляцией эти затраты складываются из ее потребления в головном подогревателе, ступенях установки, парокомпрессионной и эжекционной схемах.

Тепловая экономичность поэтому зависит как от технологических, так и от конструктивных факторов. Ее определяют число ступеней установки, которое должно быть оптимальным, располагаемый теплоперепад, гидродинамика потоков и интенсивность теплообмена, способ водоподготовки.

Сопоставить опреснители дистилляционного типа и получить достоверные данные по их эффективности довольно сложно, так как это связано с конструктивным различием установок принципом организации процесса, одно- или многоцелевым назначением, стоимостью тепловой, электрической энергии и топлива. Тепловую эффективность принято выражать коэффициентом так называемой относительной выработки (коэффициентом продуктивности), который определяется как отношение количества произведенного дистиллята к затраченным теплоте или греющему пару. В последнее время в целях сравнения различных способов опреснения и дистилляционных установок введен коэффициент энергетической эффективности ηэ. Он характеризует отношение произведенной пресной воды на каждые 1000 кДж затраченной энергии топлива. Этот показатель в отличие от относительной выработки, рассчитанной по количеству теплоты, вводимой на головном подогревателе или на первой ступени, учитывает ее расход на эжектор, приводы насосов, т.е. все затраты топлива на получение первичной энергии.

Несмотря на наличие, однозначно влияющих показателей, приводимые данные следует принимать как ориентировочные, позволяющие относительно судить об экономических достоинствах рассматриваемых схем. Наиболее правомерно производить сравнение дистилляционных и других установок по однофункциональному признаку с последующим анализом показателей различных типов.

В методике экономической оценки процесса опреснения нашел использование термодинамический (эксергетический) анализ в сочетании со стоимостными затратами, что позволило более строго определять стоимость производимой установками воды.

В 1993 г. опреснительными установками всех типов в Мире произведено 1891000м³/сут пресной воды, это на 22% выше, чем в 1980 г.

Количество пресной воды произведенной в 1992/93 гг. установками мгновенного вскипания в этом объеме 55.2% (против 28.3%) в 1990/91гг., обратноосмотическими 33.6% (46.4%), тонкопленочными с компрессией вторичного пара 3.8% (8.4%) и 7.4%- электродиализными. Такое распределение позволяет сказать, что наблюдавшийся большой интерес к установкам обратного осмоса, как обещавший более низкие энергозатраты и стоимость получаемой воды не вполне оправдал себя. Достаточно отметить, что большинство фирм, производящих мембранные модули не сумели достичь их высокой эксплуатационной надежности и низкой стоимости.

В установках, где опресняется морская вода, преобладают модули фирмы «Дюпон» (48.7%) и «Тойобо» (36.9%). За десять лет лидерство установок мгновенного вскипания-3.1%,в то время как обратно-осмотических-2.4%. Доля остальных установок в производстве пресной воды из морской незначительна, что во многом объясняется стоимостью производимого продукта.

Распределение опреснительных установок различного принципа действия показывает, что преобладающее значение остается за дистилляционными установками мгновенного вскипания, и если при большой производительности этот тип опреснителя имеет явные преимущества, то при потребностях в воде от 1000 до 5000м3/сут конкурентоспособным может стать обратноосмотический комплекс.

Технологическое совершенство процесса обратного осмоса, достигнутое в последние годы за счет создания мембранных модулей с высокой селективностью и высоким выходом по воде, расширяет сферу использования установок этого типа для опреснения как морской воды, так и солоноватых вод. Наиболее широко они используются при производстве воды питьевого качества и очистке промышленных стоков.

 

4.5 Промышленные системы водоподготовки

 

ООО "Осмос" с 1999 года занимается проектированием и производством систем очистки воды на основе обратного осмоса и ультрафильтрации под торговой маркой СОМ.

Системы ультрафильтрации удаляют микроорганизмы, коллоидные частицы, органические соединения, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Системы обратного осмоса обладают самой высокой селективностью и задерживают 99 % всех примесей, включая железо, тяжелые металлы, органические вещества, растворенные ионы, а также все бактерии и вирусы. Обратный осмос эффективен для удаления гуминовых соединений, которые придают воде цветность и ухудшают вкусовые качества, и которые трудно удалить другими методами. Системы обратного осмоса незаменимы для снижения общей минерализации соленой воды (обессоливания).

Двухступенчатый обратный осмос позволяет получить дистиллированную и деминерализованную воду с электрическим сопротивлением более 1 МОм при минимальных эксплуатационных затратах.

Системы деионизации воды на основе одно- или двухступенчатого обратного осмоса с последующей глубокой деионизацией на ионообменных смолах предназначены для получения ультрачистой деионизованной воды с электрическим сопротивлением до 18.2 МОм.

Системы обратного осмоса СОМ прекрасно себя зарекомендовали для очистки воды из скважин и колодцев и для очистки водопроводной воды в коттеджах и квартирах Санкт-Петербурга, Ленинградской области и других регионов России.

Системы обратного осмоса и ультрафильтрации СОМ успешно эксплуатируются для очистки воды в различных отраслях промышленности:

Системы очистки воды (на основе обратного осмоса, ультрафильтрации) для розлива воды и производства безалкогольных напитков ("Полюстрово", "Хваловские воды", "Кристальный источник", "Бона Джус", "Колорит-Lida", "Роса", "Недроинвест", "Тригон").

Системы водоподготовки (на основе обратного осмоса) для производства алкогольных напитков ("Национальный винный терминал", "Петроспирт", "Алкона", "Ладога", "Идальго").

Мембранные системы очистки воды для пищевой промышленности ("Равиоли", "Пищекомбинат Лужковский", "Мясные деликатесы", "Куриное Царство").

Мембранные системы очистки воды для молочной промышленности ("Пряжинское").

Системы деионизации воды (на основе одноступенчатого и двухступенчатого обратного осмоса) для микроэлектроники и электронного приборостроения ("Морион", "Софтмедиа", "Электросила").

Системы деионизации воды для гальванического производства ("Упаксервис").

Системы получения очищенной и дистиллированной воды для фармацевтики и лабораторий ("Фармакон", "РОСБИО", "Люми", "ЛБМ").

Мембранные дистилляторы для химической промышленности ("Петрохимторг").

Системы деминерализации воды для линий порошковой окраски ("Электропульт", "АлМет", "Отрадненский ремонтник").

Системы водоподготовки для линий гидроабразивной резки ("Теплообменник", "Псковский завод механических приводов").

Системы водоочистки для офисных и торгово-развлектальных комплексов ("Планета Нептун" (океанариум), "Гранд Каньон").

"Научно - Производственный Центр промышленной очистки воды" - производит мембранные станции очистки различных продуктов (см. применение технологий), работающие по методу обратного осмоса, нанофильтрации, ультрафильтрации, микрофильтрации серий - RO, NF, SW, UF, MF.

Области применения:

Медицина и фармацевтика - очищенная вода для гемодиализа и перитониального диализа, ультрачистая и апирогенная вода для фармацевтического производства;

Питьевое водоснабжение - обессоливание, умягчение, обеззараживание, осветление, обезжелезивание, улучшение органолептических показателей качества питьевой воды;

Химическая промышленность и лабораторное применение - вода любой степени очистки от дистиллированной до требуемого уровня;

Промышленность - применяется при производстве текстиля, тепло и электроэнергии, целлюлозы, бумаги, электрогальванической окраске, фильтрации различных веществ и т.д.;

Пищевая промышленность питьевая вода - очистка, подготовка, обеззараживание, коррекция химического состава воды; пиво - "полировка", холодная стерилизация, осветление, брожение дрожжей; алкогольные напитки - фильтрация; пищевые добавки - разделение биологически активных веществ, концентрирование; молочное производство - концентрирование, извлечение, деминерализация, фракционирование; соки, сиропы, экстракты - очистка, концентрирование, осветление, холодная стерилизация; пищевые красители, эссенции, консервы - очистка, концентрирование, осветление, холодная стерилизация; сахарный сироп - осветление, очистка, повышение содержания фруктозы и снижение калорийности; рассолы и бульоны - концентрирование бульонов, регенерация тузлука.

 

Обратный осмос для бытового использования (вместо заключения)

 

Проблему «где взять чистейшую питьевую воду» каждая семья решает по-своему.

Общеизвестно, что водопровод в любой городской квартире не является источником воды кристальной чистоты. Даже при условии полного ее соответствия нормам СанПиН. Разумеется, городские власти утверждают, что водопроводная вода полностью соответствует всем санитарным нормам, но со стороны властей, как это часто бывает, имеет место некоторое лукавство.

Во-первых, степень соответствия воды нормам определяется не на выходе из крана, а в той точке, где вода, покидая водоочистные сооружения, попадает в водопроводную сеть. Так принято везде - уследить за качеством воды в каждой конечной точке просто невозможно.

Между тем, вода, проходя по сети к крану, может значительно ухудшиться. В теории все выглядит хорошо: поскольку в сеть вода подается под давлением, значит, в нее извне ничего попасть уже не должно. В реальной жизни мы имеем дело с не менее реальным водопроводом, в котором кое-где и трубы сильно поржавели, и течи имеются, и давление может не просто снижаться, а падать ниже внешнего уровня. Так, например, бывает в часы пикового потребления воды в многоэтажных жилых домах: насосы подкачки, обеспечивая необходимый напор в доме, могут создавать разрежение в водоподводящей магистрали - там-то и подсасывается грязь. Последствия падения давления нетрудно представить, если вспомнить, что канализационные коммуникации обычно проходят неподалеку и тоже не блистают стопроцентной изолированностью.