Импортозамещающая задача модернизации имеющихся технологических решений по очистке воды с применением конструкций мембранных аппаратов нового поколения

Ковалев Сергей Владимирович; Горбачев Александр Сергеевич; Лазарев Сергей Иванович; Попов Роман Викторович

УДК 66.081.6

ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩАЯ ЗАДАЧА МОДЕРНИЗАЦИИ ИМЕЮЩИХСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНСТРУКЦИЙ МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Ключевые слова: технологическая схема; модернизация; аппарат; мембрана; раствор.

Предложена модернизация имеющихся технологических решений по очистке воды ВОС-300 с применением мембранных аппаратов нового поколения, позволяющих интенсифицировать разделение и очистку воды на финишном этапе ее обработки.

В настоящее время перед государством стоит острая задача переориентации отечественных производств с зарубежных промышленных систем очистки воды на отечественные. Это происходит в эпоху применения в целых секторах экономики к РФ жестких санкций со стороны западных компаний.

Данная проблема может решаться использованием в технологических решениях по очистке воды В0С-300 проекта «ОАО ИК «НИИ КВОВ» изготовителя «Завод коммунального оборудования», г. Тамбов [1] вместо имеющихся в схеме обратноосмотических аппаратов иностранного производства конструкций перспективных мембранных устройств отечественной разработки [2-4].

Применение разработанных мембранных аппаратов, показанных в работах [2-4], для технологической схемы по очистке вод ВОС-300 (рис. 1) позволит: увеличить турбулизацию раствора в камерах мембранного разделения и, соответственно, снизить эффект концентрационной поляризации у поверхности мембран, что в свою очередь скажется на общем выходе потока пермеата.

Описание работы установки (рис. 1). Вода из артезианских скважин при помощи насосов Н-1, Н-2, расположенных под павильонами 1.1, 1.2, по системе трубопроводов подается на ВОС-300 в резервуар исходной воды, разделенный на две равные части 2.1 и 2.2 объемом по 20 м3 каждая исходя из конструктивных

Рис. 1. Технологическая схема по очистке вод ВОС-300 на примере объекта «Вахтовый поселок для временного размещения персонала МЛСП «Приразломная» на Варандее»

1795

соображений, которые работают по принципу сообщающихся сосудов [1].

Из резервуаров исходной воды 2.1, 2.2 (рис. 1) при помощи насосов Н-3, Н-4 (первый - рабочий, второй -резервный) вода поступает по трубопроводу исходной воды на оснащение системы водоподготовки, создавая при этом давление, необходимое для требуемого уровня функционирования системы [1].

Необходимым условием для нормальной работоспособности оборудования водоподготовки установки определено наличие после насосной станции клапана понижения давления (предохраняющего оборудование водоподготовки от скачков давления) [1].

При необходимости экстренного заполнения пожарных резервуаров поселка (рис. 1) предусмотрена возможность подачи артезианской воды по специальному трубопроводу (экстренного заполнения пожарных резервуаров поселка) с прохождением воды только через фильтры грубой очистки (сетчатый фильтр 3.3) сразу в водопроводную сеть, переключение потоков осуществляется при помощи кранов шаровых с электроприводом [1].

Вода (рис. 1), перекачиваемая насосами из артезианских скважин, поступает на очистку, предварительно пройдя через сетчатые фильтры 3.1, 3.2, предназначенные для предварительной очистки воды от растворенных взвешенных веществ [1].

Пройдя фильтры грубой очистки (рис. 1), вода подается в аэрационную колонну 5.1 и 5.2. Для увеличения интенсивности обезжелезивания и деманганации в воду подается сжатый воздух при помощи компрессора. Импульсный расходомер контролирует включение и выключение компрессора (при отсутствии расхода воды производится автоматическое отключение компрессора). В аэрационной колонне 5.1, 5.2 совершается перемешивание обрабатываемой воды с кислородом воздуха и происходит окисление железа, находящегося в ионной форме. Образующиеся в процессе барботажа воздухом возможные газы и избыточный воздух удаляются через автоматический деаэрационный клапан [1].

Железо и марганец полностью окисляются и переходят в форму нерастворимых соединений на фильтрах 6.1-6.3 (рис. 1) на поверхности фильтрующей загрузки 7.1-7.3 <ФМ-20 МЖФ». В качестве поддерживающего слоя применяется гравий 3-5 мм. Данные фильтры 6.16.3 оснащены элементами отбора проб воды и контроля давления на выходе и входе [1].

Вода, пройдя фильтры первой ступени (рис. 1), по трубопроводу поступает на фильтры 6.4-6.6 второй ступени для дальнейшей очистки, которые загружены гранулированным активированным кокосовым углем 8.1-8.3, где из воды удаляются органические загрязнения, хлор и его соединения, а также исчезают неприятные запахи и привкусы [1].

Затем вода проходит через мешочный фильтр 9.19.3 (рис. 1) тонкой фильтрации, где задерживаются механические примеси свыше 5 мкм (защита от периодически выносимых мельчайших частиц активированного угля с предыдущей ступени очистки) [1].

Перед ступенью обратноосмотического разделения воды отметим, что исходная вода характеризуется высоким содержанием растворенных в ней солей, в т. ч. хлоридов и сульфатов (до 5 г/л) [1].

Далее вода после фильтра тонкой очитки (рис. 1) подается в обратноосмотические аппараты 10.1 и 10.2, представленные в патентах РФ № 2411986, 2403957, 2447930, которые применяются также с наложением электрического поля, при необходимости выделения катионов и анионов [2-4].

Аппарат, представленный в патенте РФ № 2411986 (рис. 2), применяется в случае большого расхода исходной воды, необходимой для разделения, т. к. имеет увеличенную площадь фильтрации [2].

Конструкции устройств для мембранной обработки воды плоскокамерного типа (патенты РФ № 2403957, 2447930) (рис. 3-4) используются в том случае, когда необходимо получить более идеальные коэффициенты задержания растворенного вещества по сравнению с рулонным аппаратом, тем более что в них легче проводить процедуру чистки мембран от солей жесткости [3-4].

Рис. 2. Электробаромембранный аппарат рулонного типа: 1 - корпус; 2 - раствороотводящая трубка; 3 - прикатодная или при-анодная мембрана; 4 - устройство для подвода электрического тока; 5 - дренажная сетка; 6 - щелевидная пластина; 7 - сетка турбулизатора

1796

Рис. 3. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа: 1, 2 - камера корпуса с «впадиной» и «выступом»; 3 - фланец корпуса; 4 - пластина; 5 - прокладка; 6 - устройство для подвода электрического тока; 7 - штуцер для отвода прикатодного (прианодного) пермеата; 8, 9, 10 - болт, гайка, шайба; 11, 12 - штуцера ввода и вывода разделяемого раствора; 13 - сетка-турбулизатор; 14 - монополярно-пористый электрод-пластина; 15 - мембрана; 16 - пористая подложка; 17 - дренажная сетка; 19 - переточное эллиптическое окно; 21, 22 - полимерный компаунд; 23 - канал; 25 - диэлектрический элемент; 26 - электрический провод; 28 - полимерная композиция; 29 - шпилька

Рис. 4. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа: 1, 2 - диэлектрические камеры корпуса аппарата; 3 - фланец; 4 - металлическая пластина; 5 - прокладка; 6 - устройство для подвода постоянного тока; 7 - штуцер для отвода пермеата; 8 - болт; 9 - шайба; 10 - гайка; 11, 12 - штуцера; 13 - сетка-турбулизатор; 14 - дренажная сетка; 15 - мембрана; 16 - монополярный пористый электрод-пластина; 17, 28 - герметизарующие заливки; 18 - отверстия для болтов; 19 - переточные эллиптические окна; 20 - отверстия; 21, 22 - полимерные кампаунд; 23 - каналы для отвода пермеата; 26 - электрический провод; 29, 30 - каналы

1797

Применение данных аппаратов позволяет применять наложение электрического поля на мембранную систему и проводить периодическую переполюсовку электродов (реверс электродов), избавляя мембраны от наслоения солей жесткости, выпавших на мембране.

Расход воды, подаваемой на мембранные аппараты, должен быть на 30 % больше от номинальной производительности станции, т. к. в процессе обратного осмоса подаваемая на разделение исходная вода разделяется на фильтрат (пермеат) - практически чистую воду и концентрат (ретентат, ретант). Ретентат (сконцентрированный раствор) сбрасывается в систему канализации с последующей утилизацией в специальную скважину.

Фильтры первой 6.1-6.3 и второй ступени 6.4-6.6 промываются обратным потоком воды из емкости чистой воды по трубопроводу промывной воды при помощи насосов (Н-5 - Н-7).

Согласно паспортным данным для мембран МГА-95 и МГА-100 отечественного производства, применяемым в используемых аппаратах, степень очистки воды от растворенных солей для установки обратного осмоса составляет 95-100 %. Для уменьшения нагрузки на технологическое оборудование, увеличения производительности и корректировки минерализации (принято, что потребление практически полностью обессоленной воды вредно для здоровья) следует разбавлять очищенную воду - исходной (прошедшей фильтры первой и второй ступени) [1].

На представленной схеме имеется трубопровод для разбавления очищенной воды (линия разбавления ре-тентата), при этом сам процесс разбавления происходит в резервуарах очищенной воды. Потоки выбираются из соотношения для разбавления водой и определяется опытным путем при проведении пуско-наладо-чных работ и в результате проведения лабораторных анализов очищенной воды. При разбавлении очищенной воды на отводящих трубопроводах установлены два водосчетчика для контроля расхода [1].

После очистки вода по трубопроводу очищенной воды поступает в резервуар чистой воды, конструктивно разделенный на две равные части 11.1 и 11.2 объемом по 20 м3 каждая, которые функционируют по принципу сообщающихся сосудов [1].

Перед поступлением воды в резервуары очищенной воды 11.1 и 11.2 вода проходит обеззараживание, для чего в трубопровод очищенной воды по трубопроводу химических реагентов насосами-дозаторами Н-8, Н-9 (работают по сигналу датчика потока) из реагентного бака 13 подается определенное количество гипохлори-та натрия [1].

Из резервуаров очищенной воды 11.1 и 11.2 вода насосами Н-5, Н-6, Н-7 (2 рабочих, 1 резервный) подается на потребление. Концентрация растворенного хлора в трубопроводе очищенной воды проводится датчиком хлора 12, установленным перед подачей воды потребителю [1].

Качественные показатели очищенной воды на выходе из станции водоподготовки соответствуют требо-

ваниям СанПиН 2.1.4.1175-02 при выполнении требований к воде, подаваемой на аппаратное оформление технологической схемы.

Для нормального функционирования технологического оборудования схемы установки используются средства автоматизации, отопления и вентиляции [1].

ВЫВОДЫ

1. В соответствии с новыми рекомендациями по импортозамещению представлено применение в известной технологической схеме по очистке воды ВОС-300 перспективных конструкций аппаратов для мембранного разделения растворов, работающих при условии предварительной очистки обрабатываемых растворов.

2. Представлены технологические особенности использования рекомендованных к внедрению мембранного аппарата рулонного типа, позволяющего работать с большим расходом раствора для разделения растворов для мембранных аппаратов плоскокамерного типа, которые позволят получать идеальные коэффициенты при разделении в тонких межмембранных плоских каналах и при периодической переполюсовке электродов избавляться от солей жесткости, налипших на мембрану.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проектная документация. Водопроводные сооружения для объекта: «Вахтовый поселок перевалочной базы для временного размещения персонала МЛСП «Приразломная» на Варандее» (генеральный директор - А.В. Гнипов; главный инженер проекта -А.С. Горбачев), раздел 12, подраздел 1. Том 12.1. 56 с.

2. Патент 2411986 Российская Федерация МПК В 01 Б 61/46. Элек-тробаромембранный аппарат рулонного типа / С.И. Лазарев, С.В. Ковалев, О.А. Абоносимов, З.А. Ансимова, К.С. Лазарев; заявитель и патентообладатель ТГТУ. № 2008140591/12; заявл. 13.10.2008; опубл. 20.02.2011. Бюл. № 5. 6 с.: ил.

3. Патент 2403957 Российская Федерация МПК В01Б 61/42. Элек-тробаромембранный аппарат плоскокамерного типа / С.В. Ковалев, С.И. Лазарев, П.А. Чепеняк, А.Ю. Данилов, К.С. Лазарев; заявитель и патентообладатель ТГТУ. № 2009108996/12; заявл. 11.03.2009; опубл. 20.11.2010. Бюл. № 32. 7 с.: ил.

4. Патент 2447930 Российская Федерация МПК В 01 Б 61/42, В 01 Б 61/14. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа / С.В. Ковалев, С.И. Лазарев, Г.С. Кормильцин, К.С. Лазарев, Т.Д. Ковалева, Ю.А. Ворожейкин, А.В. Эрлих; заявитель и патентообладатель ТГТУ. № 2010144096/05; заявл. 27.10.2010; опубл. 20.04.2012. Бюл. № 11. 9 с.: ил.

Поступила в редакцию 23 сентября 2015 г.

Kovalev S.V., Gorbachev A.S., Lazarev S.I., Popov R.V. IMPORT REPLACING TASK FOR MODERNIZATION OF EXISTING TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR WATER PURIFICATION OF MEMBRANES APPARATUS OF NEW GENERATION

A modernization of existing technological solutions for water purification BOC-300 using membranes apparatus of new generation which allow to intensify the separation and purification of water at the final stage of its processing.

Key words: flow sheet; modernization; apparatus; membrane; solution.

Ковалев Сергей Владимирович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной геометрии и компьютерной графики, e-mail: [email protected]

1798

Kovalev Sergey Vladimirovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Applied Geometry and Computer Graphics Department, e-mail: [email protected]

Горбачев Александр Сергеевич, ОАО «Инжиниринговая компания «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды», г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат технических наук, руководитель проектного отдела, е-mail: [email protected]

Gorbachev Aleksander Sergeevich, CJSC "Engineering company "Scientific-research Institute of municipal water supply and water purification", Tambov, Russian federation, Candidate of Technics, Head of Project Department, е-mail: [email protected]

Лазарев Сергей Иванович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой прикладной геометрии и компьютерной графики, e-mail: [email protected]

Lazarev Sergey Ivanovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Head of Applied Geometry and Computer Graphics Department, е-mail: [email protected]

Попов Роман Викторович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра прикладной геометрии и компьютерной графики, e-mail: [email protected]

Popov Roman Viktorovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Post-graduate Student, Applied Geometry and Computer Graphics Department, е-mail: [email protected]

1799