Материалы III научно-практической конференции «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования» (стр. 11 )

Для эксплуатации установки важно прогнозировать снижение производительности и селективности мембран в процессе накопления осадка. При накапливании осадка в аппаратах определяется скорость осадкообразования в зависимости от количества образовавшегося осадка. Интегрирование полученной зависимости дает зависимость количества осадка от времени работы аппарата для заданных условий. Выбор времени, когда установку останавливают на промывку, зависит от количества накопленного осадка. Требуемое количество промывочного раствора и режим промывки подбираются на основе оптимизационных расчетов.

В зависимости от параметров установки (производительность, тип мембран, рабочее давление, выход фильтрата) и состава исходной воды технологический расчет позволяет определить: вид и марку необходимых реагентов; дозы реагентов и их расходы; снижение производительности установки с течением времени и рекомендуемое время работы установки до промывки, а также рекомендует инструкцию по эксплуатации и промывке.

Виды моющих растворов подбираются в зависимости от происхождения и состава исходной воды и наличия в ней потенциальных осадкообразующих веществ. Например, для подземной воды ожидается образование карбоната кальция и железистых отложений, реже – других малорастворимых солей (сульфата или силиката кальция). Для поверхностной воды наряду с карбонатом кальция характерны органические осадки и биологические обрастания. Скорость их образования исследована по той же методике.

В зависимости от состава исходной воды для любого типа установки специально разработанная специалистами компьютерная программа позволяет: подобрать наиболее эффективный реагент; определить дозы и годовую потребность в реагентах; выбрать технологию промывки; определить параметры установки; прогнозировать работу установки. Технологический расчет предполагает представить схему установки, определить входящие в нее узлы, выбрать оборудование, реагенты, расходные материалы, методы их применения.

В приведенных на рис. 5 таблицах представлены результаты обработки исходных данных (состава исходной воды и заданных параметров работы установки) и составления рекомендаций по выбору и применению реагентов. Пример ввода данных показан на рис. 5, а. Результаты технологического расчета установки показаны на рис. 5, б. На рис. 5, в представлена таблица рекомендаций по выбору и применению реагентов. На рис. 5, г показана инструкция по проведению химических промывок с применением реагентов «Аминат».

Рис. 5. Компьютерная программа расчета состава очищенной воды при нанофильтрации

а – введение показателей качества исходной воды и параметров установки: производительности, типа и числа мембранных аппаратов, степени извлечения пермеата; б – результаты расчета – технологические показатели; в – рекомендации по применению реагентов марки «Аминат»; г – инструкция по промывке мембранной установки

Однако современное дозирующее оборудование достаточно дорого. Для установок малой производительности (при дозировании не более 5 г/ч) насос-дозатор с расходной емкостью ингибитора оказывается экономически невыгодным и неудобным с точки зрения эксплуатации. Для обеспечения малых доз ингибитора требуется разбавление. При длительном нахождении разбавленного ингибитора в расходных баках происходит его бактериальное загрязнение. Жидкие ингибиторы обычно имеют низкое содержание продукта (порядка 20%), что усложняет их транспортировку и использование. Указанные недостатки современных жидких ингибиторов при их применении в установках малой производительности заставляют искать новые решения.

Для удобства эксплуатации небольших систем обратного осмоса авторами проведены исследования по разработке и получению твердого ингибитора с набором заданных свойств, по испытаниям эффективности его растворения в дозаторах специальных конструкций, а также по сравнительной оценке ингибирующих свойств [1, 2].

Разработанный продукт представляет собой смесь органических и неорганических соединений фосфора. По физическим свойствам он обладает достаточной скоростью растворения.

На рис. 6 приведены результаты сравнительных определений интенсивности осадкообразования карбоната кальция в аппаратах с обратноосмотическими мембранами. Значения скорости осадкообразования представлены в зависимости от кратностей объемного концентрирования исходной воды в аппарате. Расчеты скорости осадкообразования проведены для известного ингибитора Аминат и новых ингибиторов «Продукт 1» и «Продукт 2» дозами ингибиторов 5 и 10 мг/л. Интенсивность осадкообразования зависит от величины селективности мембран. В аппаратах с высокоселективными обратноосмотическими мембранами (99% и выше) накопление карбоната кальция идет значительно интенсивнее, чем в аппаратах с нанофильтрационными мембранами с величиной селективности на уровне 70%.

Для дозирования сухого ингибитора в исходную воду перед мембранными установками разработаны патроны-дозаторы, изготовленные на базе прозрачных корпусов-держателей патронных фильтров. Ингибитор засыпается в корпус патронного фильтра, и его расход фиксируется по уровню. По мере прохождения воды через патронный фильтр ингибитор медленно растворяется. Разработаны типоразмеры патронов-дозаторов для установок производительностью от 0,005 до 10 м3/ч. Скорость растворения ингибитора в патроне и доза ингибитора зависят от расхода воды. Для каждого типоразмера патрона-дозатора и типа ингибитора исследован режим растворения. На рис. 7 представлены зависимости дозы ингибитора в прошедшей через патрон воде от расхода. Различные составы ингибиторов («Продукт 1» и «Продукт 2») дают разные дозы. Зная дозу ингибитора и расход воды, проходящей через патрон, можно определить время работы патрона и максимальный объем пропущенной через патрон воды до полного растворения ингибитора.

Как показали исследования, оптимальная доза ингибитора для установок обратного осмоса находится в пределах 5–10 мг/л [1]. Поэтому для каждого требуемого номинального расхода подбирается патрон-дозатор и корректирующее дозу устройство, вставляемое в патрон. Разработанные патроны-дозаторы находят применение не только в качестве предфильтров в установках обратного осмоса. Для небольших объектов, например, автономных источников тепла и бойлерных мини-дозаторы эффективны для дозирования ингибиторов отложений в подпиточную воду котлов и ингибиторов коррозии в контуры горячей или охлаждающей воды.

Для прогнозирования качества воды, очищенной с помощью нанофильтрационных мембран, разработана специальная программа, которая позволяет для разных типов мембран определить концентрации различных ионов, а также значения цветности и перманганатной окисляемости в фильтрате и концентрате установок в зависимости от состава исходной воды, величины рабочего давления, выхода фильтрата (табл. 2).

Таблица 2

Показатель	Исходная вода	Тип мембран	Требования к качеству воды
NE70	NE90	RE BLN
выход фильтрата 50%	выход фильтрата 75%	выход фильтрата 50%	выход фильтрата 75%	выход фильтрата 50%	выход фильтрата 75%
Ф	К	Ф	К	Ф	К	Ф	К	Ф	К	Ф	К
Катионы, мг/л:
Са2+	400	300	500	320	640	136	660	204	976	16	780	32	1504	-
Mg2+	340	255	425	272	544	115,6	561	173,4	829,6	13,6	663	27,2	1278,4	-
Na++K+	1150	1069,5	1219	1104	1253,5	586,5	1702	908,5	1863	241,5	2058,5	460	3220	-
Fe2+	1,5	0,75	2,25	1,02	2,94	0,6	2,4	0,69	3,92	0,07	2,93	0,12	5,64	0,3
NH4+	1,5	1,27	1,73	1,38	2,91	0,48	2,13	0,96	2,55	0,18	2,82	0,35	4,97	0,5
Анионы, мг/л:
Cl–	1750	1662,5	1837,5	1680	1925	945	2537,5	1105	2730	332,5	3167,5	630	5110	350
SO42–	960	480	1440	576	2112	240	1670,4	297,6	2928	33,6	1881,6	96	3552	500
HCO3–	1220	732	1708	793	2501	719,8	1549,4	1024,8	1769	192,76	2244,8	366	3782	-
F–	10	6,3	13,7	6,7	19,7	3,8	16,2	7,2	18,2	0,7	19,3	1,25	36,2	1-1,5

Примечание: Ф – фильтрат, К - концентрат