СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЧНО ДЕМИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДЫ Российский патент 2006 года по МПК B01D61/00 C02F9/08 C02F1/42 C02F1/50 C02F1/52 C02F5/02 

Изобретение относится к области подготовки воды с использованием нанофильтрации и может быть использовано в энергетической, химической и других областях промышленности для получения питательной воды для энергетических котлов давлением 4,0 МПа и котлов утилизаторов кислотных производств, также относится к защите окружающей среды в области водопотребления и защиты рек от стоков, содержащих вредные химические вещества.

Одной из проблем донецкого региона является, с одной стороны, наличие большого количества засоленых шахтных вод, которые необходимо опреснять, а с другой стороны, - нехватка пресной воды в канале «Северский Донец-Донбасс». Рациональное использование водных ресурсов, поиски и внедрение новых технологий очистки природных и сточных вод - одна из главных проблем современности.

Существуют различные способы очистки исходной воды от примесей.

На Украине основным способом получения деминерализованной воды является ионный обмен и дистилляция. Ионный обмен широко применяется во многих отраслях промышленности для обессоливания воды с минерализацией до 2 г/л [1. Ю.С.Веселов, И.С.Лавров, Н.И.Рукобратский. Водоочистное оборудование, Ленинград, Машиностроение, 1985 г., с.21-24].

Для удаления карбонатной жесткости воды используют хорошо известные методы известкования, ионного обмена (Na-катионирование), подкисления. При высокой щелочности, магнезиальной твердости сточной воды или при высоком содержании в ней железа целесообразно использовать комбинированный способ смягчения воды: известкование с дальнейшим Na-катионированием. Обработка сточных вод известью приводит к значительному снижению количества загрязнений: взвешенных веществ на 90-95%, ХПК - на 65-94, БПК - на 77-94, фосфатов - на 80-90, а степень обеззараживания воды достигает 99%.

Недостатками ионного способа обессоливания являются ограниченность или невозможность использования природных вод с высокой минерализацией, значительные расходы химических реагентов и образование большого объема сточных вод. Природа ионного обмена такова, что требует для восстановления обменной способности ионитов расходов реагентов (кислота, щелочь, поваренная соль) в 3-5 раз выше стехиометрических расходов, т.е. на один грамм-эквивалент поглощаемых солей требуется 3-5 грамм-эквивалентов реагентов. Одновременно с увеличением расходов реагентов увеличиваются и удельные расходы на собственные нужды воды и электроэнергии. Расход воды на собственные нужды в виде высокоминерализованных сточных вод составляет 25-30% от общего объема обессоленной воды ионным способом.

В свете указанных выше недостатков большой интерес представляет безреагентный мемранный метод очистки воды - нанофильтрация.

Нанофильтровальные мембраны и нанофильтрация последние 5-10 лет широко используются в пищевой (обработка пива, минеральных вод, молока и др.), фармацевтической промышленности и биотехнологии. Кроме того, нанофильтрация используется для обработки природных и сточных вод. В частности, нанофильтрацией заменяют коагуляцию и фильтрацию, смягчают воду [2. Патент России №2222371, С 02 F 1/44, опубл. 27.01.27; заявка РФ №98100355, С 02 F 3/00, С 02 F 1/44, опубл. 10.01.2000 г.].

Нанофильтрация дает возможность удалять из воды 98-99% солей жесткости и другие малорастворимые неорганические соединения. С помощью нанофильтрации можно успешно решить проблему удаления соединений кремния и железа. В настоящее время на отдельных химических предприятиях и производствах отрасли уже накоплен положительный опыт в осуществлении этого направления. Однако отечественный опыт развития этого важного направления на химических производствах изучен недостаточно и редко применим на практике и не нашел промышленного применения при подготовке исходной воды как питательной для энергетических котлов давлением 4,0 МПа и котлов утилизаторов кислотных производств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является способ получения частично деминерализованной воды для питания энергетических котлов давлением 4,0 МПа и котлов утилизаторов кислотных производств, заключающийся в заборе речной воды, ее реагентной обработке в осветлителях при помощи известкования, флокуляции, частичной деминерализации методом ионного обмена на 1-й ступени Na-катионирования путем последовательного пропускания через Н-катионовый и ОН-анионовый фильтры [3. Книга: Н.А.Янковский, В.А.Степанов, Б.В.Кравченко «Создание замкнутой системы водообеспечения промышленного предприятия», ООО «Лебедь», Донецк - 2004 г., с.20-23].

В известном способе в результате катионирования жескость воды снижается, карбонатная жесткость полностью удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды.

Для загрузки Н-катионитового фильтра используют смолу КУ 2-8 сульфинированный полимер стирола с 8% дивенилбензола. ОН-анионитовые фильтры загружают слабоосновным анионитом - смолой Ан-31. После истощения емкости поглощения Н- катионитовые фильтры регенерируют серной кислотой высокой концентрации с предварительной регенерацией 6-8% раствором соли. Регенерация ОН-фильтров производится путем фильтрования через слой анионита раствора реагента NaOH.

Недостатком известной технологии являются негативное влияние на окружающую среду в регионе, высокая себестоимость получения питательной воды из-за больших расходов химических реагентов, смол на очистку воды и использования солей на регенерацию фильтров со сбросом отработанных отмывочных вод в окружающую среду, значительных расходов и потерь тепла при продувках котлов.

В известном способе, применяемом ранее на концерне, исходной водой для очистки служила дефицитная речная вода из канала "Северский Донец- Донбасс" с общим солесодержанием до 500 мг/л, с забором речной воды около 1000 м³/час. Большие удельные расходы на собственные нужды воды, тепла и электроэнергии приводили к снижению конкурентоспособности продукции предприятия на мировом рынке в условиях жесткой конкуренции.

Кроме того, из-за лимита питательной воды для подпитки ответственных производственных циклов использовали смесь частично деминерализованной воды и дистиллята испарительных установок. На концерне для получения дисциллята эксплуатировались две многоступенчатые испарительные установки с испарителями типа И-1000 мощностью по дистилляту 265 м³/час. Дистиллят этих установок с солесодержанием до 10 мг/л использовали как питательную воду для котлоагрегатов ГМ-50-1 с давлением 4,0 МПа. Исходной водой для предочисток испарительных установок служила смесь речной и регенерационных стоков ионообменных водоподготовок аммиаков с общей минерализацией 3÷4 г/л [3. Н.А.Янковский, В.А.Степанов, Б.В.Кравченко. «Создание замкнутой системы водообеспечения промышленного предприятия», ООО «Лебедь», Донецк - 2004 г., с.55-57].

К недостаткам испарительной технологии деминерализации воды прежде всего следует отнести высокую себестоимость получения дистиллята за счет высоких энергетических затрат и низкую мобильность по нагрузке.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения частично деминерализованной воды для получения питательной воды для котлов, исключающего забор речной воды, применяя в качестве исходной воды высокоминерализованные биологически очищенные сточные воды химического производства, ливневые стоки, шахтные воды и другие, создав при этом замкнутую систему водопотребления, используя для очистки воды от растворенных примесей безреагентную наномембранную технологию, обеспечивающую качество воды, соответствующее требованиям, предъявляемым к качеству питательной воды стандартом предприятия, предотвращая или существенно уменьшая при этом засоление водоисточников, экономя энергию.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения частично деминерализованной воды для питания энергетических котлов давлением 4,0 МПа и котлов утилизаторов кислотных производств, заключающемся в заборе исходной воды, ее последующей реагентной обработке в осветлителях при помощи известкования, флокуляции с дальнейшей фильтрацией механических и взвешенных частиц, частичной деминерализации ионообменом, согласно изобретению в качестве исходной воды используют биологически очищенные сточные воды химического производства, ливневые стоки, шахтные сточные воды и другие стоки или их смеси с общей жесткостью до 15 мг-экв/л и с общим солесодержанием 3÷4 г/л, с общим микробным числом до 10 тыс.ед./мл, воду дополнительно очищают от взвешенных частиц в 5-микронных картриджных фильтрах, частичную деминерализацию воды осуществляют путем нанофильтрации, проводя процесс разделения от растворенных примесей на нанофильтрационных мембранах со спектром фильтрации от 0,001 до 0,01 мкм при давлении 2,0 МПа до получения пермеата с солесодержанием 110 мг/л, последующего умягчения его на Na-катионитовых фильтрах до жесткости 10 мг-экв/л и подачи на деаэраторы котлов, отвода полученного концентрата на биохимочистку для очистки от микробиологических и азотсодержащих загрязнений, при этом исходную исходную воду хлорируют, добавляют раствор гипохлорита натрия, в осветленную воду вводят раствор антинакипина и раствор метабисульфата натрия, на вход картриджных фильтров дозируют серную кислоту в количестве, необходимом для поддержания рН воды 3,0÷7,0; перед умягчителями вводят раствор гидрооксида натрия; при снижении производительности нанофильтрационной установки на 10÷15% проводят очистку мембранных элементов путем подачи и циркуляции через мембраны моющих кислых и щелочных растворов; сточные воды после механических фильтров, нанофильтрационных машин и регенеративные воды после умягчителей сбрасывают в ливневую канализацию и направляют в водохранилище, после чего повторно используют в качестве исходной воды.

Сегодня на концерне создана уникальная система защиты окружающей среды в области водопотребления и защиты рек Донбасса от стоков, содержащих вредные химические вещества.

На технологические нужды химическому производству используют сбросовые воды: это биологически очищенные сточные воды. На территории концерна эти воды проходят очистку современным и совершенным методом, исключающим использование химических реагентов, которые вносили свою долю вредного воздействия на окружающую среду.

Использование в качестве исходной воды биологически очищенных сточных вод химического производства, шахтных вод, ливневых, дренажных и других позволит прекратить забор речной воды и поможет решить проблемы концерна, связанные с нехваткой водных ресурсов в Донбассе.

Применение нанофильтрационного разделения воды в составе предложенного способа позволяет использовать для нужд водоподготовки вместо дефицитной речной воды из канала «Северский Донец-Донбасс» с минерализацией 500 мг/л в качестве исходной воды биологически очищенные сточные воды химического производства, ливневые стоки, шахтные сточные воды и другие, отличающиеся от природных вод высоким общим солесодержанием 3÷4 г/л и общей жесткостью до 15 мг-экв/л, получить питательную воду с общим солесодержанием 110 мг/л и жесткостью 10 мг-экв/л для котлоагрегатов значительно лучшего качества, со сниженными энергетическими затратами, отвечающую требованиям стандарта предприятия СТП 74-2004 «Система менеджмента качества. Вода частично деминерализованная. Требования к качеству».

Технология получения питательной воды посредством двухступенчатого Na-катионирования для питания котлов заменена на мембранную технологию вывода солей из замкнутой экосистемы нанофильтрацией с последующим умягчением частично деминерализованной воды на натрий-катионитовых фильтрах.

Заявляемая технология значительно сократит потери питательной воды и тепловой энергии, теряемых при продувках котлов. За счет вывода из работы Na-катионитовых фильтров 1-й ступени уменьшится на 90-95% потребление хлористого натрия, ранее используемого на их регенерацию. Кроме того, увеличится фильтроцикл используемых умягчителей, что также сократит потребление хлористого натрия и умягченной воды на их регенерацию и отмывку. Это позволит создать безреагентную и экологически чистую технологию получения питательной воды для подпитки ответственных производственных циклов.

В процессе нанофильтрации частично задерживаются низкомолекулярные электролиты (например, хлорид Na - на 40÷60%, а соли с двухзарядными ионами - на 80÷98%, устраняется кремний, практически полностью (98÷99,9%) задерживаются органические соединения (спирты, растворители, красители, сахариды, гуминовые и фульвокислоты, пестициды и др.).

Низкое рабочее давление и узкий диапазон молекулярных масс веществ, которые разделяются на этих мембранах, связаны с их особенной макро- и микроструктурой (многослойность, ультратонкие селективные слои).

Перенос воды через мембрану возможен, если фильтрование проводится под давлением, превышающим осмотическое давление исходного раствора.

Работа нового оборудования по новой технологии на базе нанофильтрации позволит вывести из эксплуатации водоподготовку деминерализации воды методом ионного обмена и отделение дисцилляции вод, сократить выброс вредных веществ в окружающую среду.

Предварительная реагентная обработка исходной воды позволит нанофильтрационной установке качественно и надежно осуществить процесс частичной деминерализации. Подача пермеата после нанофильтрации на Na-катионитовые фильтры позволит снизить его жесткость с 15 до 10 мг-экв/л, предотвратить образование кристаллов шлама на оборудовании и фильтрах тонкой очистки установок обратного осмоса.

Заявленная последовательность стадий обработки сточных вод и их взаимосвязь позволит создать эффективную и надежную технологию бессоливания воды в больших объемах для подпитки ответственных производственных циклов при сравнительно малых удельных энергозатратах, сокращенных объемах стоков, улучшенной экологии.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа.

Схема включает в себя осветлитель 1, сборник известково-коагулированной воды 2, механический фильтр 3, картриджный фильтр 4, нанофильтрационную установку 5, сборник пермиата 6, сборник концентрата 7, умягчитель 8.

Способ осуществляется следующим образом.

Смесь биологически очищенных сточных вод химического производства, ливневых стоков, шахтные сточные воды с общей жесткостью до 15 мг-экв./л и с общим солесодержанием 3÷4 г/л с общим микробным числом до 10 тыс.ед. в мл в количестве 627 м³/час насосами по четырем ниткам подают на осветлители 1. До поступления на осветлители 1 исходную воду в зимнее время подогревают паром на подогревателях смешивающего типа до температуры 30°С (не указан), затем, пройдя воздухоотделители, где удаляют из воды растворенный в ней воздух и другие газы, воду подают в нижнюю часть осветлителей. В осветлителях 1 происходит осветление воды, снижение перманганатной окисляемости, уменьшение щелочности исходной воды и удаление из нее солей временной жесткости. Для чего в нижнюю часть осветлителей 1 подают насосами раствор известкового молока и раствор флокутянта. Соли временной жесткости вступают в химическую реакцию с известью, в результате которой они переходят в осадок в виде карбоната кальция Са(СО)₃ и гидроксида магния Mg(OH)₂.

Са(НСО₃)₂+Са(ОН)₂=2СОСО₃+2Н₂O

Mg(HCO₃)₂+Са(ОН)₂=Mg(OH)₂+2СаСо₃+Н₂O

Выделившиеся из воды осадки СаСО₃, Mg(OH)₂, Fe(ОН)₃ удаляются из осветлителей при их продувке.

Прошедшая обработку в осветлителях 1 вода из верхней части самотеком поступает в баки известково-коагулированной воды 2. Известково-коагулированную воду из емкостей 2 насосами подают к механическим фильтрам 3. Объемная подача известково-коагулированной воды на каждый механический фильтр 3 составляет 150 м³/ч.

Перед подачей известково-коагулированной воды на механические фильтры 3 в общий коллектор подают гипохлорит натрия для обеззараживания воды и защиты мембран от биологических загрязнений, которые, концентрируясь, могут осаждаться на поверхности мембран.

NaClO+Н₂O=NaOH+HClO

При рН>5,6 HClO=Н⁺+Cl^-

Доза подачи гипохлорита натрия составляет 0,5 мг/л в пересчете на чистый хлор. При введении хлора в воду происходит окисление органических соединений и коагуляция улучшается. Кроме того, хлор разрушает железоорганические соединения, находящиеся в растворенном состоянии и не удаляющиеся при коагуляции, увеличивает скорость окисления соединений Fe (II).

2Fe⁺⁺+Cl₂+6НСО₃ ^-=2Fe(OH)₃+2Cl^-+6СO₂

Механический фильтр 3 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с дренажно-распределительным устройством, предназначенным для равномерного распределения и сброса воды по всей площади поперечного сечения фильтра. Очистка смеси от взвесей происходит за счет их механической фильтрации через слой кварцевого песка или антрацитовой крошки. Эти фильтры предназначены для удаления из воды взвешенных и коллоидных частичек после реагентной обработки воды размером более 10 микрон. Все n механических фильтров включены параллельно и работают одновременно.

Исходную воду под давлением до 0,7 МПа подают в верхнюю часть фильтра 3 через входное распределительное устройство. Вода проходит сверху вниз слой кварцевого песка или антрацитовой крошки. Механические примеси воды задерживаются фильтрующими слоями, а осветленная вода выходит через дренажную систему, расположенную в нижней части фильтра.

После катрижных фильтров 4 в поток воды вводят антинакипин, нейтрализующий вещества, приводящие к образованию накипи для защиты мембран от нерастворимых и малорастворимых солей, которые, концентрируясь при очистке воды, могут осаждаться на поверхности мембран и образовывать накипь, в частности сульфат кальция, карбонат кальция. Раствор антинакипина вводят из расчета содержания антинакипина в обрабатываемой воде в пределах 3,5 мг/л.

Для связывания остаточного свободного хлора, который может разрушить рабочую поверхность полиамидных мембран нанофильтрующих машин 5, в поток воды вводят метабисульфит натрия. Доза подачи 2 мг/л в пересчете на чистый продукт.

После механических фильтров 3 вода поступает на картриджные фильтры 4 мембранных нанофильтрационных установок 5.

Для предотвращения выпадения солей железа, марганца в осадок, для предупреждения карбонатных отложений на мембранах установки нанофильтрации на вход в катрижные фильтры 4 дозируют серную кислоту в количестве, необходимом для поддержания рН 3,0÷7,0.

Катрижные фильтры 4 предназначены для окончательной очистки воды от взвешенных частичек размером более 5 микрон. В качестве фильтрующего материала используются собранные в кассету патроны из пористого полипропилена с размером пор 5 микрон. Фильтры 4 служат в качестве смесительной камеры и обеспечивают равномерное распределение реагентов в потоке воды перед ее поступлением на мембраны нанофильтрационных установок.

Из фильтров 4 очищенную от взвесей воду с давлением до 2,0 МПа подают на установку нанофильтрации 5.

Эффективность нанофильтрационного обессоливания воды зависит от удельной производительности мембран и от способности мембран задерживать какое-либо вещество (селективность). По отношению к ионам различных веществ селективность мембран характеризуется рядом:

Al³⁺>Zn²⁺>Cd'>Mg²⁺>Ca²⁺>Ba²⁺>SO⁴⁺>Na⁺>F^->K⁺>Cl^->Вг⁺>I^->NO^3->H⁺

Процесс нанофильтрационного обессоливания происходит в аппарате рулонного типа. Исходная вода подается на внешнюю поверхность рулонного фильтрующего элемента, движется по турбулизатору-разделителю по спирали к центру элемента и разделяется на два потока: частично обессоленную воду - обедненный растворенными веществами пермеат и концентрированный раствор солей, концентрат.

Коэффициент разделения исходной воды на мембранных установках 0,75. Из всего количества исходной воды пермеат составляет 75%, а 25% - концентрат.

Перед подачей пермеата на умягчители (Na-катионитовые фильтры) для повышения рН пермеата до 6,0-7,5 вводится раствор гидроксида натрия (щелочи).

Пермеат после нанофильтрационных установок 5 поступает в сборник пермеата 6, откуда трансферными насосами пермеат подают на умягчители 8.

Умягчитель 8 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с дренажно-распределительными устройствами. Умягчение пермеата путем натрий-катионирования заключается в фильтровании его через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы (Са²⁺ и Mg²⁺). Обуславливает ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионов Na⁺. При Na-катионировании жесткой воды происходит следующий катионный обмен:

2Na⁺К_r ^---+Са²⁺→Са²⁺+K_r2-+2Na⁺;

2Na⁺K_r ^-- _r+Mg²⁺→Mg²⁺+K_r2 ^--+2Na⁺

где К_r ^-- означает сложный комплекс катионита.

Процессы ионного обмена обратимы. Поэтому при высокой концентрации ионов Na⁺ в растворе, соприкасающемся с катионитом, содержащим ионы Ca²+ и Mg²+, реакция идет в обратном направлении (справо налево). Этот процесс используется для регенерации истощенного катионита (т.е. по существу Са²+ и Mg²+ - катионита) путем вытеснения из него ранее поглощенных ионов кальция и магния концентрированным раствором поваренной соли (NaCl).

В процессе умягчения пермеата (натрий-катионирования) жесткость пермеата снижается до 10 мкг-экв/л.

Очищенный пермеат с солесодержанием не выше 110 мг/л в качестве частично деминерализованной воды поступает в сборники, предварительно подогреваясь паром до 50-60°С на смешивающихся подогревателях.

Из сборников частично деминерализованную воду подают на деаэраторы котлов.

Для восстановления фильтрующей способности мембран, которая снижается в процессе их работы, предусматривается периодическая промывка моющими растворами. Промывку осуществляют при снижении производительности нанофильтрационной установки на 10-15% путем циркуляции через мембраны моющего раствора, например ортофосфорной кислоты, для очистки от неорганических отложений и едкого натра для очистки от органических отложений.

При нормальном ведении технологического процесса установка нанофильтрации имеет в качестве жидких отходов концентрат солей, промывочные и регенерационные воды. Сточные воды после механических фильтров и нанофильтрационных машин и регенеративные воды после умягчителей сбрасывают в ливневую канализацию и направляют в водохранилище, после чего повторно используют в качестве исходной воды для водоподготовок с обратноосмотическими установками.

Концентрат после установок нанофильтрации подают в сборник концентрата 7, из него на биохимическую очистку, где смешивают с другими производственными азотсодержащими стоками и ливневыми водами.

Биохимическую очистку проводят путем нитри-денитрификации азотсодержащих вод в присутствии аэробных и анаэробных микроорганизмов. Нитриты окисляют до нитратов путем подачи воздуха, а затем нитраты разлагают в аэротенках с помощью микроорганизмов до азота и воды. Для поддержания реакции очистки в воду добавляют метанол, подаваемый как источник легкоокисляемой органики для проведения процесса денитрификации.

Очищенные на БХО до установленных норм сточные воды и концентрат направляют на водохранилище и в дальнейшем подают на предприятие для повторного использования. Цикл по воде замыкается.

Процесс получения частично деминерализованной воды автоматизирован и управляется программным логическим устройством.

Примеры осуществления способа.

Пример 1 (Прототип). Исходной водой для водоподготовок служит речная вода из канала "Северский Донец- Донбасс" с солесодержанием 500 мг/л, общей жесткостью 3,05 мг-экв/л. Вода, пройдя обработку в осветлителях, направляется на Н-катионовые фильтры в количестве 549 м³/час, где, проходя через слой катионита, очищается от катионов Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Далее поступает на ОН-анионитовые фильтры, в которых происходит улавливание из обрабатываемой воды анионов сильных кислот SO₄ ²⁺, NO₃ ^-, Cl^-. Анионированную воду в количестве 235 м³/час смешивают с дистиллятом испарителелей 36 м³/час и осветленной водой 179 м³/час и подают потребителям. Мощность установки по частично деминерализованной воде составляет 450 м³/час.

Качество полученной частично деминерализованной воды соответствует требованиям, изложенным в стандарте предприятия СТП-113-03-04-03.90-86, общая жесткость составила 4,5 мг-экв/л, солесодержание 280 мг/л.

При этом расход основных видов сырья на получение 1000 м³ частично деминерализованной воды составил: осветленная вода 1250 м³ с массовой концентрацией солей 500 мг/л, жесткостью 3,05 мг-экв/л; пар 0,9 т/тп; химические реагенты 1719,2 кг. Количество сточных вод составило 0,92 м³ на 1000 м³ воды. Загрязненные сточные воды сбрасываются в окружающую среду [4. Технологический регламент цеха химической подготовки, ОАО «Концерн Стирол», г.Горловка, 1996 г., с.2-3, 12-13].

Производственная себестоимость Na-катионированной воды составила 401,53 доллара США за 1000 м³ воды [ 5.Технико-экономический расчет. Установка получения частично обессоленной воды (умягченной) с использованием нанофильтрационных мембран. ОАО «Концерн Стирол», г.Горловка, 2004 г.].

Пример 2. (Заявляемая технология). Смесь биологически очищенных сточных вод, ливневых вод, регенеративных и шахтных вод после известкования и коагулирования с расходом 627 м³/час с массовой концентрацией солей не более 3,5 г/л, жесткостью не более 15 мг-экв/л подают на водоподготовку. При этом 27 м³/час воды отбирают на обратную промывку механических фильтров. К нанофильтрационным машинам поступает вода в количестве 600 м³/час. Получены пермеат 450 и 150 м³/час концентрата. Пермеат с общим солесодержанием не более 110 мг/л и общей жесткостью не более 50 мг/л поступает на умягчители. Продукцией является частично деминерализованная умягченная вода с общей жесткостью не более 10 мкг-экв/л, общим солесодержанием < 110 мг/л, качество которой соответствует требованиям, изложенным в стандарте предприятия СТП 74-2004.

Расход известково-коагулированной воды составил 1334 м³ на получение 1000 м³ частично деминерализованной воды. При производстве указанной воды использовано 252,5 кг химических реагентов на 1000 м³ воды, что на 1556,7 кг меньше по сравнению с прототипом. Исключен расход пара на производство дистиллята испарителями. Производственная себестоимость частично деминерализованной воды составила 268,47 доллара США за 1000 м³ воды, что ниже себестоимости воды, приготовленной по технологии прототипа, на 243,06 доллара США [4]. Сброс загрязненных сточных вод в окружающую среду отсутствует. Сравнительные характеристики приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, технология получения частично деминерализованной воды с использованием нанофильтрации по своим экономическим и экологическим качествам значительно превосходит технологию деминерализации с применением ионообмена.

Использование заявляемой технологии позволит снизить забор речной воды концерном около 5 млн. м³ в год, а сброс солей в водоем за счет прекращения регенераций на базе Na-катионитовых фильтров поваренной солью снизится на 2000 т в год [4].

Таблица 1
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ №п/пСпособ водоподготовкиВодыРасходный коэффициент речной водыКоличество химических реагентов, кг/тКол-во сбрасываемых загрязненных вод, м³ на 1000 м³ водыСебестоимость, долл. США за 1000 м³ водыСолесодержание очищенной воды, мг/л1.Деминерализация воды ионообменом (прототип).Речная вода1,3341719,20,92401,53Не более 2802.Деминерализация воды с применением нанофильтрации (предложенный способ).Смеси: биологически очищенные воды, ливневые стоки, шахтные сточные воды.отсутствует252,517отсутствует268,47Не более 110

Изобретение относится к области подготовки воды и может быть использовано для получения воды для питания энергетических котлов и котлов утилизаторов кислотных производств. Способ заключается в заборе исходной речной воды, последующей реагентной обработке в осветлителях при помощи известкования, флокуляции, последующей фильтрации механических и взвешенных частиц, после чего воду дополнительно очищают от взвешенных частиц в 5-микронных картриджных фильтрах, осуществляют частичную деминерализацию воды путем нанофильтрации с последующим умягчением пермеата на Na-катионитовых фильтрах и подают на деаэраторы котлов. При этом полученный концентрат отводят на биохимочистку. В качестве исходной воды используют биологически очищенные сточные воды химического производства, ливневые стоки, шахтные сточные воды и другие стоки или их смеси. Исходную воду обеззараживают хлорированием, в осветленную воду вводят раствор антинакипина и раствор метабисульфата натрия. Перед подачей воды в картриджные фильтры вводят серную кислоту, а в пермеат перед умягчителями вводят раствор гидроксида натрия. При снижении производительности нанофильтрационной установки проводят очистку мембранных элементов путем подачи и циркуляции через мембраны моющих кислых и щелочных растворов. Сточные воды после механических фильтров, нанофильтрационных машин и регенеративные воды после умягчителей сбрасывают в ливневую канализацию и направляют в водохранилище, после чего повторно используют в качестве исходной воды. Предлагаемое изобретение позволяет создать эффективную и надежную технологию обессоливания воды в больших объемах при сравнительно малых удельных энергозатратах, сокращенных объемах стоков, улучшенной экологии. 1 ил., 1 табл.

Способ получения частично деминерализованной воды для питания энергетических котлов давлением 4,0 МПа и котлов утилизаторов кислотных производств, заключающийся в заборе исходной речной воды, последующей реагентной обработке в осветлителях при помощи известкования, флокуляции, последующей фильтрации механических и взвешенных частиц, частичной деминерализации ионообменом, отличающийся тем, что в качестве исходной воды используют биологически очищенные сточные воды химического производства, ливневые стоки, шахтные сточные воды и другие стоки или их смеси с общей жесткостью до 15 мг-экв/л и с общим солесодержанием 3÷4 г/л с общим микробным числом до 10 тыс.ед./мл, воду дополнительно очищают от взвешенных частиц в 5-микронных картриджных фильтрах, осуществляют частичную деминерализацию воды путем нанофильтрации, проводя процесс разделения от растворенных примесей на нанофильтрационных мембранах со спектром фильтрации от 0,001 до 0,01 мкм при давлении 2,0 МПа, при рН 3,0÷7,0 до получения пермеата с солесодержанием 110 мг/л, последующего умягчения его на Na-катионитовых фильтрах до жесткости 10 мг-экв/л и подачи на деаэраторы котлов, отвода полученного концентрата на биохимочистку для очистки от микробиологических и азотсодержащих загрязнений, при этом исходную воду обеззараживают хлорированием: в исходную воду добавляют раствор гипохлорита Na, в осветленную воду вводят раствор антинакипина и раствор метабисульфата натрия, перед подачей воды в картриджные фильтры вводят серную кислоту в количестве, необходимом для поддержания рН воды 3,0÷7,0, в пермеат перед умягчителями вводят раствор гидроксида натрия, при снижении производительности нанофильтрационной установки на 10÷15% проводят очистку мембранных элементов путем подачи и циркуляции через мембраны моющих кислых и щелочных растворов, сточные воды после механических фильтров, нанофильтрационных машин и регенеративные воды после умягчителей сбрасывают в ливневую канализацию и направляют в водохранилище, после чего повторно используют в качестве исходной воды.