Способ ведения водно-химического режима и регенерации баромембранной водоподготовительной установки с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции Российский патент 2021 года по МПК C02F1/44 C02F1/52 C02F9/04 C02F9/08 B01D61/14 B01D65/06 

Изобретение относится к области водоподготовки и водоочистки, а именно к баромембранным водоподготовительным установкам (ВПУ), сконструированным на основе рулонных обратноосмотических и ультрафильтрационных мембран.

Одной из важнейших проблем при работе с баромембранными установками является необходимость очистки от загрязнений поверхностей мембран в рулонных обратноосмотических (ОО) и ультрафильтрационных (УФ) элементах. В настоящее время существуют несколько способов обработки, предназначенных для предупреждения отложений и/или удаления накопленных загрязнений.

Известен способ удаления отложений и биозагрязнений из мембранных элементов (RU 2545280, 2013) путём пропускания высокоскоростного потока эмульсии газа в растворе хлорида натрия с концентрацией от 0,5 до 50 г/дм³ при расходе газа от 0,1 до 120 дм³/(сек ⋅ м²) через поперечное сечение мембранного элемента жидкости по концентрационному каналу мембранного модуля.

Недостатком данного способа является то, что основная масса органики и минеральной накипи, сформированной на мембране, находится в зоне пограничного слоя между движущимся потоком и неподвижной подложкой мембраны, а потому практически не подвергается воздействию промывного потока.

Известен способ ведения водно-химического режима (ВХР), включающий очистку ультра- и микрофильтрационных мембран (US 2007/0210002 A1), который заключается в использовании в качестве основы гидроксильного радикала. Состав для отмывки также включает в себя коагулянт – хлорид железа, серную (либо лимонную) кислоту и каустическую соду (либо сернокислый натрий).

Недостатками такого способа являются техническая сложность и небезопасность получения гидроксильного радикала из пероксида водорода и озона, требующего высокой культуры эксплуатации промывочного оборудования, а также непригодность данного способа для отмывок полиамидных обратноосмотических мембран.

Известен способ химической очистки фильтров обратного осмоса растворами экологических комплексонов (RU 2636712, 2016), заключающийся в трехстадийной процедуре промывки мембран: травление, грубая щелочная очистка и тонкая щелочная очистка. Раствор травления содержит 2,55 мас.% ИДЯК; раствор для грубой щелочной очистки содержит 1,275 мас.% динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 мас.% ОП-10; раствор тонкой щелочной очистки содержит 1 мас.% жидкого чистящего препарата Kleen™ MCT511, 0,64 мас.% динатриевой соли ИДЯК и 0,1275 мас.% ОП-10.

Недостатком данного способа являются низкая эффективность моющего раствора при борьбе с отложениями гидроксидов металлов, неизбежно возникающих на поверхности мембраны при использовании предочистки с коагуляцией солями алюминия или железа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ ведения водно-химического режима, согласно которому питательная вода систем ультрафильтрации и обратного осмоса подвергается коагуляции оксихлоридом алюминия (ОХА). Корректировка режима и химическая отмывка мембран осуществляется набором реагентов: серная кислота, флокулянт «Бифлок», антискалят «Акварезалт™ 1030», биоцид «Акварезалт™ Б-2», биоцид «Акварезалт™ Б-3», натр едкий, лимонная кислота, гипохлорид натрия, хлорид натрия, метабисульфит натрия, кислотный раствор «PuroTech™ 215» или «ScaleMate™ MC5001», щелочной раствор «PuroTech™ 266» или «ScaleMateMC™ 5003» (Режимная карта «Установка химводоподготовки котельной «Ашальчи-2» проекта «Разработка сверхвязких нефтей ПАО «Татнефть», г. Воронеж, 2016., ООО «Воронеж-Аква»; «Установка химводоподготовки сточных вод котельной «Ашальчи» Ашальчинского месторождения СВН ОАО «Татнефть», г. Санкт-Петербург, 2015., ЗАО НПП «Биотехпрогресс»; «Выбор ингибиторов солеотложения для условий Ашальчинского месторождения» /М.И. Амерханов, Ш.Г. Рахимова, Н.А. Медведева, О.М. Андриянова, Р.Ш. Зиатдинова // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть. Выпуск № LXXXII. – M., с. 353-358) – прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- совпадение зоны коагуляции ОХА (pH 5,5-7,0) с областью протонирования COOH- и фенольных OH-групп гуминовых и фульвокислот, содержащихся в исходной природной воде. В результате чего на поверхности мембран в короткий срок образуется плотный адсорбционно-гидратный слой высокомолекулярных органических соединений, удаление которого во время химических промывок на 100% не возможно;

- наличие фосфатов (PO₄³⁻) среди компонентов коррекционно-отмывочного раствора. Применяемый коммерческий антискалянт Акварезалт™ 1030 представляет собой композицию водных форм амино-фосфоновых и фосфонокарбоксильных кислот. Эти формы могут вступать в реакцию с многовалентными ионами (например Al³⁺) и выпадать в осадок на поверхности мембран;

- отсутствие среди компонентов отмывочного раствора средств, способствующих замедлению хемосорбции анионов сильных кислот амидной поверхностью мембраны;

- применение коммерческих композиций (Акварезалт™, PuroTech™, ScaleMateMC™), что приводит к повышению относительной стоимости и труднодоступности реагентного обеспечения.

Технической задачей, решаемой авторами, являлось создание универсального и эффективного способа ведения ВХР, способствующего минимальному числу химических промывок за счет предупреждения отложений мембранного загрязнения.

Достигаемыми техническими результатами изобретения являются:

- увеличение межрегенерационного периода баромембранных установок за счет сокращения толщины и замедления образования отложений на поверхности мембран;

- снижение расхода моющих средств за счет увеличения межрегенерационного периода;

- унификация и сокращение номенклатуры применяемых химреагентов за счет использования товарных моющих средств вместо коммерческих композиций.

Технический результат, согласно предлагаемому изобретению, достигается путём реализации ВХР и схем химических промывок баромембранной ВПУ, объединенных общей режимной картой. При этом баромембранная ВПУ включает блоки ультрафильтрации, дожимные и/или основные блоки обратного осмоса.

В качестве действующего средства в заявленном изобретении используется унифицированная коррекционно-отмывочная композиция, содержащая следующие компоненты:

- коагулянт FeCl₃ (ГОСТ 4147-74);

- NaClO (50% раствор, ГОСТ 11086-76);

- Na₂S₂O₅ (10% раствор, ГОСТ 902-76);

- H₂SO₄ (92% раствор, ГОСТ 2184-2013);

- NaOH (42% раствор, ГОСТ Р 55064-2012);

- Na₅P₃O₁₀ (ГОСТ 13493-86);

- Трилон Б (ГОСТ 10653-73);

- Лимонная кислота техническая (ГОСТ 908-2014);

- Антискалянт Экотрит^® UNI 1 (ТУ 2458-012-14574704-2012).

Способ ведения ВХР подразумевает предочистку питательной воды установок ультрафильтрации и обратного осмоса коагуляцией с хлорным железом (FeCl₃). Корректировка режима (поддержание pH на уровне 8,2-9,0) осуществляется путём дозирования натриевой щелочи (NaOH) в исходную воду. При таком ВХР, с одной стороны, достигается оптимальная область коагуляции – концентрация растворенного железа стремится к минимуму, с другой – наблюдается минимальная адсорбция гуминовых соединений в матричную структуру полиамидной мембраны.

При наличии дожимного блока, в концентрат основных блоков обратного осмоса вводится ингибитор отложения солей Экотрит^® UNI 1 (ООО «Това Терра»). Данный ингибитор высокоэффективен против всех обычных осадков солей, совместим со всеми типами мембран и при этом не содержит фосфатов.

Химические промывки блоков обратного осмоса осуществляются по схеме (далее Схема №1):

1) Кислотная промывка кислотным моющим средством.

В качестве кислотного моющего средства используется водный раствор лимонной кислоты (2200 мг/дм³), подкисленный серной кислотой (630 мг/дм³) до pH = 2,0. Промывка проводится до стабилизации pH отработанного раствора при температуре 35-40 єС.

2) Удаление кислотного моющего средства.

Удаление кислотного раствора осуществляется пермеатом обратного осмоса или умягченной водой (SDI < 3, без бактерий и хлора) до стабилизации рН дренажа.

3) Щелочная промывка щелочным моющим средством.

В качестве щелочного моющего средства используется водный раствор триполифосфата натрия (2000 мг/дм³) и Трилона Б (1000 мг/дм³) с температурой 30-35°C с подщелачиванием натриевой щелочью (980 мг/дм³) до pH = 11,0. Промывка проводится до стабилизации pH отработанного раствора при температуре 30-35 єС.

4) Удаление щелочного моющего средства.

Удаление щелочного раствора осуществляется пермеатом обратного осмоса или умягченной водой (SDI < 3, без бактерий и хлора) до стабилизации рН дренажа.

Объем моющего раствора (кислотного или щелочного) рассчитывается по соотношению: 40 дм³ раствора на 1 мембранный модуль. Расход циркулирующего раствора через модуль: 7-10 м³/час.

Периодичность промывки определяется перепадом давления на мембранном корпусе (по достижении 0,4 МПа) или по истечении 3 месяцев (4 раза в год).

Схема промывок систем ультрафильтрации (далее Схема №2) аналогична Схеме №1, за исключением одного: в качестве моющего средства при щелочной промывке используется водный раствор гипохлорита натрия (100 мг/дм³) с температурой 30-35°C с подщелачиванием натриевой щелочью (400 мг/дм³) до pH = 12,0.

Щелочные промывки с Трилоном Б (ЭДТК) позволяют снизить ж-потенциал органических отложений на поверхности мембраны, и тем самым приостановить дальнейшую хемосорбцию полиамидной подложкой мембраны фульвокислот, сульфатов и хлоридов. Кислотные промывки с лимонной кислотой способствуют удалению труднорастворимых солей кальция и магния, и, кроме того, позволяют бороться с возможными отложениями гидроксида железа.

Сущность изобретения раскрывается в примере, где приведена режимная карта (табл.1) для системы химводоподготовки, включающей основные баромембранные установки (блоки УФ и ОО) подготовки котловой воды и установку переработки сточных вод (дожимной блок – ДБ) с основных установок производительностью по химически очищенной воде – 100 т/ч.

Таблица 1 – Режимная карта для системы химводоподготовки производительностью 100 т/ч, включающей основные блоки обратного осмоса, ультрафильтрацию (УФ) и дожимной блок (ДБ)

Предложен способ ведения водно-химического режима и регенерации баромембранной водоподготовительной установки с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции, включающей блоки ультрафильтрации, дожимные и/или основные блоки обратного осмоса, с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции, содержащей коагулянт FeCl₃, NaClO (раствор с массовой долей 50%), Na₂S₂O₅ (раствор с массовой долей 10%), H₂SO₄ (раствор с массовой долей 92%), NaOH (раствор с массовой долей 42%), Na₅P₃O₁₀, трилон Б, лимонную кислоту техническую, антискалянт Экотрит^® UNI 1, включающий предварительную очистку исходной воды и химические промывки кислотными и щелочными моющими средствами, где в качестве предварительной очистки питательной воды систем ультрафильтрации и обратного осмоса используется коагуляция хлорным железом (FeCl₃); для предупреждения образования растворимых форм железа и отложений органических соединений на поверхности мембраны pH исходной воды поддерживается на уровне 8,2-9,0; в качестве кислотного моющего средства систем ультрафильтрации и обратного осмоса используется водный раствор лимонной кислоты (2200 мг/дм³) с температурой 35-40 °С, подкисленный серной кислотой (630 мг/дм³) до pH = 2,0; в качестве щелочного моющего средства систем ультрафильтрации используется водный раствор гипохлорита натрия (100 мг/дм³) с температурой 30-35 °С, подщелоченный натриевой щелочью (400 мг/дм³) до pH = 12,0; в качестве ингибитора отложения солей используется антискалянт Экотрит^® UNI 1, не содержащий фосфаты. Технический результат – создание универсального и эффективного способа ведения ВХР, способствующего минимальному числу химических промывок за счет предупреждения отложений мембранного загрязнения. 1 табл., 1 пр.

Способ ведения водно-химического режима и регенерации баромембранной водоподготовительной установки с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции, включающей блоки ультрафильтрации, дожимные и/или основные блоки обратного осмоса, с применением унифицированной коррекционно-отмывочной композиции, содержащей коагулянт FeCl₃, NaClO (раствор с массовой долей 50%), Na₂S₂O₅ (раствор с массовой долей 10%), H₂SO₄ (раствор с массовой долей 92%), NaOH (раствор с массовой долей 42%), Na₅P₃O₁₀, трилон Б, лимонную кислоту техническую, антискалянт Экотрит^® UNI 1, включающий предварительную очистку исходной воды и химические промывки кислотными и щелочными моющими средствами, отличающийся тем, что в качестве предварительной очистки питательной воды систем ультрафильтрации и обратного осмоса используется коагуляция хлорным железом (FeCl₃); для предупреждения образования растворимых форм железа и отложений органических соединений на поверхности мембраны pH исходной воды поддерживается на уровне 8,2-9,0; в качестве кислотного моющего средства систем ультрафильтрации и обратного осмоса используется водный раствор лимонной кислоты (2200 мг/дм³) с температурой 35-40 °С, подкисленный серной кислотой (630 мг/дм³) до pH = 2,0; в качестве щелочного моющего средства систем ультрафильтрации используется водный раствор гипохлорита натрия (100 мг/дм³) с температурой 30-35 °С, подщелоченный натриевой щелочью (400 мг/дм³) до pH = 12,0; в качестве ингибитора отложения солей используется антискалянт Экотрит^® UNI 1, не содержащий фосфаты.