Современные технологии водоподготовки в промышленности и энергетике

С . Громов , к . т . н ., А . Пантелеев , д . ф .- м . н ., А . Сидоров , к . ф .- м . н .

Переход экономики на рыночные отноше ния характеризуется резким обострением конкуренции. Один из решающих факторов, позволяющих производителям товаров и услуг выживать в конкурентной среде, - снижение себестоимости продукции. В свою очередь, издержки производства (или эксплуатационные расходы) являются основополагающим показателем, определяющим себестоимость.

Затраты на водоподготовку - это неотъемлемая часть эксплуатационных расходов предприятий энергетического и нефтехимического комплексов. Задача сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку усложняется ростом тарифов за водопользование; непрерывным ухудшением качественных показателей воды (например, увеличением солесодержания) в источниках, пригодных для промышленного использования; уже сточением нормативов по количественным и качественным показателям для сбрасываемых сточных вод; повышением требований к качеству обработанной воды, используемой в технологическом цикле.

Решить задачу сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку позволяет внедрение новых технологий. Говоря о современных подходах к решению задач по водоподготовке, надо, в первую очередь, выделить мембранные технологии водоподготовки: ультра- и нанофильтрацию, обратный осмос, мембранную дегазификацию и электродеионизацию воды.

На базе указанных процессов возможна реализация так называемых интегрированных мембранных технологий (ИМТ), применение которых позволяет снизить эксплуатационные затраты на водоподготовку, несмотря на негативное влияние любых из перечисленных выше факторов.

Проиллюстрируем последнее утверждение примером решения задачи по получению деминерализованной воды (с остаточной электропроводимостью не более 0,1 мкСм/см) в случае, когда исходной является речная поверхностная вода.

Традиционным методом решения данной задачи является применение технологической схемы водоподготовки, представленной на рис. 1. На рис. 2 можно увидеть, как выглядит альтернативное решение с использованием «интегрированных мембранных технологий».

Ультрафильтрация обеспечивает предподготовку поверхностной воды перед ее дальнейшей деминерализацией. При использовании ультрафильтрации воды , заменяющей стадии известкования с коагуляцией и осветлительного фильтрования, резко сокращается потребление реагентов, потребление воды на собственные нужды со ставляет менее 10 % (зачастую - лежит в пределах 2-5 %), а в фильтрате отсутствуют взвеси и коллоиды.

Приведенные данные позволяют оценить экономическую эффективность от применения ультрафильтрации воды в сравнении с традиционной предподготовкой.

Использование технологии обратного осмоса (или нанофильтрации в комбинации с обратным осмосом) для целей деминерализации воды также дает ряд преимуществ перед схемой традиционного двухступенчатого параллелькоточного ионирования:

• во-первых, применение мембранных технологий не сопровождается расходом большого количества реагентов (кислот и щелочей) на регенерацию;
• во-вторых, исключается образование высокоминерализованных сточных вод, вызванных сбросом избытков реагентов при регенерациях;
• в-третьих, достигается значительно более высокая, чем при ионном обмене, степень удаления из обрабатываемой воды органических соединений (в том числе неполярных) и коллоидной кремневки;
• в-четвертых, отсутствует необходимость нейтрализации сбрасываемых сточных вод.

Таким образом, эксплуатационные затраты при использовании мембранных методов водоподготовки оказываются существенно ниже, чем в случае применения традиционной технологии ионирования. На рис. 3 показана так называемая точка экономического равновесия эксплуатационных затрат при использовании мембранной и ионообменной технологий деминерализации воды в зависимости от значения солесодержания исходной воды. Отметим: в рассматриваемом случае подразумевалось, что для ионного обмена применяется технология противоточной регенерации (например, АПКОРЕ, чьи затраты на реагенты в 1,5-2 раза ниже, чем при параллельно- точной регенерации).

Заметим, что в современных условиях обессоливающие установки, принцип действия которых основан на применении процесса выпарки {термодистилляции}, вряд ли смогут конкурировать по показателю эксплуатационных затрат с ИМТ для обработки воды с солесодержанием до 2 г/л.Себестоимость обессоленной воды, полу ченной термодистилляционным методом, составит не менее 30 руб./м³ , даже если принять, что тепловые потери при выпарке будут находиться на теоретически минимальном уровне, а себестоимость 1 Гкал равняется 200 руб.

Наконец, электродеионизация воды, являясь безреагентной и бессточной мембранной технологией водоподготовки, обеспечивает остаточную электропроводимость деминерализованной воды на уровне 0,08 мкСм/см. Очевидно, что и эксплуатационные затраты на электродеионизацию будут ниже, чем для ФСД. Правда, следует отметить, что стабильность показателей работы установки электродеионизации воды зависит от того, насколько хорошо функционирует система обратного осмоса: в случае возникновения сбоев в работе последней неизбежным следствием будет снижение эффективности процесса электродеионизации воды.

С учетом данного обстоятельства вместо электродеионизации (для случаев, когда требуется обеспечить высочайшую степень надежности работы технологической схемы обессоливания воды) можно применить противоточное Н-ОН-ионирование или ФСД.

Если вариант с ФСД пред почтительнее по показателям экономии реагентов при регенерации, то противоточное Н-ОН-ионирование - по соображениям простоты автоматизации и удобства в эксплуатации. Кроме того, если в установке Н-ОН-ионирования предусмотрено использование технологии АПКОРЕ, то технологическая схема обретает дополнительную степень устойчивости и может эксплуатироваться даже в условиях байпассирования обратного осмоса.

Сама по себе технология противоточной регенерации ионитов АПКОРЕ с успехом используется в тех случаях, когда потребитель намерен ограничиться только реконструкцией (в противоток) существующей параллельно-точной ионообменной установки водоподготовки, или в условиях, когда значение солесодержания исходной воды стабильно ниже 100 мг/л, а неполярная органика и коллоидная кремневка присутствуют в ней в пренебрежимо малом количестве.

Рассматривая задачу умягчения воды, стоит упомянуть схему, в которой нанофильтрация сопровождается доумягчением на натрий-катионитных фильтрах.

Благодаря способности нанофильтрационных мембран хорошо задерживать поливалентные ионы нанофильтрация с успехом применяется для решения задач по умягчению воды. Если из-за высокого значения жесткости исходной воды нанофильтрация не обеспечивается требуемая степень умягчения воды, фильтрат направляется на натрий-катионитные фильтры для доумягчения. Причем эти фильтры функционируют как в режиме противоточной регенерации (например, АПКОРЕ), так и в параллельноточном режиме, если частота регенераций натрий-катионитных фильтров невысока (например, менее двух раз в месяц).

В последние годы всё отчетливее про является стремление потребителей перерабатывать сточные воды с целью их повторного использования в технологическом цикле. При этом традиционными задачами, решаемыми путем применения мембранных технологий (чаще всего - ультрафильтрация в сочетании с обратным осмосом), являются сокращение объема сбрасываемых сточных вод и снижение уровня потребления воды, забираемой из природных источников.

В то же время, применение мембранных технологий водоподготовки позволяет подойти к решению еще одной очень важной экологической проблемы - резкому сокращению потребления соли, используемой для регенерации действующих фильтров ионообменного умягчения воды. Указанная цель достигается посредством повторного использования солесодержащих стоков после обработки для регенерации натрий- катионитовых фильтров.