тел.: (495) 66-00-77-1, факс: (495) 66-00-77-2 info@medfilter.ru

Установки УВОИ-МФ-1812 для получения «Воды очищенной» по ФС 2.2.020.15

Применению обратноосмотической технологии обессоливания воды в энергетике - 20 лет

д.т.н. Е.Б.ЮРЧЕВСКИЙ ; д.т.н., профессор А.Г.ПЕРВОВ ; инж. М.А.ПИЧУГИНА (Энергосбережение и водоподготовка, №5 2009 г.)

АННОТАЦИЯ.

Приводится сравнительная характеристика различных способов водоподготовки. Подчеркивается высокая эффективность мембранных технологий очистки, особенно в плане уменьшения загрязнения окружающей среды.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: обессоливание воды, водоподготовка, мембранные технологии, обратный осмос.

НПК "Медиана-фильтр" представляет современные системы очистки воды и водоподготовки:

Лабораторные установки

Засыпные фильтры

Промышленные системы

Мобильные системы

Первая в отечественной энергетике обратноосмотическая установка для подготовки добавочной воды котлов была введена в эксплуатацию на Зуевской экспериментальной ТЭЦ ВТИ ровно 20 лет назад. Появление в энергетике новой технологии обессоливания воды, практически не требующей расходования реагентов и не загрязняющей окружающую среду, исключающей фазовые переходы, сравнительно простой в изготовлении и в эксплуатации вызвало всеобщий интерес и надежду на коренное улучшение экологических показателей водоподготовительных установок электростанций.

Двадцать лет назад традиционные схемы водоподготовительных установок, основанных на применении параллельноточных ионообменных фильтров и, иногда, энергетических испарителей, характеризовались удельными расходами серной кислоты в пределах 2,2-3,7 г-экв/г-экв сорбированных катионов, едкого натра в пределах 2,5-3,5 г-экв/г-экв сорбированных анионов, хлористого натрия в пределах 3,0-4,0 г-экв/г-экв сорбированных катионов жесткости. Экологические и экономические проблемы, вызванные большими перерасходами реагентов для регенерации ионообменных материалов усугублялись огромными объемами производства обессоленной и умягченной воды на отечественных электростанциях. Суммарная производительность обессоливающих водоподготовительных установок для подпитки энергетических котлов составляла 50 тысяч кубометров в час, а для подпитки теплосети свыше - 100 тысяч кубометров в час [1]. Как следствие сочетания технического несовершенства применяемой водоподготовительной техники и колоссальных объемов производства воды суммарный сброс солей с водоподготовительных установок электростанций составил 1,5-2,0 млн. тонн в год [2].

На повышение экологических и экономических показателей водоподготовительных установок электростанций были направлены усилия многих научных и проектных организации. Среди работ по совершенствованию водоподготовительной техники, выполненных в последней трети прошлого века, можно выделить следующие:

- максимальное сокращение расхода химических реагентов (кислоты, щелочи, соли) на регенерацию ионообменных материалов. Среди работ этого направления создание и внедрение противоточных фильтров, схемные решения, предусматривающие последовательную регенерацию слабо- и сильнокислотных катионитов и слабо- и сильноосновных анионитов, повторное или многократное использование регенерационных растворов. Эти технические решения доказали свою эффективность и сегодня используются в схемах обессоливания и умягчения воды на многих ТЭС. Другие предложения по сокращению расхода химических реагентов, например, предварительная регенерация ионитов уходящими дымовыми газами котлов или использование горячей воды для частичной регенерации ионитов, не преодолели стадию исследований;

-  удаление из исходной воды и отработанных регенерационных растворов соединений жесткости добавлением осадительных реагентов, преимущественно извести, а также едкого натра или кальцинированной соды. Наибольшую известность в этом направлении получили работы Г.К.Фейзиева и его последователей [3], сутью которых является совмещение процессов химического обессоливания воды и переработки стоков в общем цикле с получением отходов в виде малорастворимых соединений. Эта технология прошла промышленную апробацию на Али-Байрамлинской ГРЭС в 1979 году, затем была запроектирована более чем для 30 ТЭС, однако в законченном виде не была нигде реализована из-за сложности эксплуатации и необходимости в применении разнообразной номенклатуры химической аппаратуры: центрифуг, фильтр-прессов, выпарных аппаратов, кристаллизаторов и другого достаточно сложного оборудования;

-  применение для водоподготовки испарительной техники. Экологические достоинства термической водоподготовки заключаются в уменьшении объемов и засоленности сточных вод по сравнению с химическим обессоливанием на ионитах, что особенно характерно для исходных вод с повышенным солесодержанием и загрязненностью органикой. Дополнительные преимущества термической водоподготовки связаны с утилизацией стоков предвключенных натрий-катионитных фильтров и продувочных вод испарителей с помощью термохимического умягчения. Из работ этого направления можно выделить доведенные до промышленного использования результаты приготовления регенерационного раствора натрий - фильтров из сточных вод на Саранской ТЭЦ-2 [4].

В середине 80 годов прошлого века вышло постановление правительства, направленное на ускоренное развитие мембранных технологий в народном хозяйстве, было организовано ознакомление с опытом ведущих мировых фирм в области использования обратноосмотической технологии на энергообъектах и в других отраслях [8], организовано производство рулонных ( ПО «Тасма» г.Казань) и половолоконных обратноосмотических (НПО «Химволокно» г.Мытищи) элементов, разработаны и апробированы расчетные методики (Ю.И.Дытнерский, А.А.Свитцов - МХТИ им Д.И.Менделеева, Ф.Н.Карелин - ВНИИ ВОДГЕО), специалистами ВНИИ ВОДГЕО (В.А.Клячко, Ф.Н.Карелин, А.Г.Первов) были созданы и испытаны первые оте­чественные обратноосмотические установки малой производительности [9].

Обратноосмотическая установка для Зуевской ТЭЦ была разработана под руководством Ф.Н.Карелина, который к этому времени возглавил специализированную лабораторию во ВНИИАМ, и изготовлена ПО «Красный Котельщик». При комплектации установки были использованы только отечественные комплектующие изделия. Установка имела номинальную производительность 50 м3 /ч при рабочем давлении 5 МПа и состояла из блока фильтрующих модулей и блока реагентного хозяйства с узлом химической промывки модулей. В блок фильтрующих модулей вошли 99 модулей, разделенных на 9 секций. В каждом модуле были смонтированы по 6 рулонных обратноосмотических элементов марки ЭРО-ЭМ-6,5/900 производства ПО «Тасма».

Предочистка включала осветлитель ВТИ-100 и двухступенчатое натрий-катионирование. Часть фильтроциклов была выполнена без предочистки с использованием в качестве исходной водопроводной воды. Суммарная продолжительность эксплуатации установки составила около 7 лет. Номинальная производительность обеспечивалась при включении 5-6 секций (55-66 модулей). Солесодержание обрабатываемой воды снижалось с 2300 до 270 г/м 3 [10].

Следующим шагом в освоении обратноосмотической техники явилось введение в 1993 году в эксплуатацию установки производительностью 50 м3 /ч на ТЭЦ-23 Мосэнерго.

Эта установка была разработана ВНИИАМ и изготовлена ЦРМЗ Мосэнерго. В своей первой версии эта установка комплектовалась усовершенствованными отечественными элементами типа ЭРО-200-1016 разработки НПО «Полимерсинтез». Проектная производительность этих элементов составляла 0,7 м3 /ч при давлении 3,6 МПа и селективности 88%. С этими элементами установка проработала 2880 часов, после чего было зафиксировано разрушение поверхностного слоя мембран и невозможность их дальнейшего использования. В дальнейшем в установке применялись импортные обратноосмотиче­ские элементы типа Filmtec BW-30-330, собранные по 3 штуки в модули. Модули были включены по схеме 6+5+3. Предочистка предусматривала коагуляцию оксихлоридом алюминия с добавлением полиакриламида, осветление по схеме: фильтры с дробленым антрацитом - фильтры с активированным углем - фильтры с кварцевым песком. Работая на исходной воде из Пироговского водохранилища, установка обеспечила селективность по солям жесткости 99,5%, по хлоридам 97%, электропроводность фильтрата на уровне 4,6-4,8 мкСм/см. Эти показатели и в то время и сейчас соответствуют мировому уровню. Большой вклад в создание установки внесли Ф.Н.Карелин, А.А.Аскерния, Ю.А.Ситняковский, С.В.Поляков (все ВНИИАМ), Н.И.Серебряников (ОАО Мосэнерго), Е.Ф.Чернов (ТЭЦ-23 Мосэнерго), В.Л.Богловский (МЭИ).

Объем сточных вод при обратноосмотическом обессоливании составляет 25-40% от номинальной производительности установки, что больше, чем при ионообменном обессоливании воды. Однако важно отметить, что количество сбрасываемых солей при обратноосмотическом обессоливании весьма близко к количеству солей, поступающих на установку с исходной водой, т.е. повышение солесодержания исходного водоисточника незначительно. При ионо­обменном обессоливании количество сбрасываемых солей в 2-4 раза больше, чем поступает на установку, что приводит к засолению солями гидросферы. Однако, если в состав предочистки входят катионитные фильтры, удельные расходы поваренной соли или кислоты на их регенерацию составляют не менее 1,5-2,0 г-экв/г-экв сорбированных катионов, что существенно увеличивает объем и солесодержание сточных вод обратноосмотической установки. Решение проблемы стоков обратноосмотических установок является одной из наиболее сложных. Предлагаемые решения предусматривают либо поддержание объема стоков на уровне, когда их солесодержание не превышает 1000 мг/дм 3 , что позволяет сбрасывать сточные воды без ограничений в водоемы, либо направлять концентрат в теплосеть, что ведет к повышению минерализации сетевой воды, повышению ее щелочности и агрессивности, либо утилизацию путем использования в качестве регенерационного раствора для предвключенных фильтров после достаточно сложной подготовки [11]. В процессе эксплуатации обратноосмотической установки солесодержание концентрата несколько увеличивается за счет дозирования в обрабатываемую воду антискалянта (ингибитор осадкообразования) в количестве до 10-12 мг/дм3 , гипохлорита натрия (для предотвращения разрастания колоний микроорганизмов на оборудовании) в количестве около 5 мг/дм 3 и бисульфита натрия (для связывания активного хлора после дозирования гипохлорита натрия) в количестве до 10-12 м/дм3 . При периодической химической промывке обратноосмотических мембран кислыми и щелочными композициями также образуются сточные воды. Объем этих стоков при проведении 1 химической промывки составляет 100-120 литров на 1 м3 /ч установленной производительности, солесодержание сточных вод 8-10 г/дм3, периодичность промывок обычно составляет 4-6 раз в год, а при хорошей предочистке значительно реже.

Потребность в производственных площадях при использовании обратноосмотической технологии в несколько раз меньше, чем требуется для ионообменной технологии.

Затраты на приобретение обратноосмотической установки обычно находятся в интервале от 120 до 180 тысяч рублей за установленный 1 м3 /ч производительности и зависят от требований заказчика к комплектации установки. Удельная стоимость обработанной воды составляет в ценах на март 2009 года около 25-30 руб./м3 и складывается из следующих основных составляющих:

• затраты на исходную воду - 15-18%;
• стоимость антискалянта или предварительного натрий-катионирования исходной воды - 8-12%;
• затраты на электроэнергию - 25-28%;
• затраты на подогрев исходной воды - 28-30%;
• оплата сброса сточных вод - 5-6%;
• амортизационные отчисления, включая замену мембран и картриджей в фильтрах тонкой очистки - 10-15%.

В вышеприведенном перечне в себестоимость включены затраты на подогрев всего объема воды, направляемой на обратноосмотическую установку. Однако для условий электростанции безвозвратно теряется лишь 25-40% тепла, сбрасываемого с концентратом установки. Тепло, использованное на подогрев фильтрата, в дальнейшем утилизируется в пароводяном контуре электростанции. Соответственно непроизводительные затраты на подогрев составят 4-5% от себестоимости обработанной воды.

Множество публикаций отечественных и зарубежных специалистов посвящены экономическому обоснованию границы предпочтительного применения обратноосмотической, ионообменной или термической технологий обессоливания воды [12-15]. Пока общепринятой и закрепленной в нормативных материалах позиции по этому вопросу не выработано. Различия в выводах специалистов в вопросе об экономичности обратноосмотической технологии объясняются учетом в расчетах различных факторов. Зачастую не учитываются расходы на подогрев исходной воды, затраты на предочистку и другие весьма значительные составляющие затрат на производство обессоленной воды. Очевидно, что выбор технологии обессоливания воды должен решаться на основе технико-экономических расчетов применительно к каждому конкретному объекту с использованием местных тарифов на электроэнергию, тепло, воду и т.д.

При создании обратноосмотических установок основным комплектующим изделием является рулонный обратноосмотический элемент типоразмера 8040, имеющий длину 40 дюймов (1016 мм) и диаметр 8 дюймов (203,2 мм). Доминирующую роль на отечественном рынке обратноосмотических элементов играет импортная продукция. Лидирующими производителями обратноосмотических элементов являются фирма FilmTec (США), вошедшая в 1985 году в состав корпорации Doy Chemical (США) и фирма Hydranautics (США), объединившаяся в 1987 году с корпорацией Nitto Denko (Япония). Эти два производителя занимают около 70% мирового рынка обратноосмотических элементов. Еще одним лидером является фирма Osmonics (США), в 2003 году вошедшая в состав концерна General Electric (США) и получившая название GE Osmonics. Представленные на рынке обратноосмотические элементы унифицированы по габаритным и присоединительным размерам и имеют близкие показатели по производительности и селективности. В России ЗАО НТЦ «Владипор» производит обратноосмотические элементы типа ЭРО-КНИ 200-1016 на основе низконапорных обратноосмотических мембран фирмы Hydranautics, а также импортных турбулизаторов и дренажных материалов. По своим техническим характеристикам (производительность, селективность, ресурс) эти элементы соответствуют уровню лидеров рынка. Технологический расчет обратноосмотических установок производится по компьютерным программам, предоставляемым поставщиками обратноосмотических элементов. Для расчета в программу вводятся общее солесодержание и покомпонентный состав исходной воды, величина рН, температура и номинальная производительность установки. Программы позволяют достаточно точно определить покомпонентный состав фильтрата и концентрата, рабочее давление, количество ступеней обработки, долю сбрасываемого концентрата и ряд других важных характеристик процесса. Например, для расчета обратноосмотических установок, создаваемых на основе мембран фирмы Filmtec, используется компьютерная программа ROSA (Reverse Osmosis System Analyses). Для мембран производства фирмы Hydranautics применяется программа IMS Design, для продукции фирмы Toray -программа Toray DC.

Конструкция рулонных обратноосмотических элементов при множестве неоспоримых достоинств из-за образования внутри элемента застойных зон имеет склонность к осадкообразованию, что вынуждает придавать очень большое внимание подготовке воды, подаваемой на обратноосмотическое обессоливание. Обязательным условием надежной работы обратноосмотических установок является глубокая очистка обрабатываемой воды от взвеси, соединений железа, коллоидов и органики. В результате стоимость оборудования для традиционной предочистки (осветлители, баковое хозяйство, осветлительные фильтры, станции приготовления коагулянта и флокулянта, насосы, катионитные фильтры) составляет 60-70% от стоимости обратноосмотической установки.

Большое значение для повышения конкурентоспособности обратноосмотической технологии обессоливания воды имеют работы по созданию мембран с пониженной чувствительностью к загрязнениям, поступающим с обрабатываемой водой. Обычные композитные мембраны сильно гидрофильны, что способствует прилипанию органики и других загрязнений к поверхности мембраны. Выпускаемые фирмой Hydranautics мембраны типа LFC имеют селективность на уровне 99,0-99,5%, но они гидрофобны, их поверхность менее подвержена загрязнению и хорошо очищается при химических промывках. Такие мембраны рекомендуется использовать для предварительного обессоливания воды перед высокоселективными мембранами.

В последние годы в качестве альтернативы традиционным технологиям осветления воды перед обратноосмотическим обессоливанием начинает применяться другой мембранный процесс: ультрафильтрация. Суть этого процесса заключается в продавливании воды через полупроницаемую мембрану, имеющую поры с размером от 50 до 200 ангстрем и пропускающую воду, но задерживающую взвесь, коллоиды и органику с молекулярной массой свыше 10 кДа (килодальтонов). Для установок большой производительности, характерных для энергетики, применяются ультрафильтрационные мембраны либо в виде полых волокон с наружным диаметром от 0,7 до 2,0 мм, либо в виде рулонных элементов напоминающих по устройству рулонные обратноосмотические элементы. Работа ультрафильтрационных установок состоит из двух основных операций фильтрование - промывка. Обычно продолжительность фильтрования составляет 15-60 минут, а продолжительность гидравлической промывки 20-40 секунд. Периодически также проводится химическая промывка ультрафильтрационных мембран. Для обеспечения надежности и эффективности работы ультрафильтрационных установок важнейшей проблемой является определение оптимальных продолжительностей фильтрования и промывки, обеспечивающих максимальную выработку обработанной воды при минимальном расходе воды на промывку и падении производительности установки. Ультафильтрационные установки подразделяются на аппараты с тупиковой фильтрацией и аппараты с циркуляцией обрабатываемой воды. При тупиковой фильтрации весь поток обрабатываемой воды проходит через мембрану в направлении, перпендикулярном фильтрующей поверхности, и все загрязнения осаждаются на мембранах. При циркуляционной ультрафильтрации обрабатываемая вода движется параллельно фильтрующей поверхности и делится на два потока: фильтрат и концентрат. При тупиковой ультрафильтрации меньше расход воды на собственные нужды, большая эффективность очистки за счет образования вспомогательного фильтрующего слоя, меньший удельный расход электроэнергии. Преимуществом циркуляционной ультрафильтрации является постоянный вывод загрязнений из контура, благодаря чему реже проводятся гидравлические и химические промывки мембран, обеспечивается низкое зашламление мембран и устойчивая работа установки в широком диапазоне содержания взвеси и коллоидов в исходной воде.

Разработка, создание и эксплуатация первых для российской энергетики ультрафильтрационных установок на Заинской ГРЭС (разработчик ЗАО НПП «Биотехпрогресс»), на Новочеркасской ГРЭС (разработчик НПК «Медиана-фильтр»), на ТЭЦ Магнитогорского металлургического завода (разработчик ЗАО НПП «Биотехпрогресс») позволили получить следующие результаты:

• качество предочищенной воды стабилизирова­лось и характеризуется мутностью на уровне 0,2 мг/л и менее, содержанием железа в пределах 20­80 мг/л, коллоидным индексом SDI менее 3 при рас­ходе воды на собственные нужды 7,5-13,5%;
• межпромывочный период работы обратноос­мотических мембран возрос с 3-4 недель при тра­диционной предочистке до 6 месяцев (Новочеркас­ская ГРЭС);
• удельная производительность обратноосмоти­ческих мембран возросла с 18 л/(м 2 ч) до 26 л/(м 2 ч);
• удельные энергозатраты составили 0,2-0,4 кВтч/м 3 .

При очевидных достоинствах ультрафильтрационной технологии предочистки следует указать, что удельные капитальные затраты на ультрафильтрацию составляют 4,6-6,0 тыс. долларов США, т.е. значительно больше, чем удельные капитальные затраты на создание обратноосмотической установки.

Для защиты ультрафильтрационных мембран от грубодисперсной взвеси необходима своя предочистка, например, установка самопромывных сетчатых или дисковых фильтров с тонкостью фильтрации 100-200 мкм. Удельные капитальные затраты на это оборудование составляют 0,2-0,4 тыс. долларов США за установленный кубометр производительности.

При эксплуатации ультрафильтрационных установок используются коагулянты и флокулянты для связывания и укрупнения мелкодисперсных частиц взвеси, кислые и щелочные моющие растворы для удаления из пор и с поверхности мембран загрязнений, не удаляемых при гидравлических промывках, а также бактерицидные препараты.

Перспективным мембранным процессом является нанофильтрация. Для нанофильтрации используются мембраны, имеющие размеры пор в пределах 0,001-0,01 микрон и несущие постоянный электрический заряд, который отталкивает от поверхности мембраны одноименно заряженные ионы. Эффект отталкивания возрастает с увеличением заряда иона. Поэтому для нанофильтрации характерны большая селективность по ионам кальция и магния при более низком давлении, чем для обратного осмоса. При нанофильтрации эффективно удаляется основная часть органики, на 90-95% снижается содержание катионов кальция и магния, более чем на 95% удаляются катионы алюминия, железа. Из анионов более чем на 90% снижается концентрация сульфатов, фосфатов, силикатов, а хлориды, бикарбонаты и нитраты удаляются на 40-50%. В энергетике нанофильтрацию предлагается использовать для умягчения и коррекции химсостава воды, например, в составе установок для подпитки теплосети. Это позволит резко снизить расход хлористого натрия для регенерации натрий - катионитных фильтров, а также засоленность сточных вод. Конструкция нанофильтрационных фильтрующих элементов аналогична конструкции рулонных обратноосмотических элементов. Нанофильтрационные и обратноосмотические установки также близки по комплектации и конструкции.

Сдерживает практическое применение нанофильтрации в энергетике недостаточная глубина удаления катионов жесткости из обрабатываемой воды, что вынуждает дополнять схему умягчения натрий-катионитными фильтрами, а также необходимость в тщательной и дорогостоящей предочистке.

Как уже показано выше, затраты на предочистку перед обратноосмотическим обессоливанием высоки и сопоставимы с затратами на само мембранное обессоливание. Одним из возможных направлений снижения этих затрат может быть изменение конструкции мембранных элементов в направлении повышения их работоспособности в условиях ухудшения качества обрабатываемой воды. Высокие требования к качеству предочищенной воды и связанные с этим большие затраты определяются не процессами мембранного переноса, а несовершенством конструкции мембранных элементов рулонного типа. Мембранные элементы других, например, трубчатой или половолоконной конструкций значительно меньше подвержены осадкообразованию, что позволяет использовать их для очистки водных сред с большим содержанием взвеси и коллоидов.

Такие элементы используются для мембранной обработки поверхностной воды без предварительной предочистки на некоторых зарубежных водоочистных станциях [16]. Однако эти конструкции проигрывают рулонным элементам по многим технико- экономическим показателям, что обеспечивает конкурентные преимущества в применении рулонных элементов для создания высокопроизводительных энергетических обессоливающих установок.

Хорошо известно, что формирование отложений на поверхности мембраны, а также производительность и селективность зависят от концентрационной поляризации - повышенной концентрации удаляемых ионов, а также молекул и гелей у поверхности мембраны. Концентрационная поляризация снижает движущую силу процесса и тем самым уменьшает скорость движения воды через мембрану, увеличивает солесодержание фильтрата, повышает вероятность выпадения осадков на поверхности мембраны. Концентрационная поляризация достигает максимальных значений для современных высокопроизводительных мембран, селективность которых равна 99,5-99,9%, и снижается с уменьшением селективности. Для снижения концентрационной поляризации используются турбулизирующие вставки (турбулизаторы), размещаемые в напорных каналах мембранных элементов. Турбулизаторы обеспечивают интенсивный конвективный перенос растворенных в обрабатываемой воде веществ от поверхности мембраны в ядро потока за счет турбулизации потока. В современных рулонных мембранных элементах турбулизатор представляет собой ячеистую структуру, образованную полимерными нитями толщиной 0,6-0,7 мм. Длина каждой ячейки составляет 4-6 мм, ширина 3-5 мм. Даже при небольших скоростях движения воды в напорном канале турбулизатор обеспечивает турбулентный режим течения и, следовательно, резкое снижение концентрационной поляризации. Однако размещение турбулизаторов в напорном канале рулонного мембранного элемента имеет также и отрицательный эффект. Нити турбулизатора частично экранируют рабочую по­верхность мембраны, создают дополнительное гидравлическое сопротивление, а также образуют застойные зоны в точках контакта нитей и мембраны. В застойных зонах растет концентрация малорастворимых солей, коллоидных и взвешенных соединений, происходят процессы кристаллизации и образования осадков. Образовавшиеся кристаллы частично выносятся из застойных зон и становятся центрами кристаллообразования. Вследствие зарастания точек контакта нитей и поверхности мембраны отложениями уменьшается эффективная поверхность мембраны, растут гидравлические потери в напорном канале, снижается производительность мембраны.

Авторами настоящей работы была предложена и экспериментально обоснована конструкция мембранного элемента с напорным каналом, не имеющим застойных зон. Для этого на рабочей поверхно­сти нанофильтрационной мембраны были отлиты параллельные выступы высотой 0,30-0,35 мм шириной 1,0-1,1 мм. Расстояние между выступами составляло 8,0 мм. При сборке мембранных элементов выступы образуют напорный канал, в котором вода движется под углом 30-45 градусов к выступам. Другие элементы мембранного элемента не имели отличий от общепринятой конструкции.

При обработке воды, содержащей органические загрязнения, после накопления на мембране определенного количества отложений, устанавливается равновесие между осаждающейся на мембране, уносимой с поверхности мембраны органикой. Исследования, направленные на изучение зависимости влияния загрязненности мембран органикой на ее селективность и производительность, показали, что начальная селективность нанофильтрационной мембраны по ионам жесткости на уровне 88% после накопления 500 граммов органики на 1 элемент снизилась на 4% и составила 84%. Производительность нанофильтрационного элемента после накопления 500 граммов органики практически не изменилась, а после накопления 1000 граммов уменьшилась на 6%.

Выполненные в натурных условиях сопоставления зависимости продолжительности межпромывочного периода работы нанофильтрационного элемента предлагаемой и традиционной конструкции показали, что использование элементов предлагаемой конструкции позволяет почти в три раза увеличить межпромывочный период работы мембранного элемента. Более подробно результаты этих исследований опубликованы ранее [17].

Приведенные результаты исследований модернизированной конструкции мембранного элемента показывают, что изменение конструкции напорного канала и поддержание высокой скорости движения концентрата позволяют снизить требования к качеству предочищенной воды, а, следовательно, упростить схему подготовки воды, направляемой на мембранную обработку, и удешевить стоимость оборудования для реагентной обработки и осветления исходной воды. Как уже отмечалось в настоящей статье, капитальные затраты на традиционное оборудование для предочистки перед мембранным обессоливанием составляют обычно примерно 60­70% от стоимости обратноосмотической установки или 25-29% от стоимости всего технологического оборудования всей водоподготовительной установки. При использовании для предочистки схемы с использованием дисковых осветлительных фильтров и ультрафильтрации доля капитальных затрат на оборудование предочистки возрастает до 45-50% и более от стоимости всего оборудования водоподготовительной установки. А использование мембранных элементов с предлагаемой конструкцией напорного канала предоставляет возможность при обработке маломутных вод ограничиться на стадии предочистки только сравнительно дешевыми дисковыми или сетчатыми фильтрами.

До недавнего времени в арсенале разработчиков обессоливающих установок тепловых станций были ионообменная и термическая технологии водоподготовки. Сегодня этот арсенал пополнен мембранной технологией. Можно констатировать, что мембранные технологии водоподготовки являются апробированным и готовым к широкому внедрению техническим решением, способным в значительной мере снизить противоречия между требованиями энергетики в обессоленной воде и требованиями экологии. Описанные выше некоторые направления совершенствования мембранной техники повышают ее конкурентоспособность и привлекательность для пользователей.

ЛИТЕРАТУРА.

•  Бородулина Н.Н., Гришин А.А., Юрчевский Е.Б.. Об­зор состояния и показатели работы водоподготовительных установок электростанций за 1994-1997 годы и основные направления по повышению их технического уровня. М., 1997.

•  Минаев Е.В.. Проблемы охраны окружающей среды в топливно-энергетическом комплексе в новых экономиче­ских условиях // Теплоэнергетика. 1995. №9. С.16-19.

•  Фейзиев Г.К. Высокоэффективные методы умягче­ния, опреснения и обессоливания воды. М.: Энергоатом- издат, 1988. 192 с.

•  Малоотходная технология переработки сточных вод на базе термохимического умягчения / А.С.Седлов [и др.]. // Энергетик. 1995. №11. С.16-20.

•  Шицкова А.П., Новиков Ю.В., Климкина Н.В. Охрана окружающей среды от загрязнения предприятиями черной металлургии. М.: Метаплургия,1982. 207 с.

•  Васильев Б.Т., Отвагина М.И. Технология серной кислоты. М.: Химия, 1985. 358 с.

•  Якименко М.Л., Пасманин М.И. Справочник по производству хлора, каустической соды и основных хлорпродуктов. М.: Химия, 1976. 437 с.

•  Юрчевский Е.Б., Мамет А.П. Зарубежные обратноосмотические установки // Теплоэнергетика. 1984. №7. С.73-74.

•  Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. М.: Стройиздат, 1988. 208 с.

•  Юрчевский Е.Б., Цырульников Д.Л., Карелин Ф.Н. Совершенствование экологических характеристик водоподготовительного оборудования // Тяжелое машино­строение. 1990. №9. С.27-30.

•  Технология глубокого обессоливания добавочной воды на ТЭС с утилизацией сточных вод / И.А.Малахов [и др.]. // Теплоэнергетика. 2006. №8. С.14-16.

•  Ion Exchange versus Reverse Osmosis. Информационные материалы фирмы «Rohm and Haas» на семинаре в Санкт-Петербурге 08.04.2002.

•  Технико-экономическое сравнение схем водоподготовительных установок ПГУ ТЭС / А.С.Седлов [и др.]. // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. №4. С.20-24.

•  Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды // Электрические станции. 2002. №6. С.63-66.

•  Юрчевский Е.Б., Первов А.Г. Экономические аспекты применения обратноосмотической и ультрафильтрационной технологий в энергетике // Энергосбережение и во­доподготовка. 2004. №3. С.17-20.

•  Futselaar H., Schonewlle H., Meer W. Direct capillary nanofiltration for surface water // Desalination. 2003. v. 157. Р.135-136.

•  Исследование процессов формирования отложений в мембранных аппаратах с открытыми напорными каналами / Е.Б.Юрчевский [и др.]. // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. №4. С.32-37.