X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Среди большого разнообразия методов подготовки воды в настоящее время все большее распространение получают методы ионного обмена, мембранные технологии и электродеионизация [1].

Главным способом подготовки обессоленной воды на водоподготовительных установках ТЭС в России является ионный обмен. Для подготовки воды для подпитки закрытой теплосети в подавляющем большинстве случаев производится умягчение по схеме одно- либо двухступенчатого Na-катионирования, может применяться также параллельное Н-Na-катионирование, Na-катионирование с подкислением и последующей декарбонизацией. Для открытой теплосети воду для подпитки можно готовить по схеме Н-катинирования с «голодной» регенерацией. Для подготовки добавочной воды для подпитки барабанных котлов повышенных параметров и прямоточных котлов применяют схемы двух- или трехступенчатого ионного обмена с установкой фильтров смешанного действия в качестве финишной ступени очистки [2]. К достоинствам ионного обмена можно отнести: возможность автоматизации; надежность работы при различном солесодержании исходной воды; распространённость и хорошую изученность метода; высокую степень обессоливания очищенной воды. 119 Основными недостатками метода ионообменного обессоливания являются высокие удельные расходы реагентов на регенерацию (как правило, превышающие стехиометрические в 1,5–3,0 раза); образование значительного количества высокоминерализованных сточных вод. ВПУ большинства ТЭС России спроектированы в основном по устаревшим параллельноточным схемам. За рубежом широкое распространение получили противоточные технологии с двумя разновидностями противоточной регенерации: с рабочим потоком, направленным снизу-вверх, с регенерацией – в направлении сверху-вниз (Schwebebett, Amberpack); с рабочим потоком, направленным сверху-вниз, а регенерацией – в направлении снизу- вверх. Применение противоточных ионообменных технологий дает возможность сократить объемы потребления химических реагентов и воды для регенерации и, как следствие, объем сбросных вод, снизить продолжительность процесса регенерации.

Основными способами мембранной очистки воды являются ультрафильтрация и обратный осмос [2].

Ультрафильтрация – это процесс мембранного разделения, основанный на сепарации или «просеивании» частиц в зависимости от их размера. В установке ультрафильтрации вода проходит через специальные мембраны, представляющие собой пористые перегородки с определённым (как правило, 0,01–0,1 мм) размером отверстий. Частицы, размер которых превышает максимальный размер пор, задерживаются мембраной. Ультрафильтрация также может сочетаться с коагуляцией. Среди различных вариантов ультрафильтрации различают напорную и вакуумную фильтрацию. Напорное фильтрование может реализоваться в двух режимах – тупиковым с обратной промывкой и тангенциальным. В энергетике наибольшее распространение получила технология ультрафильтрации, работающая в режиме напорной тупиковой фильтрации с регенерацией обратным током воды, реализованная в установках с вертикально расположенными половолоконными мембранными элементами.

Применение ультрафильтрации позволяет удалять из воды не только взвешенные и коллоидные вещества, но и макромолекулы, микробиологические загрязнения, белки. К недостаткам процесса ультрафильтрации можно отнести большой расход воды на собственные нужды (до 30 %) и наличие большого числа переключающихся элементов, что снижает общую надёжность установки.

Технология обратного осмоса основана на обратимости процесса естественного (прямого) осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Чтобы провести обработку воды по технологии обратного осмоса, нужно создать избыточное давление (превышающее осмотическое), заставив молекулы воды диффундировать через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном естественному (прямому) осмосу. Процесс обессоливания с использованием 120 технологии обратного осмоса хорошо отработан с точки зрения его организации, аппаратурного оформления и автоматизации. К главным преимуществам данного метода можно отнести: компактность установок; эко- логичность процесса (в связи с возможностью сброса концентрата с солесодержанием до ПДК и отсутствием постоянных высоко минерализованных стоков); отсутствие необходимости использования высококонцентрированных кислот и щелочей; высокая степень обессоливания (получаемый пермеат содержит 1–2 % исходных солей). Основные недостатки данного метода: необходимость дообессоливанияпермеата; высокое энергопотребление; высокие требования к качеству воды, подаваемой на установку обратного осмоса, которые трудно обеспечить на «традиционной» предочистке с использованием осветлителей [3].

Электродеионизация – это процесс непрерывного обессоливания воды, использующий постоянное магнитное поле в комбинации с ионообменными мембранами и ионообменными смолами для выделения растворенных ионов из воды. Основной движущей силой процесса электродеионизации является разность потенциалов постоянного электрического поля по обе стороны мембранного канала, заполненного ионообменной смолой. Разность потенциалов обеспечивает перенос растворенных ионов из потока воды через ионселективные мембраны и непрерывную регенерацию смол. Под действием электрического поля анионы на своем пути к аноду проходят анионообменные мембраны, а катионы на пути к катоду – катионообменные мембраны. Благодаря этому между обеими ионообменными мембранами образуется раствор с повышенной концентрацией солей (концентрат). В России установки электродеионизации впервые были применены на заводах микроэлектроники и медицинской техники, на ТЭС пока не получили широкого распространения. Однако их преимущества – непрерывность процесса обессоливания, низкие затраты на обслуживание и др. – позволяют говорить о перспективности данного метода для получения глубоко обессоленной воды, и о том, что установки электродеионизации являются, таким образом, альтернативой фильтрам смешанного действия.

Библиографический список

1. Арканова И.А., Марышев Ф.П. Современные технологии водопод- готовки в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения // Вестн. Южно- Урал. гос. ун-та. 2014. № 3.

2. Карелин В.А. Водоподготовка. Томск: ТПУ, 2012. 458 с.

3. Предварительная очистка воды в схемах водоподготовки: учеб. пособие / А.В. Богловский [и др.]. М.: МЭИ, 2002.

Код для цитирования: Скопировать