"Технико-экономическое исследование процесса очистки воды
методом обратного осмоса"
Специальность 7.091611 "Промышленная экология и охрана
окружающей среды"
Автореферат магистерской выпускной работы
Руководитель: доцент Белогуров Ю.Н.
Донецк 2002
e-mail pol_ea@ukrtop.com
1. Общая характеристика работы
1.1 Актуальность темы
Тема диссертации связана с одной из актуальных проблем Донбасса - с одной стороны, с наличием
большого количества засоленных шахтных вод, которые необходимо опреснять, и с другой стороны,
нехваткой пресной воды, которая уже, наверное, не придет в наш край по каналу "Днепр - Донбасс".
Данная тема разрабатывается на прототипе установки обратного осмоса, установленной на
ОАО "Концерн "Стирол" американской фирмой "OSMONICS". Данная тема является малоизученной в
отечественной практике, требующей решения, особенно в части утилизации полученных рассолов.
Если удастся экологически "чисто" решить данную проблему, то можно будет решать также и проблему
деминерализации огромного количества сбрасываемых шахтных вод, которые являются отходом не
только работающих шахт, а и постоянным напоминанием человечеству и платой за то "черное"
золото, которое природа отдала людям, пусть даже за их непосильный труд.
1.2 Цель работы
Целью работы является анализ существующих в мире методов обессоливания воды. Среди рассмотренных
методов для сравнения выбраны два метода очистки - ионнообменный метод обессоливания и метод
обратного осмоса. Проведя ряд исследований в качестве наиболее перспективного метода обессоливания
воды был выбран метод обратного осмоса. Аналогом рассматриваемой в работе установки является
обратноосмотический аппарат, который эксплуатируется на ОАО "Концерн "Стирол" с 1998 года.
В соответствии с поставленной целью основными задачами являются следующие:
- анализ водопотребления и водоотведения ОАО "Концерн "Стирол" за 1996-2002 года;
- проведение анализов качества воды до установки обратного осмоса, пермеата и концентрата;
- сравнение полученных данных с проектными;
- технико-экономические показатели работы установки.
1.3 Научная новизна
В данной магистерской работе проведен сравнительный анализ обессоливания воды ионообменным
методом и методом обратного осмоса с экологической и экономической точек зрения. Метод ионного
обмена по экономическим показателям является наиболее дешевым, однако это реагентный метод. Для
обессоливания используется большое количество серной кислоты и каустической соды. В качестве
исходной воды для данного метода анализа может использоваться вода с солесодержанием до 700 мг/л,
т.е. речная вода. В отличае от ионного обмена, метод обратного осмоса является безреагентным, т.е.
отсутствуют платежи за сбросы загрязняющих веществ в водоемы. В качестве исходой воды могут быть
использованы воды с солесодержанием до 2 г/л, что позволяет вместо речных вод использовать сточные,
шахтные и ливневые воды. Однако при обессоливании воды методом обратного осмоса остается нерешенным
вопрос использования концентрата.
1.4 Перечень публикаций
По теме магистерской работы были сделаны следующие публикации:
1. "Анализ потребления природных вод ОАО "Концерн "Стирол";
2. "Эколого-экономическая оценка установки обессоливания воды методом обратного осмоса".
2. Содержание работы
2.1 Аналитический обзор методов обессоливания воды
Природная вода содержит примеси различных веществ, в том числе растворенные соли, газообразные
и нерастворимые вещества. Очистка воды от растворенных соединений производится путем обессоливания.
Обессоливание воды может быть полным или частичным. В результате полного обессоливания вода
становится близка к дистиллированной. При частичном обессоливании прокаленный растворенный
остаток в воде не превышает допустимого.
Обессоливание воды производится одним из следующих методов: дистилляцией (испарением);
ионитовым методом; электрохимическим методом; гиперфильтрацией или обратным осмосом.
2.1.1 Обессоливание воды дистилляцией
Метод получения обессоленной воды путем испарения и конденсации пара является самым старым и
до сего времени используется для частичного или полного обессоливания воды с повышенным
прокаленным или растворенным остатком.
Не обессоленная вода непрерывно подается в дистиллятор. Горячий острый пар из сети подается
в змеевик нагревательного элемента и конденсируется, образуя практически обессоленную воду.
За счет теплоты, отданной конденсирующимся первичным паром, происходит образование вторичного
пара из обессоливаемой воды. Этот вторичный пар, поступая в конденсатор дистиллятора,
конденсируется за счет охлаждения не обессоленной водой и сливается в сборник обессоленной
воды, откуда обессоленная вода насосом подается по назначению. В зависимости от требований,
предъявляемых к обессоленной воде (частичное или полное обессоливание), полученный дистиллят
может разбавляться исходной обессоливаемой водой до достижения заданного значения прокаленного
растворенного остатка. В водном объеме располагается змеевиковый паровой нагревательный
элемент. Объем дистиллятора по высоте разделяется на водяной и паровой объемы с границей между
ними, называемой зеркалом испарения. Уровень зеркала испарения поддерживается при помощи
дозатора подаваемой воды.
Известен метод бесповерхностного испарения, исключающий возможность отложения накипи на
поверхности теплопередачи от греющего агента к испаряемой соленой воде. Сущность работы
такой установки заключается в следующем. В камеру сгорания с помощью
форсунок впрыскивается жидкое топливо и соленая вода. Теплота, выделяющаяся при сгорании
топлива, расходуется на испарение воды. Вся парогазовая смесь вместе с взвешенными частицами
продуктов сгорания и неиспарившимися примесями воды подается в электрофильтр. На электрофильтре
осаждаются все примеси, содержащиеся в паре, соли, а также сажа и прочие продукты сгорания
топлива. Пройдя электрофильтр, очищенная парогазовая смесь поступает в конденсатор, где
превращается в дистиллят. Такой метод позволяет обессоливать воды с высокой степенью
минерализации. Однако этот метод характеризуется высокими капитальными и эксплуатационными
расходами.
2.1.2 Ионитовое обессоливание воды
Ионитовое обессоливание воды производится с помощью фильтров, загруженных гранулами катионитов
или анионитов. При ионитном обессоливании достигается удаление из воды катионов и анионов
растворенных в ней солей. В зависимости от принятой схемы обессоливающей установки и режима
ее эксплуатации можно достичь либо частичного, либо практически полного обессоливания воды.
Катиониты обессоливают воду в результате обмена Н-ионов катионита и Na+, Ca
2+-ионов, содержащихся в воде. Различают Н-катиониты (сульфоуголь) и Na-катиониты.
Н-катионит работает в соответствии с уравнением:
HR + Na+ = NaR + H+;
2HR + Ca2+ = CaR2+ + 2H+.
Na-катиониты предназначены для умягчения воды в соответствии с уравнением:
2NaR + Ca2+ = CaR2+ + 2Na+.
Н-катионит подвергается регенерации промывкой кислотой, Na-катионит - растворов хлорида
натрия. Аниониты обессоливают воду в результате обмена ОН-ионов анионита и SO42-,
Cl-, CO32-, SiO32--ионов, содержащихся
в воде в соответствии с уравнением реакции:
Аниониты регенерируют путем промывки щелочным раствором.
Ионитовая установка, показанная на рисунке 2.1 состоит из двух групп ионитовых фильтров.
Первая работает по циклу Н-катионирования и служит для извлечения из воды катионов, а вторая
группа фильтров работает по циклу ОН-анионирования и предназначена для удаления из воды
анионов.
Рисунок 2.1 - Схема установки ионитового обессоливания воды
В промежутке между фильтрами или в конце установки располагается дегазатор для удаления из
воды диоксида углерода, который образуется в обессоленной воде за счет распада бикарбонатов,
при Н-анионировании воды, а также при фильтровании воды через анионовые фильтры в случае
регенерации их кальцинированной содой или бикарбонатом натрия. Кроме того, в данную схему
включен буферный Na-катионитовый фильтр, который сглаживает возможные проскоки катионов
солей на основных фильтрах и поддерживает неизменное значение рН обессоленной воды. На
обессоливающую установку подается осветленная вода с содержанием взвешенных веществ
не более 20 мг/л. В зависимости от качества исходной воды и требований, предъявляемых к
обессоленной воде, приведенная схема может претерпевать значительные изменения.
В практических условиях эксплуатации ионитовых обессоливающих установок, как правило, не
удается достигнуть глубокого обессоливания воды, т.е. такого обессоливания, когда прокаленный
растворенный остаток снижается до сотых долей мг/л. В этих случаях вводятся дополнительные
ступени катионирования и анионирования воды. Дополнительные ступени гарантируют от проскока
в обессоленную воду катионов и анионов, чего практически трудно достигнуть при одноступенчатом
фильтровании через катионитовые и анионитовые фильтры. При наличии в схеме обессоливающей
установки двух ступеней катионного и анионного обмена катионитовые фильтры 1-й ступени
отключают на регенерацию, когда начинается проскок в фильтрах катионов
Са2+ и Мg2+; катионитовые фильтры 2-й ступени служат в основном для
задерживания катионов Nа+. Анионные фильтры 1-й ступени задерживают анионы сильных
кислот (Сl-, SО42-), а анионитовые фильтры 2-й ступени - анионы
слабых кислот (SiО32- и СО32-).
В последнее время получил распространение метод обессоливания воды, при котором катионно-анионный
обмен совершается в одном фильтре, так называемом фильтре смешанного действия. Для этого
требуемое количество катионита и анионита загружают в фильтр и тщательно перемешивают сжатым
воздухом. В таком виде в фильтре образуется множество как бы сдвоенных фильтров по примеру
обычных схем обессоливания. Применение фильтров смешанного действия дает возможность получить
глубоко обессоленную воду и снизить число фильтров.
Для отечественных установок ионитового обессоливания воды применяют фильтры, серийно выпускаемые
промышленностью. При этом все фильтры должны обладать надежной кислотостойкой изоляцией их
внутренних поверхностей. Должен иметь кислотостойкую изоляцию и весь тракт обессоливаемой
воды так как обессоливаемая вода может взаимодействовать с компонентами стали (особенно в
присутствии кислорода), вызывая коррозию оборудования и загрязнение обессоленной воды железом
и другими ионами. Для этой цели могут применяться либо трубопроводы и арматура из нержавеющих
сталей, либо из неметаллических материалов (винипласта, полипропилена и др.).
2.1.3 Обессоливание воды электродиализом
Сущность электрохимического обессоливания воды электродиализом заключается в том, что в
электрическом поле, создаваемом при пропуске постоянного тока через слой воды, происходит
перенос ионов растворенных в воде солей, причем катионы солей движутся к катоду установки, а
анионы солей - к аноду установки.
Пространство между анодом и катодом с помощью диафрагм разделено на отсеки; в среднем отсеке
находится обессоливаемая вода. Под действием постоянного тока в анодный отсек переходят анионы
(в рассматриваем случае Cl-), а в катодный отсек - катионы (Na+), и
находящаяся в среднем отсеке вода (или раствор) таким образом обессоливается. Кроме анионов
растворенных в воде солей в переносе электричества принимают также участие диссоциированные
ионы воды Н+ и ОН-.
В процессе электролиза ионы разряжаются на электродах:
(-): 2H+ + 2e = H2;
2OH- + 2Na+ = 2NaOH (в катодном отсеке)
(+): 2Cl- - 2e = Cl2;
OH- + H+ = H2O (в анодном пространстве).
Газообразный водород и хлор являются побочными продуктами обессоливания воды электродиализом.
Это продукты высокой степени чистоты (более 99,8%) и могут быть реализованы как товарные
продукты. Раствор щелочи (NаОН), полученный в катодном пространстве также является товарным
продуктом.
Вследствие большого расхода электроэнергии метод электрохимического обессоливания воды долгое
время не получал широкого применения, потому что стоимость такого обессоливания была выше,
чем при других методах. В последние годы удалось значительно повысить эффективность и
экономичность обессоливания воды электродиализом. Это достигнуто благодаря внедрению
специальных электрохимически активных диафрагм, которые отличаются от обычно применявшихся
тем, что обладают избирательной ионопроводностью, то есть способны пропускать через себя либо
анионы, либо катионы. Наличие ионитовых диафрагм не дает возможности ионам Н+ и
ОН- попадать в среднюю камеру, а также исключает встречное движение ионов из
электродных камер.
2.1.4 Обессоливание воды методом обратного осмоса
Метод обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под
давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично
задерживающие молекулы или ионы растворенных веществ. В основе описываемого способа лежит
явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в
раствор (рисунок 2.2, а). Давление, при котором наступает равновесие (рисунок 2.2, б), называется
осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое (рисунок 2.2, в),
то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении, что отразилось в названии
процесса "обратный осмос".
Движущую силу процесса обратного осмоса в случае идеально полупроницаемой мембраны можно
определить следующим образом:
Р0 = Р - P1
где Р - избыточное (рабочее) давление над исходным раствором;
P1 - осмотическое давление раствора.
Рисунок 2.2 - Условия возникновения обратного осмоса
(P1 = rgН - осмотическое давление, r - плотность)
2.2 Описание технологической схемы обессоливания воды
На рисунке 2.3 представлена технологическая схема очистки воды методом обратного осмоса.
Рисунок 2.3 - Технологическая схема очистки воды
методом обратного осмоса
2.2.1 Узел очистки
Сточная вода, вода из пруда-ливнеотстойника и свежая речная вода в количестве 1000 м3/час
после предварительной очистки от грубодисперсных частиц насосами подается к двухслойным
фильтрам 1.
Двухслойные фильтры предназначены для удаления из исходной воды коллоиднодисперсных
взвешенных твердых частиц. Перед двухслойными фильтрами в поток воды в виде раствора гипохлорита
натрия вводится хлор, способствующий окислению содержащихся в воде биоорганических примесей.
Хлор также способствует окислению двухвалентного железа в трехвалентное, которое выпадает
в осадок. Содержащийся в марганцевом песке диоксид марганца значительно ускоряет процесс
окисление железа.
Для осаждения коллоиднодисперсных частиц, в исходную воду добавляют раствор коагулянта.
Коагулянт способствует укрупнению коллоидных частиц и выпадению их в осадок. Подача хлора
и коагулянта способствует удалению в двухслойных фильтрах большей части взвешенных твердых
частиц размером более 10 микрон.
Двухслойный фильтр 1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, заполненный
фильтрующей насадкой из антрацита и марганцевого песка. Исходная вода под давлением до 0,6 МПа
подается в верхнюю часть фильтра через входное распределительное устройство, проходит сверху
вниз слой антрацита, где происходит грубая фильтрация воды, а затем слой марганцевого влажного
песка, предназначенного для более тонкой фильтрации. Механические примеси воды задерживаются
фильтрующим составом, а осветленная вода выходит через дренажную коллекторную систему,
расположенную в нижней части аппарата. Дренажная система покрыта слоем гравия с различной
крупностью зерен, что способствует более равномерному распределению потока и препятствует
уносу из аппарата фильтрующих сред.
По мере загрязнения фильтрующего материала, происходит увеличение гидравлического сопротивления
фильтра и уменьшается его производительность. С целью восстановления фильтрующей способности
фильтров один раз в сутки производится их промывка. Для этого вначале производится взрыхление
фильтров сжатым воздухом, в результате чего фильтрующий материал переходит во взвешенное
состояние, а затем промывка исходной водой, поступающей снизу вверх. Обратная промывка
производится в течение 15 минут. Промывочная вода сбрасывается в канализацию. По окончании
взрыхляющей обратной промывки, производится промывка фильтров рабочим потоком воды в течение
5 минут. Фильтрат при этом также сбрасывается в канализацию.
После двухслойных фильтров (1) вода поступает к фильтрам предварительной очистки 2. Перед
этими фильтрами в поток воды вводятся антинакипин, нейтрализующий вещества, приводящие к
образованию накипи, и метабисульфит натрия, предназначенный для связывания имеющегося в воде
хлора, поскольку хлор и накипеобразующие вещества отрицательно влияют на работу мембран
обратного осмоса.
Для предупреждения карбонатных отложений предусматривается дозировка в поток воды серной кислоты
в количестве, необходимом для поддержания рН 3,0-7,5.
Фильтры 2 выполняют роль смесительной камеры и обеспечивают равномерное распределение реагентов
в потоке воды, предназначены для окончательной очистки воды от взвешенных частиц размером
более 5 микрон. В качестве фильтрующего материала используются собранные в кассету патроны
из пористого полипропилена с размером пор 5 микрон. В каждом узле установлено 2 фильтра.
Загрязнение пористых элементов приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтра.
При перепаде давления на фильтре 0,1-0,12 МПа патронные фильтры подлежат замене. Замена
производится не реже 1 раза в 10 дней.
2.2.2 Узел обратного осмоса
Очищенная от взвесей вода насосами (3) с давлением до 2,5 МПа поступает на установки обратного
осмоса (4) . Установка обратного осмоса предназначена для очистки воды от ионов растворенных
в ней солей, а также органических веществ и взвесей размером менее 5 микрон. Процесс
обратноосмотического обессоливания происходит в аппарате рулонного типа. Он представляет
собой трубу, в которую вставлены рулонные фильтрующие элементы. Эти элементы изготавливают
накручиванием вокруг центральной водоотводящей трубки со щелями полупроницаемых мембран,
разделенных дренажными устройствами и турбулизаторами-разделителями. В процессе накручивания
материалы, образующие мембранные пакеты, пропитывают клеевой композицией так, что получаются
напорные и дренажные полости, отделенные друг от друга.
Исходная вода подается на внешнюю поверхность рулонного фильтрующего элемента (РФЭ), движется
по турбулизатору-разделителю по спирали к центру элемента. Здесь собирается очищенная вода
и через торец РФЭ выводится концентрированный раствор солей.
Таким образом, вода при помощи мембран разделяется на два потока: очищенную воду (пермеат) и
концентрированный раствор солей (концентрат). Пермеат из каждого мембранного элемента собирается
в коллекторе пермеата и с остаточным давлением до 0,4 МПа поступает к декарбонизаторам 6.
На трубопроводе пермеата установлен обратный клапан 5, препятствующий обратному потоку.
Концентрат собирается в коллекторе концентрата и затем по межцеховому трубопроводу направляется
в колодец промливневой канализации, откуда самотеком поступает в пруд 7. Количество
концентрата регулируется установленной на трубопроводе ограничительной диафрагмой, настроенной
на определенный расход на заводе-изготовителе установки. При необходимости изменения расхода,
поток концентрата выводится из установки по байпасному трубопроводу, снабженному запорной
арматурой, а ограничительная диафрагма заменяется другой.
Степень очистки воды на установке обратного осмоса составляет 75%, то есть из всего количества
исходной воды 75% составляет пермеат, а 25% сбрасывается в качестве концентрата.
Очистка и восстановление задерживающей способности мембран достигается путем циркуляции через
мембраны моющих растворов. В качестве моющих растворов применяют ортофосфорную кислоту от
неорганических отложений и едкий натр от органических отложений. Очистка производится 1 раз
в 30 дней. При этом пермеат и концентрат поставленной на очистку установки в количестве
156 м3/час подаются в сборник установки очистки мембран 8, заполненный расчетным
количеством моющих средств. Циркуляция продолжается пока температура моющего раствора не
достигнет 40 0С. Затем производится выдержка мембран в моющем растворе 30 мин.
После этого установка обратного осмоса промывается чистой водой от моющих растворов. При
необходимости операция очистки мембран повторяется. Вода после промывки сбрасывается в
канализацию.
2.2.3 Узел декарбонизации
После установок обратного осмоса пермеат поступает к декарбонизаторам 6. Декарбонизаторы
предназначены для удаления из пермеата диоксида углерода, который образуется при подкислении
воды серной кислотой перед установками обратного осмоса. Декарбонизация пермеата необходима
для повышения производительности анионита, поскольку поглощение анионитом свободной углекислоты
приводит к быстрому его насыщению. Удаление из пермеата растворенной углекислоты осуществляется
путем ее аэрации. Декарбонизатор представляет собой цилиндрический бак, внутри которого
располагается насадка. В верхнюю часть декарбонизатора через разбрызивающее устройство
подается пермеат, снизу противотоком поступает воздух. Обрабатываемая вода омывает элементы
насадки тонким слоем, а навстречу ей движется воздух, подаваемый в декарбонизатор воздуходувкой 9
через патрубок. На всасах воздуходувок установлены фильтры для высокоэффективной очистки
воздуха. Удаляемая из воды углекислота переходит в воздух и вместе с ним выводится из
декарбонизатора в атмосферу.
Часть пермеата периодически отводится из коллектора на собственные нужды. Для повышения рН в
поток пермеата дозируется раствор гидроксида натрия.
2.2.4 Узел деминерализации воды
Декарбонизированный пермеат (частично-деминерализованная вода) насосами 3 с давлением до
0,6 МПа подается на ионообменную очистку в фильтры смешанного действия 10, которые
предназначены для окончательной деминерализации пермеата. Конструктивно фильтр смешанного
действия (ФСД) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, загруженный катионитом
и анионитом с четырьмя дренажно-распределительными устройствами: входной распределитель,
распределитель щелочи, коллектор среднего уровня, дренажный коллектор. Коллектор среднего
уровня играет в технологическом процессе работы фильтра важную роль. Он располагается
на такой высоте от нижнего дренажного коллектора, чтоб по его оси проходила линия раздела
слоев катионита и анионита при их разделении. После смешения этих ионитов между собой граница
раздела исчезает и в фильтре образуется в общем однородный фильтрующий слой, через который
обрабатываемая вода проходит сверху вниз, выходит из фильтра через нижний дренажный коллектор,
собирается в общем коллекторе деминерализованной воды.
Пермеат поступает в верхнюю часть фильтра, равномерно распределяется с помощью внутреннего
распределительного устройства и сверху вниз проходит через слой перемешанных зерен Н+-катионита
и ОН--анионита. На зернах катионита протекают процессы обмена содержащихся в воде
катионов на ион Н+, на зернах анионита - процессы обмена анионов на ион ОН-.
Перешедшие в раствор ионы Н+ и ОН- связываются в молекулы воды.
Фильтры смешанного действия периодически выводятся из схемы на регенерацию. Процесс регенерации
каждого ФСД состоит из трех основных этапов: взрыхления и разделения ионитов, раздельной их
регенерации и отмывки от продуктов регенерации. Взрыхление и разделение ионитов
проводят частично-деминерализованной водой (ЧДВ), в поток которой дозируется серная кислота
и щелочь. ЧДВ берется с коллектора входа в фильтр и подается в нижнюю часть ФСД. Проходя
фильтрующий слой снизу вверх, взрыхляющая вода отделяет анионит от катионита за счет
разности их плотностей и через верхнее распределительное устройство отводится в дренажный
лоток. Регенерация ионитов в ФСД, для уменьшения общего времени регенерации, осуществляется
одновременно.
Цикл работы ФСД состоит из следующих операций:
- умягчение пермеата;
- обратная промывка (взрыхление) в направлении снизу вверх с целью разделения катионита
(нижний слой) от более легкого анионита (верхний слой);
- оседание смол;
- установка скорости разбавления потока;
- подача регенерационного раствора щелочи;
- подача регенерационных растворов кислоты и щелочи;
- предварительная промывка ионитов в направлении пропуска регенерационных растворов;
- спуск воды (дренирование);
- перемешивание ионитовой шихты сжатым воздухом в направлении снизу вверх;
- повторное заполнение;
- окончательная промывка ионитов в направлении сверху вниз.
Деминерализованная (деионизированная) вода подается на фильтры доочистки 11, где происходит
окончательная очистка воды от взвешенных частиц ионнообменных смол. После фильтров тонкой
очистки глубокообессоленная вода направляется потребителям.
Схема получения деминерализованной воды полностью автоматизирована и управляется
программируемым логическим устройством.
2.3 Аппраты для очистки воды методом обратного осмоса
Среди мембранных аппаратов наиболее распространены аппараты с рулонными (спиральными)
фильтрующими элементами, с плоскокамерными фильтрующими элементами (типа "фильтр-пресс"), с
трубчатыми фильтрующими элементами, с мембранами в виде полых волокон. В установках большой
производительности целесообразно использовать аппараты первого или четвертого типа как наиболее
компактные (ввиду высокой удельной поверхности). На рисунке 2.4 представлен аппарат рулонного
типа.
Рисунок 2.4 - Аппарат рулонного типа
Ориентируясь на отечественную аппаратуру, выбираем аппарат рулонного типа. Среди них наиболее
перспективны аппараты, каждый модуль которых состоит из нескольких совместных навитых
рулонных фильтрующих элементов (РФЭ). Такая конструкция позволяет уменьшить гидравлическое
сопротивление дренажа потоку пермеата благодаря тому, что путь, проходимый пермеатом в
дренаже, обратно пропорционален числу совместно навитых РФЭ. Выбираем аппарат с РФЭ типа
ЭРО-Э-6,5/900, выпускаемый серийно.
На рисунке 2.5 представлена схема устройства аппарата рулонного типа (7). Аппарат состоит из
корпуса 4, выполненного в виде трубы из нержавеющей стали, в которой размещается от одного
до четырех рулонных модулей 8. Модуль формируется навивкой пяти мембранных пакетов на
пермеатоотводящую трубку 6. Пакет образуют две мембраны 11, между которыми расположен дренажный
слой 13. Мембранный пакет герметично соединен с пермеатоотводящей трубкой, кромки его также
герметизуют, чтобы предотвратить смешение разделяемого раствора с пермеатом. Для создания
необходимого зазора между мембранными пакетами при навивке модуля вкладывают крупноячеистую
сетку-сепаратор 12, благодаря чему образуются напорные каналы для прохождения разделяемого
раствора.
Герметизация пермеатоотводящих трубок в аппарате обеспечивается резиновыми кольцами 7.
Герметизация корпуса осуществляется с помощью крышек 3, резиновых колец 10 и упорных разрезных
колец 2, помещаемых в прорези накидного кольца 1, привариваемого к корпусу 4.
Исходный раствор через штуцер поступает в аппарат и проходит через витки модуля (напорные
каналы) в осевом направлении. Последовательно проходя все модули, раствор концентрируется и
удаляется из аппарата через штуцер отвода концентрата. Прошедший через мембраны пермеат
транспортируется по дренажному слою к пермеатоотводящей трубке, проходит через отверстия в ее
стенке и внутри трубки движется к выходному штуцеру.
С целью предотвращения телескопического эффекта (возникающего вследствие разности давлений
у торцов модулей и приводящего к сдвигу слоев навивки в осевом направлении) у заднего торца
модуля устанавливают антителескопическую решетку 5, в которую он упирается. Байпасирование
жидкости в аппарате предотвращено резиновой манжеткой 9, перекрывающей зазор между рулонным
модулем и внутренней стенкой корпуса.
Основные характеристики аппарата ЭРО-Э-6,5/900 приведены ниже:
Толщина мембраны d, мм - 0,1
Длина пакета L, мм - 950
Ширина пакета b, мм - 830
Число элементов в модуле - 5
Длина рулонного модуля Lм, мм - 900
Диаметр крышки, мм - 108
Диаметр корпуса, мм - 130
Материал корпуса - сталь Х18Н10Т
3 Основные результаты работы
В результате работы были сделаны следующие выводы:
1. применение обратноосмотического метода обессоливания воды позволяет достигнуть необходимого качества деминерализованной воды;
2. предложена компановка обычных и морских RO-машин в одном технологическом цикле.
4 Перечень использованной литературы
1. Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с.: ил.
2. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного
водоснабжения: Учеб. Пособие. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш. Шк., 1984. - 368 с., ил.
3. Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый А.А. Мембранная технология в промышленности. - К.: Тэхника, 1990. - 247 с.
4. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия, 1978. - 352 с., ил.
5. Дытнерский Ю.И. Барометрические процессы. Теория и расчет. - М.: Химия, 1986. - 272 с.
6. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения: Пер. с англ.
Под ред. Проф. Дытнерского Ю.И. - М.: Химия, 1981. - 464 с., ил.
7. Основные процессы и аппараты химической технологии. Под ред. Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1991 - 496 с., ил.
8. Гурвич Я.А. Химический анализ: Учебник для средних ПТУ. - М.: Высшая школа, 1985. - 295 с., ил.
9. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. - М.: Химия, 1964. - 560 с., ил.
10. Долгов Г.И. Определение удельной электропроводности в практике
водных исследований. - М.: ВОДГЕО, 1954. - 47 с., ил.
