Использование обратноосмотического обессоливания сточных вод для уменьшения дефицита пресной воды
Использование в процессе обессоливания сточных вод только фильтрата не даёт практически уменьшения солевого сброса в водоемы. Обессоливание сточных и технологических вод для уменьшения забора воды из водоисточников следует применять лишь в районах с острым дефицитом пресной воды, поскольку стоимость обессоливания значительно выше, чем стоимость традиционных методов водоподготовки. Технически обессоливание вод с указанной целью ближе всего стоит к обессоливанию природных вод. Существенное отличие заключается в технологии подготовки воды перед подачей ее в аппараты обратного осмоса. Во многих случаях технологическая схема подготовки сточной воды перед обессоливанием сложнее, чем схема предварительной подготовки поверхностных вод.
В настоящее время разработана технология обессоливания некоторых типов сточных вод. Большое внимание уделяется организации оборотного водоснабжения с использованием обессоливания сточных вод в текстильной промышленности. В сточных водах красильных цехов присутствуют щелочи, соли, красители в молекулярной и коллоидной форме, жирные кислоты. детергенты и другие органические вещества. Опытная обратноосмотическая установка производительностью 30 м3/сут состояла из двух последовательно соединенных блоков: на нервом использованы предназначенные для опреснения солоноватых вод фильтрующие элементы UОР 4600 РА;на второй - UOP 1001 РА, применяемые для опреснения океанской воды. В этих элементах используют составные полиамидные мембраны, нестойкие к свободному хлору, что обусловило введение в воду 5 мг/л бисульфита натрия. Коагулировали воду сернокислым алюминием (30... 40 мг/л в расчёте на алюминий) при рН 5...7. Освещение осуществлялось микрофильтрацией под давлением 0,3...0,5 МПа. Такая предварительная подготовка удаляла из воды 65% органических веществ, 100% взвешенных и коллоидных частиц, снижала цветность более чем на 80%. Производительность микрофильтров за 100...150 ч падала в 300 раз (до 50 л/(м2ч)) и поддерживалась механической очисткой, осуществляемой 1 раз в 2 недели.
Обратноосмотическая установка работала при выходе фильтрата 85...95% и производила фильтрат с концентрацией солей 60 мг/л при солесодержании исходной воды 1,5 г/л, ХПК воды снижалось с 250 до 28 мг О2/л, органический углерод с 68 до 11 мг/л, цветность более чем в 10 раз. В течение второго года эксплуатации средняя производительность обратноосмотических мембран составила 360 л/(м2сут). За 8 тыс. ч производительность мембран первого блока упала примерно вдвое, а второго - в 3...4 раза. Существенное восстановление производительности мембран (особенно на втором блоке) было получено при промывке аппаратов раствором моющих веществ и формалина. Более чем два года установка давала фильтрат, который обеспечивал высокое качество крашения изделий.
Метод обратного осмоса позволяет очистить сточные воды. целлюлозно-бумажной промышленности от всех загрязнений до уровня, позволяющего повторно использовать их в производстве. В некоторых работах указано, что перед обратным осмосом достаточна предварительная подготовка этих сточных вод, включающая отстаивание, фильтрование и нейтрализацию до рН 7,7. Однако более подробный анализ показывает, что предварительная подготовка перед обессоливанием сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов представляет сложную задачу, и обратноосмотическое обессоливание этих вод целесообразно проводить на динамических мембранах.
Изучена обработка продувочных вод ТЭС методом обратного осмоса для их повторного использования. В качестве предварительной подготовки рекомендуется умягчение воды на ионообменном фильтре, корректировка рН и фильтрование через активный уголь.
Существует технология очистки сточных вод предприятий по ремонту и обслуживанию самолетов, включающая электрофлотирование и обратный осмос. Электрофлотатор служит для удаления из воды масла, а обратный осмос - для частичного обессоливания воды. Фильтрат обратноосмотической установки солесодержанием до 15 мг/л в количестве 20...30 м 3/ч возвращается для повторного использования.
Известны несколько работающих в США установок обратного осмоса, обессоливающих бытовые сточные воды для их повторного использования в промышленности. Так, в Сан - Диего действует станция производительности 900 м3 /сут, около Кирквуд Мидоу - 175 м3 /сут. Выход фильтрата составляет 90%. Обессоленные обратным осмосом сточные воды используются даже в системе городского водоснабжения. Бытовые сточные воды (57 тыс м3 /сут) обрабатывают известью, затем из них отдувают воздухом аммиак, далее подвергают рекарбонизации, механическому фильтрованию, фильтрованию через активный уголь и хлорированию. Потом 23 м3 /сут воды обессоливаются на обратноосмотической установке. Очищенная сточная вода и фильтрат обратноосмотической установки с солесодержанием 40 мг/л закачиваются в водоносные горизонты для пополнения запасов и предотвращения подсоса океанской воды.
Солёные сельскохозяйственные сточные воды, с одной стороны, участвуют в засолении вод рек и озер, а с другой стороны, являются дополнительным резервом расширения и воспроизводства водных ресурсов. В течение многих лет ведется поиск решения по обессоливанию дренажных вод, собираемых с 30 тыс га земель в Юме (шт. Аризона, США). Обессоленная вода будет смешиваться с водой р. Колорадо для уменьшения солесодержания последней до величин, обусловленных договором между США и Мексикой. Обратноосмотические установки общей производительностью 250 тыс м3/сут будут снижать солесодержание обрабатываемой воды с 3 до 0,25 г/л; при этом расход обрабатываемой воды составит 355 тыс м3 /сут. Оборудование для обессоливания 172 тыс м3/сут воды поставит компания "Флюид Систем Дивизион" (ФСД) и для обессоливания 78 тыс м3 /сут - фирма "Гидронавтикс Вотер Системе" (ГВС).
Дренажная вода собирается с полей в 106 колодцев и подается на станцию обессоливания по открытому каналу протяженностью 140 км. Вода содержит значительное количество взвешенных веществ и сильно загрязнена веществами органического происхождения (планктоном, водорослями, продуктами гниения растений, сбросами с животноводческих ферм и т.д.). В работе исследовалась предварительная подготовка этой воды перед обратным осмосом, состоящая из предварительного обеззараживания хлором дозой около 5 мг/л; фильтрования через гравийную загрузку; частичного умягчения известью при рН 9,8 в реакторе со взвешенным слоем осадка (в котором удалялась примерно половина кальция, взвешенные вещества, водоросли, глинистые частицы, гидроксиды железа и марганца); подкисления осветлённой воды до рН 7,5 для предотвращения выпадения карбоната кальция, фильтрования через двухслойные фильтры; вторичного хлорирования с остаточной дозой 1 мг/л свободного хлора; введения 0,5 мг/л двуокиси серы для поддержания в воде концентрации остаточного хлора; подкисления до рН 5,5 для минимизации гидролиза ацетилцеллюлозных мембран и дозирования 1,5 мг/л гексаметафосфата натрия для защиты аппаратов от отложений гипса. Описанная система подготовки воды обеспечивала PF 15% и мутность менее 0,8° Джексона.
При испытании обессоливающей опытной установки с РФЭ, в которых были использованы мембраны из смеси три- и диацетатцеллюлозы, было выявлено, что первоначальное солесодсржапие 96,5...97,5% со временем несколько увеличивалось, а производительность мембран падала на 2...4% за каждые 1000 ч (по сравнению с 1% по проекту). Дальнейшие исследования показали, что единственной причиной уменьшения производительности мембран, используемых фирмой ГВС, является загрязнение их поверхности. Мембраны фирмы ФСД уменьшали, кроме того, свою производительность из-за хладотекучести полимера. Дополнительная обработка воды на ультрафильтрационных аппаратах уменьшит потери производительности установок ГВС на 80...100% и ФСД - на 75...80%, что позволит уменьшить затраты на смену обратноосмотических элементов с 3 до 1 млн долларов в год и окупит затраты на усложнение предварительной подготовки.