Розрахунок цеху виробництва знесолювання води

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство Освіти І Науки України

ДВНЗ „ Український Державний Хіміко-Технологічний Університет”

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ ( РОБОТИ )

На тему Проект цеху водопідготовки знесоленої води методом зворотнього

Осмосу в умовах ТОВ „ Технохімреагент „ потужністю 160 т/добу

спец. частина

Студент групи 6Н. 011. 7.091602. 001. ДП. ПЗ

Керівник проекту ( роботи ): асистент Олейніков В. Г.

Консультанти :

Технологічна частина асистент Олейніков В.Г.

Спеціальна частина асистент Олейніков В.Г.

Охорона праці асистент Рунова Г. Г.

Автоматичний контроль та керування Грицак О. О.

Організаційно-економічна частина асистент Патіонова О.В.

2011 р.

РЕФЕРАТ

Записка пояснювальна 178 с., 12 рис., 18 табл., 55 джерел.

У даному дипломному проекті проведена розробка проекту цеху виробництва знесоленої води методом зворотнього осмосу продуктивністю 160 т/добу в умовах ВАТ „Технохімреагент”. На підставі фізико-хімічних закономірностей процесу знесолення, а також техніко-економічних показників діючих підприємств прийняті технологічні параметри процесу знесолення.

Для прийнятої технологічної схеми виробництва знесоленої води визначені головні матеріальні потоки та технологічні показники.

Вибране основне технологічне обладнання. Прийнята конструкція основного апарата - мембранного модуля, та допоміжного апарата - протитечного натрій-катіонітового фільтра і проведені технологічні, конструктивні, гідравлічні та механічні розрахунки на міцність обладнання.

Запропоновано та економічно обгрунтовано впровадження заміни прямоточного натрій-катіонітового фільтра на протитечний з додатковою середньою дренажно-розпридільчою системою, заміна мембранних модулей на енергозберігаючі а також заміна йонообмінного матеріала.

Визначені головні техніко-економічні показники цеху знесолення води.

Проведена автоматизація основного обладнання відділення водопідготовки з використанням сучасної обчислювальної техніки та приладів.

Розроблений проект відповідає усім вимогам і стандартам охорони праці і забезпечує працівників необхідними умовами праці.

Ключові слова: ЗНЕСОЛЕННЯ, МЕМБРАНА, ЙОНООБМІННИЙ ФІЛЬТР, СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНА, МОДУЛЬ, ПЕРМІАТ.

ЗМІСТ

Вступ

1. Технологічна частина

1.1 Огляд існуючих методів виробництва, обгрунтування вибору сировини та методу виробництва

1.2 Фізико-хімічні основи виробництва

1.3 Якість цільового продукту, сировини та допоміжних матеріалів

1.4 Вибір і обгрунтування параметрів технологічного режиму

1.5 Опис технологічної схеми виробництва та елементів нової техніки

1.6 Розрахунок видаткових коефіцієнтів

2. Спеціальна частина

2.1 Обгрунтування прийнятої конструкції основного апарата

2.2 Технологічний розрахунок основного апарата

2.2.1 Ступінь концентрування зворотнього осмоса

2.2.2 Вибір робочої температури та перепада тиску

2.2.3 Вибір мембрани

2.2.4 Приблизний розрахунок робочої поверхні мембрани

2.2.5 Вибір апарата та визначення його основних характеристик

2.2.6 Розрахунок спостерігаючої селективності

2.2.7 Уточнений розрахунок поверхні мембрани

2.2.8 Розрахунок гідравлічного опору

2.2.9 Розрахунок гідравлічного опору нагнітального трубопровода

2.2.10 Механічний розрахунок мембранного модуля

2.3 Обгрунтування прийнятої конструкції другого апарата

2.3.1 Технологічний розрахунок другого апарата

2.3.2 Розрахунок гідравлічного опору другого апарата

2.3.3 Конструктивний розрахунок другого апарата

2.3.4 Механічний розрахунок другого апарата

2.3.5 Вибір і обгрунтування прийнятого технологічного обладнання

2.3.6 Компонування обладнання

3. Автоматизація систем контролю технологічного процесу

3.1 Аналіз об'єкта керування

3.2 Розробка системи керування технологічним процесом

3.2.1 Аналіз технологічних величин

3.3 Вибір комплексу технічних засобів

3.4 Опис функціональної схеми керування

4. Охорона навколишнього середовища і раціональне використання природних ресурсів

4.1 Характеристика промислових викидів проектованого виробництва

4.2 Заходи щодо захисту навколишнього середовища від забруднення промисловими викидами

5. Охорона праці

5.1 Характеристика об'єкта, що проектується та місця його розташування

5.2 Характеристика негативних факторів проектованого виробництва

5.3 Заходи зі створення безпечних та здорових умов праці, передбачені проектом

5.4 Характеристика об'єкта, що проектується за пожежо- і вибухонебезпекою

5.5 Протипожежні заходи

5.6 Засоби гасіння пожеж

6. Організаційно-економічна частина

6.1 Маркетингове дослідження ринку та обгрунтування необхідності будівництва цеху

6.2 Визначення необхідної кількості основного технологічного устаткування і потужності цеху

6.3 Визначення потреби в капітальних вкладеннях

6.4 Розрахунок чисельності і фонду заробітної платні промислово-виробничого персоналу

6.5 Розрахунок собівартості продукції

6.6 Визначення ефективності запроектованих заходів

6.6.1 Розрахунок узагальнюючих показників ефективності роботи цеху

6.6.2 Розрахунок техніко-економічних показників ефективності цеху

Висновок

Перелік посилань

ВСТУП

Зворотноосмотичне знесолення поверхневих і підземних вод є новим і досить перспективним методом для підготовки добавочної води на ТЕС, використання якого може кардинально покращити екологічні характеристики ВПУ. Мембранна технологія знесолення дозволяє видаляти з води більшість розчинених у ній домішок.

За кордоном УЗО застосовуються досить широко для отримання живильної води парових котлів. Так, водопідготовка енергетичного комплексу «STEAG» (Німеччина), виконана на основі зворотноосмотичної установки продуктивністю 375 м3/год; в Угорщині на електростанції «Вертеш» працює УЗО продуктивністю 50 м3/год, в Польщі на електростанції «Zeran power station» діє УЗО продуктивністю 700 м3/год [1]. Найбільше поширення в енергетиці зворотноосмотичні установки отримали в США. Тут, крім ряду теплових електростанцій, в штаті Каліфорнія з 1992 р. працює атомна електростанція «Diablo Canon» (160 м3/год, вода Тихого океану).

Установки зворотного осмосу для знесолення води працюють зараз і на російських електростанціях. Розглянемо їх дещо детальніше.

На Нижньокамській ТЕЦ-1 у промислову експлуатацію були включені УЗО продуктивністю 166 т/год. (значення продувки 15 %), що складається із двох конструктивно однакових модулів продуктивністю по 83 т/год. Гіперфільтраційний апарат працює за двоступінчастою схемою із загальною кількістю рулонних фільтруючих елементів (РФЕ) 210, з них 140 - на першому ступені й 70 - на другому. Спочатку попередня очистка була побудована за наступною схемою: вапнування з коагуляцією FeSO4, двошарові механічні фільтри, фільтри зі слабокислотним катіонітом

Амберлайт IRC-86, бак пом'якшеної води місткістю 500м3 , звідки насосом низького тиску (до 0,6 МПа) вода із рН = 5,0...5,5 і витратою 196 т/год подавалася на насоси високого тиску УЗО-166.

У перші 9 місяців експлуатації були отримані наступні результати [7]:

- селективність мембран перебувала на рівні 98 %, що дозволяло при електропровідності живильної води близько 400 мкСм/см отримати перміат з електропровідністю 7...8 мкСм/см;

- концентрація органіки в перміаті була нижче рівня, обумовленого методом перманганатного окислювання;

- через 1 місяць експлуатації перепад тиску між входом і виходом розсолу зростав на 15 % через утворення відкладень на мембранах. Подальша їхня експлуатація без промивання була неможлива. Промивання розчином тринатрійфосфату із рН = 10,0...10,5 дозволяла за 30 хв практично повністю відновити первісний перепад тиску.

Було встановлено, що практично вся маса відкладень аморфного виду складалася з техногенних органічних речовин білого кольору, що свідчило про недостатню ефективність видалення з води цих компонентів в освітлювачах.

Забруднення мембран й утворення відкладень в рулонних фільтруючих елементах погіршують техніко-економічні показники роботи й ускладнюють експлуатацію УЗО. Забезпечити протягом тривалого часу їх надійну й високоефективну роботу можна тільки на основі достовірних знань про склад сирої води, її належної попередньої очистки й/або правильного вибору водно-хімічного гідравлічного режиму експлуатації УЗО.

Причина швидкого зростання перепаду тиску була в тім, що в сирій та освітленій воді були присутні домішки, які не можна виявити прийнятими на ТЕС аналізами, зокрема, іонодисперсні техногенні органічні домішки, про які не було ніяких відомостей. Такі фактори взагалі важко урахувати при проектуванні, тому що поки чітко не визначений взаємозв'язок припустимих концентрацій техногенних органічних домішок у воді, що подається на звоотноосмотичне знесолення, з водно-хімічним і гідравлічним режимами УЗО. Досить важко також урахувати на практиці різноманіття процесів, що приводять до утворення осадів у фільтруючих елементах, і розходження в гідравлічних характеристиках останніх.

Варто зазначити, що навіть ретельна попередня очистка вихідної води й добре підібрані гідравлічний та водно-хімічний режими лише знижують інтенсивність забруднення мембран, змінюють склад й кількість осадів, але не можуть повністю запобігти їх утворенню.

Поглиблене вивчання сирої води підтвердило припущення про її забруднення техногенною "органікою" і дозволило встановити чотири її основних властивості:

- вона не окисляється перманганатом калію, але практично повністю руйнується біхроматом калію;

- в освітленій воді, що має достатній лужний резерв і малу концентрацію іонів важких металів, більша її частина перебуває в іонодисперсному стані;

- техногенні домішки присутні у вигляді аніонів слабких органічних кислот, які при рН = 5,0 + 5,5 асоціюють і частково переходять у колоїдно_дисперсний стан;

- органовмісні осади техногенних продуктів легко розчиняються в лужних середовищах.

Таким чином, зважаючи на вищезазначене, була розроблена і реалізована схема з натрій-катіонітним зм'якшенням живильної води для УЗО до значень жорсткості 0,1 мг-екв/дм3. Для попередження утворення осадів органічних сполук рН підтримували на рівні 8,0…8,5. Як підтвердив досвід, таке значення рН дозволило отримати перміат не нижчої якості, ніж при рН= 5,0…5,5, але запобігти утворенню на мембранах осаду з техногенних органічних речовин [2].

На ТЕЦ-23 АО Мосенерго експлуатується УЗО продуктивністю 50 м3/год в якості першої ступені знесолення води і має 42 рулонних фільтруючих елемента типу «FilmTech» BW-30-330 фірми «Dow Danmark». Вихідна вода обробляється шляхом коагуляції оксихлоридом алюмінію та поліакриламідом, після чого її солевміст становить 201мг/дм3, рН=7,5. Пройшовши фільтр-уловлювач та фільтр тонкого очищення, вода подається на мембрани системи зворотного осмосу, фільтрат яких з солевмістом 4,7мг/дм3 доочищається на іонітах. При роботі УЗО як першої ступені знесолення у 2…2,5 рази збільшились фільтроцикли іонітних фільтрів другої ступені, в цілому для ВПУ в 6…7 разів скоротилася витрата лугу та кислоти на регенерацію іонітів, забруднення стоків у 3…3,5 рази нижче, ніж при іонітному знесоленні. Собівартість знесоленої води знизилася не менш ніж на 30% [1].

Крім того, в енергетиці Росії працюють ще декілька зворотноосмотичних установок: на Воронезькій ТЕЦ-1, на ТЕЦ Магнітогорського металургійного комбінату, в котельній Рязанського НПЗ та інші. Накопичений досвід експлуатації таких установок підтвердив їх високі екологічні показники:

- більше 96…98% солей, що містяться в воді, видаляються практично без використання, і, значить, без скидів хімічних реагентів;

- підтверджена стабільно висока селективність мембран.

Виконаний робітниками експлуатаційних служб ТЕЦ-23 Мосенерго і Нижньокамської ТЕЦ-1 порівняльний розрахунок собівартості знесоленої води, отриманої при використанні зворотного осмосу і при традиційному іонообмінному знесоленні показав наступне:

- на ТЕЦ-23 (солевміст вихідної води до 200 мг/дм3) впровадження зворотного осмосу дозволило зменшити собівартість знесолення на 32%;

- на ТЕЦ-1 (солевміст вихідної води до 180 мг/дм3) завдяки використанню нової технології аналогічний показник знизився

- на 52% [8]

Згідно з розрахунками [9] застосування мембранних технологій в якості першої ступені знесолення для вод з сухим залишком до 500 мг/дм3 дозволяє скидати стічні води в каналізацію без додаткової обробки, при чому експлуатаційні витрати зменшуються у 1,5…2 рази в порівнянні з двоступінчастим натрій-катіонуванням.

Одночасно відбулося вдосконалення й технології ІО. Впровадження противотічної регенерації фільтрів, завантажених моносферичними смолами, дозволило скоротити в 1,5-1,8 рази витрати реагентів на регенерацію іонітів, зменшити витрати на технологічне устаткування й кількість скидних вод, тобто поліпшити економічні показники ІО.

За розрахунками фірми «DOW CHEMICAL», що виробляє як мембрани для зворотного осмосу, так і іонообмінні смоли, були проаналізовані три водопідготовчі установки продуктивністю 40, 80 й 160 м3/год для чотирьох значень солевмісту вихідної води: 80, 160, 320 й 480 мг/л.

Для всіх трьох установок порівнювались однакові технологічні схеми: для ІО - установка, що включає три ступені (Н-ОН, ФЗД) знесолення на паралельно-точних фільтрах, як найпоширеніших, завантажених моносферичними смолами, а для ЗО - установка, у якій першим ступенем була установка з композитними або ацетатцеллюлозними мембранами, а другим - іонітні фільтри змішаної дії, завантажені монософеричним сильнокислотним катіонітом і високоосновним аніонітом. Для розрахунків прийнято, що якість обробленої води не гірше 1 мкСм/см.

З розрахунків видно, що вартість виробництва очищеної води на ЗО/ІО системах і ІО системах прямо пропорційна солевмісту вихідної води. При цьому зростання солевмісту вихідної води слабко позначається на вартості очищеної води для систем ЗО/ІО, і істотно позначається для систем ІО.

Вартість обробки води в ІО системах при збільшенні солевмісту вихідної води, в основному, зростає через збільшення витрати хімреагентів для регенерації, і насамперед - лугу, а також вартості досипання самих іонітів.

У системах ЗО/ІО зворотноосмотична установка приймає на себе основне сольове навантаження при знесоленні води. Для композитних зворотноосмотичних мембран селективність по основних солях становить 96-99%, тобто в перміаті, що подається на іонітні фільтри наступних ступеней водообробки, залишається лише від 1 до 4% солей, що покращує роботу іонітних фільтрів, веде до різкого збільшення їхнього фільтроциклу, скорочення витрати реагентів і смол, а також стоків. Основну частку в собівартість знесолення води при цьому вносять витрати на електроенергію й заміну мембран.

Як бачимо, є досить багато переваг в УЗО перед іонітним знесоленням. Одне з них, про яке часто забувають - полягає в тім, що гіперфільтраційні мембрани практично повністю затримують іонодисперсні природні й техногенні органічні речовини, не пропускаючи їх у перміат, у той час, як іонітні фільтри ХВО не можуть досить глибоко сорбувати їх [4].

Важливу роль грає й повторне використання води. У Японії в середньому повторно використається 76% промислових стоків, у США _ 10%. На електростанціях можна застосовувати стоки інших промислових процесів, наприклад, оброблені стоки міських станцій очищення або стоки самої електростанції.

Раніше повторно використалися лише стоки води високої чистоти, наприклад, продувна вода котлів або стоки після промивання знесолюючих установок. У наш час розглядається можливість застосування продувної води градирень, стоків знесолюючих установок і золовидалення.

Продувна вода градирень і навіть розсіл зворотньоосмотических установок успішно очищаються мембранами систем мікро- і ультрафільтрації. Відходи очищення можна кристалізувати. Очищені стоки зворотноосмотичних установок використаються як додаткова вода в системах золовидалення й десульфурізаційних установках.

На ТЕС High Desert у штаті Каліфорнія застосовують комбінацію освітлення, фільтрації й зворотного осмосу й планують повторно використати більше 98 % продувної води градирень й інших стоків. Досвід експлуатації зворотноосмотичних установок показав залежність надійності їх роботи від якості попередньо очищеної води. Для попередження утворення відкладень на мембранах потрібно ретельне налагодження обладнання і технології попередньої очистки.

Найбільш відома технологічна схема підготовки додаткової води на ТЕС, у якій використаються УЗО, включає наступні етапи:

реагентне освітлення і зм'якшення води;

фільтрування через насипні фільтри;

введення інгібіторів осадоутворення;

фільтрування через одну або дві ступені патронних фільтрів тонкого очищення з порами розміром до 5 мкм;

зворотноосмотичне знесолення;

фінішне знесолення на іонітах.

У східній частині штату Техас уведений ТЕС San Marcos потужністю 1100МВт із чотирма одновальними ПГУ КА24-1 компанії ALSTOM Power і випарними градирнями. Фірма Ionics забезпечила безстічну обробку продувної води градирень із повторним використанням не менш 98 % її вихідної кількості. Для обробки були застосовані ультрафільтраційна (УФ), двоступінчаста зворотноосмотична та електродіалізна установки, концентратор і кристалізатор. Залишки після обробки у вигляді кека вивозяться на ліцензований смітник [5].

Діапазон ефективного застосування УФ - від 0,002 до 0,1мкм, це дозволяє ультрафільтраційним мембранам затримувати органічні речовини з молекулярною масою, небезпечною для звротньоосмотичних мембран.

Використання ультрафільтрації для очищення води дозволяє, при незмінному сольовому складі, здійснити її освітлення й знезаражування шляхом затримки колоїдів і вірусів без застосування хімічних реагентів, що забезпечує екологічність цієї технології.За кордоном ультрафільтрація вже застосовується й для підготовки питної води, і як попередня очистка перед зворотньоосмотиченим знесоленням.

Конструкція УФ-установок ідентична конструкції зворотноосмотичних. Ультрафільтраційні мембрани або у вигляді порожніх волокон із зовнішнім діаметром від 0,7 до 2,0 мм, або рулонних елементів компонуються усередині циліндричних корпусів-модулів фільтрування, що мають одиничну площу, від 7 до 125 м , набори яких дозволяють формувати фільтраційні установки продуктивністю до 4000 м3/год і більше.

Технологічні можливості УФ вдало доповнюють можливості зворотного осмосу, тому що ультрафільтраційні мембрани затримують всі дрібні частки, що містяться в оброблюваній воді. При цьому відпадає необхідність у комплектації зворотноосмотичних установок фільтрами тонкого очищення.

У Росії існує промислове виробництво ультрафільтраційних мембран [У ФГУП Всеросійського наукового дослідницького інституту полімерних волок (ВНИИПВ), м. Митищи], які застосовуються головним чином для концентрування розведених розчинів високомолекулярних сполук, фракціонування сумішей й очищення промислових стоків.

При використанні ультрафільтрації в якості попередньої очистки перед зворотньоосмотичним знесоленням важливо вірно вибрати тип ультрафільтрацінних мембран. Більшому розміру пор (і більшій молекулярній масі затримуваних органічних сполук) відповідає більша питома продуктивність мембран, але найменш ефективна затримка органічних речовин, що обумовлюють кольоровість води.

Рисунок 1 ілюструє динамічну природу прогнозування роботи системи, заснованої на сумі параметрів кожного елемента в межах системи (по даним досліджень фірми - виробника мембран DOW) [6]. Тут показано, як чотири різних параметри роботи фільтруючих елементів змінюються вздовж потоку, з організацією ступеней 2:1 і корпусів з 6-тьма елементами. Система працює при 75%-ому відновленні й 25°С із осмотичним тиском подачі 1,4 бар (що приблизно відповідає 2000 мг/л солей у подаваному потоці). Сказане вище ілюструється малюнком 1.



Рис. 1. Зміна параметрів елементів УЗО вздовж апарата (римськими цифрами позначений номер ступені, арабськими - номер мембранного елемента).

Верхня третина рисунка показує однорідне зменшення потоків перміату індивідуального елемента вздовж потоку від 28,4 м3/добу у першому елементі першої ступені до 12,5 м3/добу в останньому елементі другої ступені. Середня норма проникаючого потоку через елемент - 22 м3/добу. Причина зменшення потоку перміата - опір проникної сітки, ДP-Др однорідно зменшуються (ДP - різниця тисків з боку подачі й з боку перміата; Др - різниця осмотичних тисків між обома сторонами). Це видно із графіків на нижній частині рисунка. Верхня крива показує, як вхідний тиск подачі до кожного елемента зменшується при втраті тиску на кожному елементі, нижня крива - ріст осмотичного тиску через збільшення солевмісту потоку концентрату (середня частина рисунка). Різниця між цими двома кривими тиску еквівалентна чистій (нетто) рушійній силі проникання.

Нижня крива показує, як осмотичний тиск подачі до кожного елемента збільшується при проходженні знесоленої води, котра відаляється кожним наступним мембранним модулем, що стволює стійку концетнрацію потока концентрата. Різниця поміж двома нижніми кривими тиску еквівалентна рухомій силі процесу.

Середня частина малюнка вказує на два важливих ефекта: лівий масштаб вказує як відновлення (рециркуляція) індивідуального мембранного модуля змінюється по ступеням. Перепад тисків відбувається поміж першою та другою ступенями мембранного розділення. Взагалі, ступінь відновлення збільшується на обох ступенях розділення, але на першій ступені з більшою швидкістю. При збільшенні відновлення мембранного модуля, ефективний осмотичний тиск, при якому працює мембрана буде вищим в порівнянні з концентраційною поляризацією. Дія цього фактора зменшує матеріальні потоки та може призвести до утворення відкладень на поверхні мембран.

1. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

1.1 Огляд існуючих методів виробництва, обгрунтування вибору сировини та методу виробництва

Відомо, що сутність процесу хімічного знесолення води полягає в обміні всіх катіонів, що присутні у воді, на катіони водню з катіоніта в Н_форме та всіх аніонах, що перебувають у воді, - на аніони гідроксилу з аніоніту у ОН-формі. В наслідок такої обробки з води віддаляються майже всі дісоційованні домішки, за винятком кремнієвої кислоти, концентрація якої становить 0,02-0,5 мг/л. Для успішного проведення процесу знесолення застосовують різні схеми обробки води, а також сильно- і слабокислотні катіоніти (СКК і СлКК), низько- і високоосновні аніоніти (НОА й BOA).

Економічно виправдане хімічне знесолення води при середньорічному сумарному змісті аніонів сильних кислот (АСК) у вихідній воді до 7 мг_екв/л [8]. Останнім часом ця цифра доходить до значення 4 мг_екв/л. При більш високому солевмісті природної води потрібно обирати інші методи очищення води. Одна з них - застосування мембран в знесоленні води.

Мембранна технологія знесолення води, заснована на принципі зворотнього осмосу (нанофильтрації), має універсальність, дозволяючи в одну сходинку видаляти з води більшість розчинених у ній забруднень. Застосування мембран гарантує високу якість очищеної води; крім того, мембранні установки відрізняються компактністю, простотою конструкції й експлуатації [9-10]. Описана авторами в роботах [9-11] технологія водопідготовки з використанням мембранних установок включає: дозування у вихідну воду спеціальних інгібіторів осадоутворення у кількості 1-5 мг/л; обробку води на мембранних установках; регулярні гідравлічні промивання мембранних фільтрів з пониженням тиску; регулярні хімічні регенерації мембранних фільтрів за допомогою спеціальних розчинів; у ряді випадків при підготовці питної води на виході очищеної води з установки передбачаються ультрафіолетові бактерицидні лампи.

Досвід роботи фірми «Уотерлеб», як розроблювача технології й виготовлювача обладнання, показав, що невірна експлуатація мембранних установок на об'єктах замовника часто призводить до дискредитації нової перспективної технології. Це обґрунтовується небажанням обслуговуючого персоналу зрозуміти новизну технології при наявних навичках експлуатації традиційних установок - іонообмінних та знезалізнюючих.

Основним напрямком у цей час, поряд з технологією знесолення води, стало створення технології експлуатації установок, що дозволяє забезпечити існуючі системи необхідними реагентами, деталями, аксесуарами, що підвищує надійність роботи установок. Створення систем водоочищення саме з погляду їхньої експлуатації спричинило величезну кількість удосконалень, які, в остаточному підсумку, змінили зовнішній вигляд установок, засоби їхнього монтажу, експлуатаційні заходи.

У вихідну воду додавали інгібітор WL-SC, що являє собою суміш карбоксил - і фосфоровмісних комплексонів із введенням у неї біоцидного препарату для запобігання біологічних обростань, поставляється в рідкому вигляді й дозується у вихідну воду насосом-дозатором. Для установок з невеликою продуктивністю (до 5 м3/год) розроблені патрони-дозатори, які встановлюються на вході вихідної води в установки. У патронах-дозаторах інгібітор утримується у вигляді твердої пористої маси, що розчиняється в міру проходження вихідної води через патрон.

Сервісне обслуговування установок невеликої продуктивності (до 5 м3/год) зводиться до регулярної заміни (2-3 рази на рік) інгібіруючих патронів і регенерації мембранних фільтрів спеціальною сервісною бригадою й займає 10-15 хвилин залежно від обсягу робіт. Регенерація мембранних фільтруючих елементів, які заросли відкладаннями проводиться

централізовано в лабораторних умовах. Розроблена технологія дозволяє легко обслуговувати сотні установок, рятуючи замовників від дорогого сервісу, покупки реагентів, а також незручностей, пов'язаних із проведенням сервісних заходів усередині житлового будинку.

Сучасні зворотньоосматичні мембрани затримують на молекулярному й іонному рівнях такі забруднення, як іони жорсткості, заліза, фторидів та ін. Однак у деяких галузях промисловості існують особливі вимоги що до якості води, які часом неможливо виконати, застосовуючи методи зворотнього осмосу або нанофильтрацію. Труднощі полягають у тім, що мембрани затримують різні іони пропорційно величині селективності мембран [11].

Найбільш відома технологічна схема підготовки додаткової води на ТЕС, у якій використаються УЗО, включає пристрій для освітлення вихідної води, для запобігання відкладень малорозчинних солей (карбонату й сульфату кальцію), часткове зворотньоосмотичне знесолення й наступне глибоке знесолення з використанням іонообмінников (Рис. 1).

Освітлення вихідної води по цих схемах здійснюється з використанням звичайно застосовуємих для цієї мети на ТЕС способів й обладнання. Найчастіше освітлення води сполучається з реагентним її пом'якшенням, яке здійснюється у тих же спорудженнях, у яких проводять освітлення. Запобігання випадання солей кальцію досягається в результаті дозування в освітлену воду кислоти та гексаметафосфата натрію ГМФН (Рис. 1.1.1.а) пом'якшенням води на натрій-катіонітних фільтрах (Рис. 1,1.1.б):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1.1. Схема підготовки додаткової води на ТЕС, з використанням УЗО.

Де I - вихідна вода; II - концентрат УЗО; II - знесолена вода; IV - розчин сірчанокислого алюмінію; V - розчин флокулянта; VI - розчин сірчаної кислоти; VII - розчин гексаметафосфата натрію; VIII - розчин сірчанокислого заліза; IX - розчин вапна; 1 - пристрої для освітлення вихідної води; 2 - часткове зворотньоосмотичне знесолення; 3 - глибоке знесолення з використанням іонообмінників; 4 - натрій-катіонітне пом'якшення.

При використанні зворотного осмосу для підготовки додаткової води за технологією, представленої на Рис. 1.1.1. можна значно (в 4-10 разів) скоротити витрату реагентів на регенерацію іонітних фільтрів на електростанціях й еквівалентно зменшити об'єм сольового стоку у джерела води. Така технологія застосована на ТЕС у Мангейме (Німеччина), у Джим Бридж (США). У нашій країні описана технологія реалізована на ТЕЦ-23.

Незважаючи на те, що використання УЗО для підготовки додаткової води на електростанціях по технологічних схемах, зображений на Рис. 1, значно скорочує об'єм сольового стоку, сумарна витрата стічних вод ВПУ при цьому мало скорочується. Це обумовлено тим, що при використанні розглянутих технологій не вирішується питання утилізації й ліквідації скидання концентрату після УЗО. Хоча, імовірно, вірно організований скид концентрату УЗО не повинен наносити екологічної шкоди водоймам, оскільки в ньому ті ж солі, що у вихідній воді, дозвіл санітарних органів на скидання цього стоку у джерела води не отримано.

Подальший розвиток описана технологія одержала в розроблених ВНИИАМ технічних пропозиціях по створенню безстічної системи підготовки додаткової води на електростанціях. Принципова технологічна схема цього процесу представлена на Рис. 1.1.1 а,б.

Принципова технологічна схема безстічної системи підготовки додаткової води на ТЕС, рис 1.1.1. (б):

I - вихідна вода;

II - знесолена вода;

III - сульфат натрію (товарний продукт);

IV - хлорид натрію (товарний продукт);

V - розчин сірчанокислого заліза;

VI - розчин вапна;

VII - розчин сірчаної кислоти;

1 - освітлення та пом'якшення вапном;

2 - натрій-катіонітні фільтри;

3 - знесолення в УЗО-1;

4 - знесолення в УЗО-2;

5 - іонітні фільтри для глибокого знесолення;

6 - розчини гіпсу;

7 - доупарювання;

8 - виділення солей у вигляді товарних продуктів.

Так само, як й у технологічній схемі, зображеної на Рис. 1.б, вихідна вода освітляється та пом'ягчується вапном, фільтрується через натрій_катіонітні фільтри, підкисляється, частково знесолюється на УЗО-1 та УЗО-2 і надходить на іонітні фільтри для глибокого знесолення. Концентрат УЗО-2 частково використовується для регенерації натрій-катіонітних фільтрів з наступним виділенням з відпрацьованого розчину гіпсу, а основна частина направляється на доупарювання з наступним виділенням солей у вигляді товарних продуктів. В УЗО-1, так само як й в УЗО на схемах, зазначених на Рис. 1.1.1, використовуються низьконапірні зворотньоосмотичні мембрани, а концентрація солей у концентраті УЗО-1 досягає 10 г/л. В УЗО-2 монтуються зворотньоосмотичні елементи з високонапірними мембранами, робочий тиск яких становить 5-6 МПа, оскільки солевміст концентрату УЗО-2 досягає 50 г/л і більше (осмотичний тиск цього розчину перевищує 4 МПа).

У розсолі випарної установки утримуються в основному сульфат і хлорид натрію. Ці солі можуть бути повністю розділені або з розчину можна одержати сульфат натрію й суміш хлориду й сульфату натрію, яку можна використати для готування регенераційних розчинів натрій-катіонітних фільтрів на ТЕЦ, та інших виробництвах.

Розглянуті раніше технологічні схеми (рис.1.1.1. та 1.1.2), у яких використаються УЗО, доцільно застосовувати тільки при досить високих значеннях солевмісту вихідної води. Це добре відомо по закордонній практиці й підтверджено вітчизняними техніко-економічними розрахунками. Безумовно, зазначені в попередніх роботах граничні значення економічної доцільності застосування УЗО для підготовки додаткової води ТЕС мають потребу в коректуванні, тому що змінилися співвідношення цін між окремими компонентами, що вносять внесок у собівартість знесолення води. Разом з тим, мабуть, що при низкою (імовірно, менш 400 мг/л) мінералізації води застосування УЗО для розглянутої мети є економічно невиправданим. У цьому випадку більш вигідно використати традиційне іонообмінне знесолення, виключивши, однак, скидання великої кількості солей у гідросферу [12].

На Московської ТЕЦ-23 була введена в експлуатацію в складі ХВО-1 хімцеха УЗО продуктивністю 50м3/год. Спочатку установка УЗО-50А була укомплектована тільки вітчизняним обладнанням (насоси, арматури, фільтрувальні патрони, корпуси фільтруючих модулів, труби, прилади контролю й ін.), включаючи вітчизняні рулонні зворотньоосмотичні фільтруючі елементи (РФЕ) типу ЭРО-200-1016 (виготовлювач НПО "Полимерсинтез" м. Володимир).

Досвід експлуатації УЗО-50А упродовж перших 3-х місяців показав, що РФЕ мають невисоку загальну селективність 85%, що швидко падала в процесі роботи, досягши 30% через 3 місяці експлуатації.

Інших вітчизняних РФЕ наша промисловість не випускала, тому ЭРО-200-1016 були замінені на імпортні РФЕ типу "FilmTec" BW-30-330 фірми "Dow Danmark". Треба було 42 шт. РФЕ "FilmTec" BW-3O-33O замість 84 шт ЭРО-200-1016 при збереженні продуктивності УЗО, значному поліпшенні якості перміату й більше низькому робочому тиску вихідної води 0,2 мПА замість0,22 мПа. Робочий тиск вдалось знизити, не міняючи високонапірні центробіжні насоси, а тільки знявши одне із трьох робочих коліс у насосі.

За рубежем досить широко застосовуються УЗО для одержання живильної води парових котлів. Так, водопідготовка енергетичного комплексу "STEAG" (Німеччина) виконана на основі зворотньоосмотнчної установки продуктивністю 375 м3/год (р. Зааль). В Угорщині на електростанції "Вертеш" працює УЗО продуктивністю 50 м3/год (оз. Бокодн). У Польщі на електростанції "Zeran power station" діє УЗО продуктивністю 700 м3/год (морська вода). Є УЗО на електростанціях Австрії. Італії, Іспанії й ін. Найбільше поширення в енергетику зворотньоосмотичні установки одержали в США. Тут, крім ряду теплових електростанцій, у штаті Каліфорнія з 1992 р. працює атомна електростанція "Diablo Canon" (160 м3/год, вода Тихого океану) [7].

Так на Нижньокамській ТЕЦ-1 у промислову експлуатацію були включені УЗО продуктивністю 166 т/год. (значення продувки 15 %), що складається із двох конструктивно однакових модулів продуктивністю по 83 т/год. Гіперфільтраційний апарат працює за двоступінчастою схемою із загальною кількістю рулонних фільтруючих елементів (РФЕ) 210, з них 140 - на першому ступені й 70 - на другому. Спочатку попередня очистка була побудована за наступною схемою: вапнування з коагуляцією FeSO4, двошарові механічні фільтри, фільтри зі слабокислотним катіонітом Амберлайт IRC-86, бак пом'якшеної води місткістю 500 м , звідки насосом низького тиску (до 0,6 МПа) вода із рН = 5,0...5,5 і витратою 196 т/год подавалася на насоси високого тиску УЗО-166.

Розглянемо спрощену гідравлічну схему УЗО на Нижньокамській ТЕЦ_1:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1.2. Спрощена гідравлічна схема УЗО на Нижньокамській ТЕЦ_1

У перші 9 місяців експлуатації були отримані наступні результати:

- селективність мембран перебувала на рівні 98 %, що дозволяло при електропровідності живильної води близько 400 мкСм/см мати в пермеате 7...8 мкСм/см;

- концентрація органіки в перміаті була нижче рівня, обумовленого методом перманганатного окислювання;

- через 1 місяць експлуатації перепад тиску між входом і виходом розсолу зростав на 15 % через утворення відкладень на мембранах. Подальша їхня експлуатація без промивання була неможлива. Промивання розчином тринатрійфосфату із рН = 10,0...10,5 дозволяла за 30 хв практично повністю відновити первісний перепад тиску.

Остання обставина, пов'язана із частими промиваннями мембранних збірок, не влаштовувала ні дослідників, ні експлуатаційний персонал.

Було встановлено, що практично вся маса відкладень аморфного виду складалася з техногенних органічних речовин білих кольорів, що свідчило про недостатню ефективність видалення з води цих компонентів в освітлювачах [2].

Забруднення мембран й утворення відкладень в рулонних фільтруючих елементах погіршують техніко-економічні показники роботи й ускладнюють експлуатацію УЗО. Забезпечити протягом тривалого часу їх надійну й високоефективну роботу можна тільки на основі достовірних знань про склад сирої води, її належної попередньої очистки води й/або правильному виборі водно-хімічного гідравлічного режиму експлуатації УЗО.

Причина швидкого зростання перепаду тиску повинна бути в тім, що в сирій та освітленій воді присутні домішки, які не можна виявити прийнятими на ТЕС аналізами, зокрема, іонодісперсні техногенні органічні домішки, про які не було ніяких відомостей. Але навіть якби про ний було відомо, апріорі їх важко було б урахувати при проектуванні, тому що поки чітко не визначений взаємозв'язок припустимих концентрацій техногенних органічних домішок у воді, що подається на звоотньоосмотичне знесолення, з водно-хімічним і гідравлічним режимами УЗО. Досить важко також урахувати на практиці різноманіття процесів, що приводять до утворення опадів у РФЭ, і розходження в гідравлічних характеристиках останніх.

Було ухвалене рішення включити в схему натрій-катоінітові фільтри.

Справедливості заради варто помітити, що навіть ретельна попередня очистка вихідної води й добре підібрані гідравлічний та водно-хімічний режими лише знижують інтенсивність забруднення мембран, змінюють склад й кількість опадів, але не можуть повністю запобігти їх утворенню.Поглиблене вивчення сирої води підтвердило припущення про її забруднення техногенною "органікою" і дозволило встановити чотири її основних властивості:

- вона не окисляється перманганатом калію, але практично повністю руйнується біхроматом калію;

- в освітленій воді, що має достатній лужний резерв і малу концентрацію іонів важких металів, більша її частина перебуває в іонодисперсном стані;

- техногенні домішки присутні у вигляді аніонів слабких органічних кислот, які при рН = 5,0 + 5,5 асоціюють і частково переходять у колоїдно_дисперсний стан;

- органовмісні оcади техногенних продуктів легко розчиняються в лужних розчинах.

- рентгеноструктурним аналізом була встановлена присутність магнетиту в сирій воді.

Однак, досить багато переваг в УЗО перед іонітним знесоленням. Одне з них, про яке часто забувають - полягає в тім, що гіперфільтраційні мембрани практично повністю затримують іонодисперсні природні й техногенні органічні речовини, не пропускаючи їх у перміат, у той час, як іонітні фільтри ХВО не можуть досить глибоко сорбувати їх [2].

Діоксид вуглецю в газоподібному стані може вільно проходити через мембрани, а потім іонізуватися з утворенням бікарбонату. Це підвищує електропровідність перміату зворотньоосмотичних установок. Якщо така установка розташована перед електродіалізною системою, то підвищена електропровідність може несприятливо вплинути з роботу останньої.

Діоксид вуглецю вловлюється в стандартних знесолюючих установках, що використають вакуумний або вентиляторний дегазатор (декарбонізатор). Такий апарат розміщається звичайно за сильнокислотним катіонітним фільтром, тому що завдяки низькому значенню рН води після цього фільтра вловлювання СО2 полегшується.

У системах зі зворотнім осмосом й електродіалізом застосування баштових вентиляторних декарбонізаторів недоцільно через їхні великі розміри й небезпеку попадання забруднень у воду, очищену в зворотньоосмотнчній установці. У цьому випадку краще використати систему з газопроникними мембранами: вони гідрофобні й мають пори з розмірами близько 0,03 мкм. Для видалення СО2, який пройшов крізь мембрани, застосовується очищене повітря. Системи з газопроникними мембранами можуть працювати під вакуумом, що сприяє видаленню як СО2, так і розчинного кисню.

Важливу роль грає й повторне використання води. У Японії в середньому повторно використається 76 % промислових стоків, у США _ 10%. На електростанціях можна застосовувати стоки інших промислових процесів, наприклад, оброблені стоки міських станцій очищення або стоки самої електростанції.

Раніше повторно використалися лише стоки води високої чистоти, наприклад, продувна вода колтів або стоки після промивання знесолюючих установок. У цей час розглядається можливість застосування продувної води градирень, стоків знесолюючих установок і золовидалення.

Продувна вода градирень і навіть розсіл зворотньоосмотических установок успішно очищаються мембранами систем мікро- і ультрафільтрації. Відходи очищення можна кристалізувати. Очищені стоки зворотньоосмотичних установок використаються як додаткова вода в системах золовидалення й десульфурізаціонних установках.

На ТЕС High Desert у штаті Каліфорнія застосовують унікальну комбінацію освітлення, фільтрації й зворотного осмосу й планують повторно використати більше 98 % продувної води градирень й інших стоків.

У східній частині штату Техас уведений ТЕС San Marcos потужністю

1100 МВт із чотирма одновальними ПГУ КА24-1 компанії ALSTOM Power і випарними градирнями. Фірма Ionics забезпечила безстічну обробку продувної води градирень із повторним використанням не менш 98 % її вихідної кількості. Для обробки були застосовані ультрафільтраціоина (УФ), двоступінчаста зворотньоосмотнчна та електродіализна установки, концентратор і кристаллізатор. Залишки після обробки у вигляді кека вивозяться на ліцензований смітник [13].

Діапазон ефективного застосування УФ - від 0,002 до 0,1 мкм, це дозволяє ультрафільтраційним мембранам затримувати органічні речовини з молекулярною масою, небезпечної для звротньоосмотичних мембран. Використання ультрафільтрації для очищення води дозволяє, при незмінній сольовій сполуці, здійснити її освітлення й знезаражування шляхом затримки колоїдів і вірусів без застосування хімічних реагентів, що забезпечує екологічність цієї технології.

За кордоном ультрафільтрація вже застосовується й для підготовки питної води, і як попередня очистка перед зворотньоосмотиченим знесоленням.

Конструкція УФ-установок ідентична конструкції зворотньоосмотичних. Ультрафільтраційні мембрани або у вигляді порожніх волокон із зовнішнім діаметром від 0,7 до 2,0 мм, або рулонних елементів компонуються усередині циліндричних корпусів-модулів фільтрування, що мають одиничну площу, від 7 до 125 м , набори яких дозволяють формувати фільтраційні установки продуктивністю до 4 000 м3/год і більше.

Технологічні можливості УФ вдало доповнюють можливості зворотнього осмосу, тому що ультрафільтраційні мембрани затримують всі дрібні частки, що містяться в оброблюваній воді. При цьому відпадає необхідність у комплектації зворотньоосмотичних установок фільтрами тонкого очищення.

Всі досліджені марки ультрафільтраційних мембран забезпечують глибоке очищення оброблюваної води від суспензій і заліза. Очищення від сполук, що обумовлюють кольоровість, досить ефективні тільки за допомогою мембран марки УВА-20-ПС-1040 (кольоровість нижче в порівнянні з іншими мембранами більш, ніж на 70 %) і різко падає при використанні мембран з більшими розмірами пор. Ще менш ефективне очищення від сполук, що впливають на перманганатне окислення води. Однак фільтрат після ультрафільтраційного очищення можна направляти на зворотньоосмотичне знесолення без ризику утворення відкладень, тому що залишкові кольоровість і перманганатне окислення визначаються сполуками з молекулярною масою менш 150 кДа.

Цей висновок согласується з досвідом впровадження ультрафільтраційних установок провідними закордонними фірмами. Наприклад, за даними фірм NоPiТ (Нідерланди) і JNGE (Німеччина) для попередньої очистки поверхневих прісних вод з мутністю до 50 мг/л або морських вод варто використовувати ультрафільтраційні мембрани, що затримують органічні речовини з молекулярною масою понад 200 кМоль.

Робота ультрафільтраційних установок здійснюється в наступній послідовності: фільтрація - зворотнє промивання. Тривалість фільтрації звичайно становить 15...60 хв, промивання - 20...40 с. При проектуванні ультрафільтраційних установок головне завдання полягає у визначенні часу фільтрування й зворотнього промивання, при яких подуктивність обробленої води буде максимальною, а неминуче падіння продуктивності -мінімальним [16].

У цей час широке застосовуються тонкоплівкові високоселективні низьконапірні мембрани з робочим тиском від0,6 мПа. Так, наприклад, розрахунковий робочий тиск на діючій установці зворотнього осмосу продуктивністю 90 м3/год на електростанції Магнітогорського металургійного комбінату становить усього 0,75 мПа при солевмісті вихідної води 200 мг/л.

Одночасно відбулося вдосконалювання й технології ІО. Впровадження противотічної регенерації фільтрів, завантажених моносферичними смолами, дозволило скоротити в 1,5-1,8 рази витрати реагентів на регенерацію іонітів, зменшити витрати на технологічне устаткування й кількість скидних вод, тобто поліпшити економічні показники іонного обміну (ІО).

При даній економічній оцінці фірмою були проаналізовані три водопідготовчі установки продуктивністю 40, 80 й 160 м3/год для чотирьох значень солевмісту вихідної води: 80, 160, 320 й 480 мг/л.

Для всіх трьох установок порівнювались однакові технологічні схеми: для ІО - установка, що включає три ступені (Н-ОН, ФСД) знесолення на паралельно-точних фільтрах, як найпоширеніших, завантажених моносферичними смолами, а для ЗО - установка, у якій першим ступенем була установка з композитними або ацетатцеллюлозними мембранами, а другий - іонітні фільтри змішаної дії, завантажені монософеричними сильнокислотнім катіонітом і високоосновнім аніонітом. Для розрахунків прийняті три значення загального солевмісту вихідної води: 260, 360 й 420 мг/л, а також чотири продуктивності: 100, 300, 500 й 800 м3/год.

Розрахунки в даному дослідженні показали, що збільшення продуктивності з 40 до 160 м3/год у системах ЗО/ІО й ІО незначно позначається на значенні граничного солевмісту, але веде до зниження на 13 _ 18% собівартості очищеної води.

Проаналізувавши літературу, були зроблені висновки о застосуванні різноманітних схем водопідготовки. Установки зворотнього осмосу доцільно застосовувати для малих витрат обробляємої води та для високих значень солевмісту вихідної води. Також доцільно використовувати у якості попередньої підготовки води ультрафільтраційні мембрани, які в свою чергу забезпечують очищення води від високомолекулярних сполук, що сприяє більш стабільній роботі мембран зворотнього осмосу та попереджує утворення на поверхні мембран комплексних відкладень. Однак вартість ультрафільтраційних мембран майже така, як і мембран зворотнього осмосу тому єкономічні переваги спостерігаються при продуктивності всього агрегата 75 м3 /год. і більше. Однак в порівнянні з йонним обміном в декілька разів скорочується кількість стічних вод, значно зменшується виробнича площа та якість обробленої води та металоємкість виробництва. Крім того, при використанні ультрафільтраційних мембран створюється можливість селективного вилучення із води цінних високомолекулярних сполук, шо також є позитивним моментом данного методу, але кінцеве рішення приймається техніко-економічним розрахунком.

1.2 Фізико-хімічні основи виробництва

Осмос це фізико-хімічний процес проникнення рідини крізь напівпроникну мембрану. Якщо взяти дві сполучені посудини, заповнені одна чистим розчинником а інша розчином довільної солі із розділяючою їх напівпроникною мембраною, то процес можна представити наступним малюнком:

Осмос Зворотній осмос

Малюнок 1.2.1. Явище осмосу і зворотнього осмосу

Як видно із малюнка, у випадку осмоса рідина (розчинник) самовільно перетікає крізь мембрану в посудину із розчином, намагаючись зменшити концентрацію розчину. В спеціальних термінах це виражає те , що процес протікає до вирівнювання хімічних потенціалів розчинника та розчина з утворенням певної різниці рівнів, пропорційній концентрації розчиненої речовини. У випадку зворотнього осмосу перетікання рідини відбувається навпаки, із посудини з розчином в посудину з чистим розчінником. Але для створення такого процесу до системи необхідно прикласти тиск, більший за осмотичний, звідки і походить назва методу. Рухомою силою процесу є прикладений зовнішній тиск, чим більший тиск, тим , відповідно , швидше відбувається процес розділення. Кількість енергії, що необхідна для зворотньоосмотичного розділення прямопропорційна вмісту розчинених речовин, відповідно, чим більша концентрація розчинених речовин, тим більшу кількість енергії необхідно витратити і тим більший тиск необхідно прикласти до системи.

Охарактеризування термінів, що далі будуть розглянуті дозволить краще зрозуміти матеріал. Вихідна вода (Qf)- це вода, безпосередньо подається на корпуси мембранних модулей. Перміат (Qp) вихід перміата це та частина потока вихідної води, що пройшла крізь мембранні елементи. При тестуванні потік перміата аналізується при 25 С0, так як вихід перміата залежить від температури води, що подається. Концентрат(Qc) вихід концентрата- це та частина потока, що не пройшла крізь мембранні елементи та містить в собі всі виділенні із води солі. Витрати вихідної води складають суму концентрата та перміата тобто:

( 1.2.1)

Основні фізико-хімічні залежності та співвідношення і залежності, які будуть використані в подальших розрахунках приведені нижче:

1) приймається частка перміату (вихід продукту) Y, %;

2) розраховується ступінь концентрування домішок в системі за співвідношенням:

(1.2.2)

3) концентрація і-тої домішки в потоці концентрату визначається так:

, ( 1.2.3)

де - концентрація домішки в потоці вихідної води;

4) концентрація і-тої домішки в потоці перміату залежить від типу мембрани, типу домішки, робочого тиску, температури, рН, складу вихідної води;

5) визначення небезпеки утворення осаду на мембранах здійснюється для потоку концентрату за такою методикою:

- рівноважна концентрація СО2:

(1.2.4)

де й - константи дисоціації вугільної кислоти по першому й другому ступені відповідно, функції від температури, довідникові величини,

- межа розчинності карбонату кальцію, функція від

температури, довідникова величина,

, - коефіцієнти активності іонів, докладніше див. нижче;

, - концентрації іонів, моль/л.

- рівноважне значення рН:

(1.2.5)

Фактичне значення рН:

, (1.2.6)

де - фактична концентрація СО2.

Індекс Ланжелье (LSI):

(1.2.7)

Умови для контролю утворення CaCO3:

LSI<0 - немає необхідності в додаванні інгібітору відкладень;

0<LSI<1 - необхідно дозувати гексаметафосфат натрію з концентрацією в потоці концентрату 20 мг/л;

LSI>1 - дозування полімерних органічних інгібіторів.

- іонна сила розчину:

, (1.2.8)

де - концентрація i-го іона в розчині, моль/л,

- заряд i-го іона,

- Коефіцієнт активності z-валентних іонів:

(1.2.9)

Добуток розчинності сполук, які можуть утворити осад, виражений в % від межі розчинності:

, (1.2.10)

де, - молярні концентрації катіона й аніона, що утворюють дану сполуку,

, - активності катіона й аніона,

m, n - валентність катіона й аніона відповідно в даній сполуці.

- межа розчинності сполуки, функція від температури, довідникова величина;

6) осмотичний тиск розчину з n компонентів (солей), що обробляється, визначається для потоку концентрату за рівнянням Вант-Гоффа:

, (1.2.11)

де R - універсальна газова постійна, рівна 8,31 Дж/(моль.К); Т - температура розчину, К.

7) Для розробки конфігурації УЗО і визначення її експлуатаційних характеристик необхідно визначити наведені нижче змінні.

Тиск подачі, необхідний для виробництва заданого потоку перміата, залежить, для даної мембрани, від розробленої (проектної) продуктивності по перміату на одиницю активної мембранної площі, тобто питомої продуктивності - (флакс). Чим вище , тим вище тиск подачі.

У відповідності зі стандартними характеристиками мембран необхідно визначити середню питому продуктивність системи , виходячи із цього, розрахувати необхідну кількість мембранних елементів: