Обессоленная вода как сделать

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Под обессоливанием воды понимают процесс снижения содержания растворенных в ней солей до требуемой величины прокаленного растворенного остатка.

Различают частичное и полное обессоливание. Частным случаем обессоливания воды является опреснение , в результате которого величина солесодержания в очищен­ной воде не превышает 1000 мг/л.

Полное обессоливание обеспечивает получение в процессе обработки воды, близ­кой по качеству к дистиллированной, используемой в большинстве случаев для питания барабанных и прямоточных паровых котлов ТЭЦ и ГРЭС.

К наиболее распространенным методам обессоливания воды относятся: ионный обмен, электродиализ, обратный осмос и дистилляция. Выбор метода обессоливания определяется производительностью установки, качеством исходной и очищенной воды и осуществляется на базе технико-экономического сравнения вариантов. Ориентировоч­но, при общем солесодержании воды до 1,5-2 г/л, рекомендуется применять ионообмен­ный метод, 1,5-15 г/л - электродиализ или обратный осмос, более 10 г/л - дистилляцию и до 40 г/л - обратный осмос.

Ионообменный метод обессоливания воды основан на способности ионитов обме­нивать ионы Н + и ОН - , С0₃ 2- , НС0₃ - соответственно на катионы (Са 2+ , Mg 2+ и Na + ) и анионы (S0₄ 2- , Сl - , Si0₃ 2- ) растворенных в воде солей и реализуется путем последова­тельного пропуска обрабатываемой воды через Н-катионитовые фильтры:

H[K] + NaCl ↔ Na[K] + HCl,

и ОН, C0 ₃ или НС0₃ -анионитовые фильтры, в которых процесс обмена может быть представлен следующими уравнениями реакций:

[А] ОН + NaCl ↔ [А]Сl + Н₂0,

Схема установки для обессоливания воды

1 - Н-катионитовые фильтры; 2 - анионитовые фильтры; 3 - буферный Ыа-катионитовый фильтр; 4 - дегазатор; 5 - вентилятор; 6 - промежуточный бак; 7 - насос.

Схема установки для полного обессоливания воды с двухступенчатым катионированием и анионированием

1 - Н-катионитовые фильтры; 2 - анионитовые фильтры первой ступени (со слабоосновным ани­онитом); 3 - Н-катионитовые фильтры второй ступени; 4 - анионитовые фильтры второй ступени (с сильноосновным анионитом); 5 -дегазатор; 6 - вентилятор; 7 - бак для сбора частично обессо­ленной воды; 8 - насос.

Условия применения технологических схем обессоливания ионным обменом

Схема ионитового обессоливания воды

общее солесодержа- ние, мг/л

S0 2 _A + + Сl - , мг - экв / л

взвешен­ные веще­ства, мг/л

перманганат- ная окисляе- мость, мг0₂/л

общее солесо- держание, мг/л

кремнекис- лота, мг/л

Н-катионитовый фильтр, анионитовый фильтр со слабоосновным анионитом, дегазатор

I ст., анионитовый фильтр со слабоосновным аниони­том I ст., Н-катионитовый фильтр II ст., дегазатор; анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом

Трехступенчатая: дополни­тельно к двухступенчатой схеме фильтр со смешанной загрузкой из высококислот­ного катионита и высокоос­новного анионита (ФСД)

В зависимости от требований , предъявляемых к очищенной воде, раз­личают одно-, двух- и трехступенчатые схемы ионитового обессоливания воды. Кроме фильтров, являющихся основным оборудованием ионитовых установок, в состав по­следних входят дегазаторы для удаления избыточной углекислоты, баки для взрыхления катионитовой и анионитовой загрузки, бак для сбора воды после дегазатора, насосное и воздуходувное оборудование и реагентное хозяйство для обеспечения регенерации ио­нитовых фильтров. Вода, подаваемая на обессоливающие установки, должна быть пред­варительно очищена от механических примесей и органических веществ. При окисляе­мости воды более 7 мг 0 ₂/л в технологической схеме должно быть предусмотрено уст­ройство фильтра с активированным углем. Суммарное содержание в такой воде сульфа­тов и хлоридов не должно превышать 5 мг-экв/л.

Расчет Н-катионитовых фильтров I и II ступени производится по данным таблицы ранее аналогично, как и для водоумягчительных установок.

Технологические параметры Н-катионитовых фильтров

Высота слоя катионита, м

Полная обменная емкость по паспортным данным, г-экв/м 3 , либо при их отсутствии при загрузке фильтра:

Рабочая обменная емкость, г-экв/м 3

Скорость фильтрования, м/ч

-интенсивность подачи воды, л/с м 2

-продолжительность промывки, мин

-удельный расход серной кислоты, г-г/экв

-скорость фильтрования, м/ч

-концентрация регенерационного раствора, %

-при загрузке сульфоуглем

при загрузке катионитом КУ-2

-удельный расход отмывочной воды, м 3 /м 2 катионита

-продолжительность отмывки, мин

-продолжительность регенерации и отмывки, ч

Отмывку фильтров II ступени следует производить водой, прошедшей через анионитовые фильтры I ступени.

Воду от отмывки катионитовых фильтров II ступени следует использовать для взрыхления Н-катионитовых фильтров I ступени и приготовления для них регенерационного раствора.

Для анионитовых фильтров II ступени величину рабочей обменной емкости, г-экв/м 3 , определяют по формуле

Фильтр смешанного действия

Для обслуживания Н-катионитовых и анионитовых фильтров обессоливающих ус­тановок предусматривают устройство кислотного и щелочного (содового) хозяйства.

Для анионитовых фильтров в составе одноступенчатой схемы обессоливания реко­мендуется использовать в качестве реагента кальцинированную соду, гидрокарбонат на­трия или гидроксид натрия, а для фильтров в составе двухступенчатой схемы обессоли­вания возможно использование одного гидроксида натрия.

Технологические параметры работы фильтров ФСД

Скорость фильтрования, м/ч

Количество фильтров, шт, не менее

-удельный расход 100%-ной серной кислоты, кг, на 1 м 3 катионита

-удельный расход 100%-ного едкого натрия, кг, на 1 м 3 анионита

-удельный объем воды, тыс. м 3 , на 1м 3 смеси ионитов, профильтрованной через загрузку, при достижении которого следует предусматривать регенерацию ФСД

Подбор ионитов осуществляют таким образом, чтобы во влажном состоянии насыпная масса анионита была меньше, чем катионита.

Отмывку катионита следует сочетать с регенерацией анионита.

В состав щелочного хозяйства входят: бак для растворения твердого гидроксида на­трия или для приема раствора из контейнеров; цистерна для хранения запаса концент­рированного раствора гидроксида натрия; расходный бак раствора NaOH; мерник; на­сосное оборудование.

Схема щелочного хозяйства

1 - бак для растворения твердого едкого натра и для приема раствора едкого натра из контейне­ров; 2 - воронка для слива раствора едкого натра из контейнеров; 3 - подвод воды для растворе­ния едкого натра; 4 - насос; 5 - цистерна для хранения запаса концентрированного раствора ед­кого натра; 6 - сифон для заполнения цистерны; 7 - расходный бак раствора едкого натра; 8 - мер­ник; 9 - насос; 10 - насос-дозатор; 11 - трубопровод с водой, в котором образуется раствор едко­го натра; 12 - вакуум-насос; 13 - расходомер.

Вода, подаваемая на установки, должна характеризоваться следующими показате­лями: мутность - менее 0,3 мг/л; общее содержание гуминовых веществ (по перманганатной окисляемости) - не более 10 мг0 ₂ /л; железо (Fe 3+ ) - не более 0,05 мг/л.

Для обеспечения требуемого качества воды и предотвращения снижения произво­дительности вследствие забивания пор мембран взвешенными частицами, коллоидами и солями, выпавшими в осадок в процессе обессоливания, необходимо предусматривать предварительную обработку природных вод.

Выбор технологической схемы предподготоьки воды зависит от производительно­сти установки, источника водоснабжения, характеризующегося определенным составом примесей, и частично - от типа применяемых мембранных модулей.

Возможные варианты предподготовки воды рассмотрены ниже.

хлорирование → коагуляция → осаждение → фильтрование через зернистую за­грузку.

известково-содовое умягчение → фильтрование через зернистую загрузку;

фильтрование через песчаную загрузку → фильтрование через цеолитовую загрузку.

В состав обратноосмотических установок, помимо мембранного аппарата, входят: насос; оборудование для предварительной и последующей обработки воды; баки для рас­твора и фильтрата; датчики и приборы автоматического управления и контроля; механи­ческий фильтр; соединительная и регулирующая арматура; элементы крепления и т.д.

Технологические характеристики существующих мембранных аппаратов для обратного осмоса, применяемых в водоподготовке, в частности для обессоливания и опреснения морских и солоноватых вод, приведены в таблице.

Технологические характеристики мембранных аппаратов

удельная поверхность мембран (плотность упаковки), м 2 /м 3

Аппарат с плоскокамерными фильтрующими элементами (ПФЭ)

Аппарат с трубчатыми фильтрующими элементами (ТФЭ)

Аппарат с фильтрующими элементами рулонного типа (РФЭ)

Аппараты с плоскими волокнами (ФЭВ)

20000-30000, наружный диа­метр волокон - 45-200 мкм

Основным элементом аппаратов для осуществления процесса обратного осмоса яв­ляются полупроницаемые мембраны (пористые и непористые), для получения которых используют различные материалы: полимерные пленки, стекло, металлическую фольгу и др.

Обработка воды производится в электродиализаторах - аппаратах, представляю­щих собой систему рабочих ячеек (дилюатных и рассольных камер), каждая из которых содержит мембраны противоположной полярности, разделенные лабиринтно-сетчатыми перегородками-прокладками или корпусными рамками с закладкой либо вваривае­мой сеткой. Прокладки и корпусные рамки с сеткой выполняют двойную функцию: на­правляют течение жидкости между мембранами и создают турбулентность потока, по­вышающую эффективность процесса.

Эта система находится между двух электродов, погруженных в электролит. Они поддерживают постоянное напряжение. На электродах происходит электрохимическая реакция, которая трансформирует электронный ток в ионный: ионы водорода Н + восста­навливаются на катоде до молекулярного водорода Н ₂ и выделяются в виде газа, а ионы гидроксила ОН - и хлор-ионы Сl - окисляются на аноде до хлора Сl ₂ и кислорода 0 ₂ и также выделяются в виде газов.

Для осуществления электродиализа требуется только электрический ток и незначи­тельное количество реагентов (кислоты, щелочи, фосфатов).

Перед электродиализными аппаратами необходима глубокая очистка воды от орга­нических веществ, соединений железа и других загрязнений. Очистка воды от взвешен­ных веществ осуществляется известными методами (коагуляцией, отстаиванием, филь­трованием, содоизвесткованием и др.). Особенно эффективно применение перед элек­тродиализными установками ультрафильтрации и фильтрования воды через специаль­ные фильтровальные патроны.

Принцип устройства электродиализной ячейки

1 - рассольная камера; 2 - камера обессоливания; 3 - анионообменная мембрана; 4 - катионообмен­ная мембрана.

На рисунке показана схема электродиализного аппарата. Камеры 1 и 2 образованы мембранами - анионооб­менными А и катионообменными К. Анионообменные мембраны пропуска­ют только анионы, катионообменные - только катионы. Катионы перемещают­ся по направлению электрического то­ка, поэтому они могут выйти из камер 2, проходя через катионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1, так как встречают анионообменные мембраны. Анионы перемещаются по направлению, противоположному на­правлению электрического тока; они тоже могут выйти из камер 2 , проходя через анионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1 , так как катионообменные мембраны преграждают им путь. Таким образом, камеры 2 получили название дилюатных, а камеры 1 , обогащающиеся солями, - рассольных.

На рисунках ниже представлены различные технологические схемы электродиа­лизных установок.

В состав таких установок входят ионитовые мембраны, получаемые из ионообмен­ных смол (ионитов). В зависимости от технологии изготовления различают гомогенные, гетерогенные и проточные мембраны.

Технологическая циркуляционная схема электродиализной установки

трубопроводы: I - исходной воды; II — дилюата; III — рассола; IV — промывного раствора; V — опресненной во­ды; VI - кислоты; VII - сжатого воздуха. 1 - фильтр предварительной обработки воды; 2 - мерник; 3 - бак ре­агента (кислоты); 4 - компрессор; 5 - фильтр с АУ; 6 - электродиализатор; 7-9 - насосы; 10 - рассольный бак; 11 - питательный бак.

Мембраны с селективной проницаемостью, используемые для электродиализа, со­держат ионогенные группы положительных ионов (анионообменные мембраны) или ионогенные группы отрицательных ионов (катионообменные мембраны). В электриче­ском поле в водном растворе анионообменная мембрана обеспечивает прохождение только анионов, а катионообменная мембрана - только катионов.

Технологическая прямоточная схема электродиализной установки

трубопроводы: I — исходной воды; II - дилюата; III — рассола; IV — сбросной воды; V — опресненной воды; VI - электрическая сеть. 1 - металлокерамический фильтр; 2 - выпрямитель; 3 - узел переполосовки; 4 - электродиалезный аппарат; 5 - фильтр с АУ; 6 - ротаметр

Мембраны должны обладать высокими селективностью, электропроводностью, диффузионным сопротивлением, достаточной механической прочностью и стойкостью по отношению к рабочей среде.

Ионообменные селективные мембраны выпускает небольшое число предприятий и фирм России, Японии, США и других стран. Изготавливают мембраны трех типов: гете­рогенные, гомогенные, биполярные. Характеристики отдельных мембран, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами, приведены в таблице.

Глубоко обессоленная вода - производственная необходимость. Это особый, абсолютный чистый вид воды, так сказать идеальная вода.

По сложившимся представлениям, идеальная вода видится исключительно пассивным веществом.

На практике в водной среде имеют место быть растворы солей, присутствие которых в особых условиях сделает H 2 O электро-химически агрессивной, что негативно сказывается в конечном итоге на функционировании важных видов агрегатов и качестве конечной части ассортимента, производимой некоторыми промышленными объединениями.

И потому важной долей ряда промышленных техпроцессов конечно является специализированная стадия техпроцесса водоподготовки - полное обессоливание.

Раствор воды называется полно обессоленным, когда он почти полностью очищен от инородных солей. Если использование ионообменных смол для приготовления глубоко обессоленной воды экономические не целесообразно (небольшая или разовая потребность), то заказать полностью деионизированную воду можно на данной странице с учетом необходимой фасовки и организации доставки продукции.

Глубокое обессоливание H 2 O методом ионного обмена.

Фирма "СМОЛЫ" производит и предлагает несколько видов ионообменных смол, с использованием их достигается эффективное деминирализирование водных растворов. Ионообменники, с помощью которых можно достичь результата полного обессоливания H 2 O), это: Анионит АВ-17-8чС и смола ионообменная - ионит - КУ-2-8чС. Поставки от изготовителя обеспечат Вам гарантию качества и невысокие производственные издержки водоподготовки.

Заказать Анионит АВ-17-8чС для подготовки воды можно на этой странице. Купить Катионит КУ-2-8чС тоже можно купить на этом сайте, на этой странице.

Дистилляция.

Дистилляция исходной H 2 O не решает проблем с глубоким обессоливанием, установка дистилляции не очищает воду до необходимой чистоты, необходимо на последующей после дистиллирования этапе водоподготовки проводить обработку воды ионообменными смолами специального назначения: ионитом - КУ-2-8 чС и ионитом АВ-17-8чС. Важно знать, что с помощью одной дистилляции исходной водной области раствора нужной чистоты не достичь. Обязательна последовательная дообработка ионитами.

Показатели полностью деминерализованных водных растворов.

Имеют место быть несколько критериев оценивания эффективности обессоленности воды. Первым из них выступает её величина удельного электросопротивления после финишной очистки. Согласно нормативно-технической документации величина данного параметра для глубоко обессоленной водной среды должно лежать в диапазоне 3-18 МОм·см при температуре водного раствора в 20 градусов C. К вспомогательным характеристикам относятся:

жёсткость - менее один ммоль/л;

содержание кремниевой кислоты - менее 20 мкг/л.

Кроме того, в полно обессоленной воде концентрация частиц Fe не должно превышать 30 мкг/л, меди - 10 мкг/л, натриевых солей должно содержаться не более 50 мкг/л. Н2О, характеристики которой точно соответствуют данным величинам, считается глубоко обессоленной, электрохимически нейтральной и готовой к технологическому использованию. С использованием смол ионообменных, производимой нашей технологичной компанией, водный раствор обессоливается качественно и эффективно.

Области использования глубоко обессоленной воды.

Спектр технологического использования глубоко обессоленной воды достаточно широкий. Большие объёмы этого продукта расходуются в тепло- и электроэнергетике, где его применение ощутимо продлевает ресурс парового и водогрейного оборудования. Кроме того, эта полностью деминерализованная водный раствор нашла применение в металлургических производствах. Большинство промышленных объединений нефтехимической промышленности могут функционировать только с использованием воды, подвергнутой глубокому обессоливанию. С помощью полной очистке от примесей солей приготавливается инъекционная вода для аптечной промышленности и российской медицины. Наконец, глубоко обессоленная вода широко используется в российской пищевой промышленности при изготовлении не обязательно алкогольных напитков, но и других продуктов питания. Наша организация предлагает к поставке иониты, обязательные к использованию во всех отраслях российской промышленности, в которых частью технологии является применение глубоко обессоленной воды.

Получение глубоко обессоленной водных растворов.

Получение воды глубокого обессоливания видится в её водоподготовке с помощью ионообменных установок, ведущим рабочим веществом которых - есть иониты, производимые нашей компанией - ионообменная смола АВ-17-8чС. При прохождении водной среды через фильтр происходят ионообменные процессы. По окончанию ионообмена H2O полностью очищается от солей и примесей. Ионообменная смола - ионит - АВ-17-8чС имеет органическую основу, с высокими характеристиками эко- безопасности, поэтому ионообменники ООО "СМОЛЫ" могут использоваться для глубокого обессоливания водных растворов.

Единица водного раствора, прошедшая обессоливание нашими соответствующими ГОСТ катионитами и удовлетворяющие требованиям ГОСТ анионитами, соответствует всем особым техническим требованиям.

Сделать заказ на аниониты для полного обессоливания H20 возможно по телефону: 495 799-91-34

Весьма болезненный на сегодня вопрос. В воде оказывается такое количество солей, что даже ее обессоливание может быть разным. Но есть два самых главных направления обессоливания воды – это устранение жесткости, как вариант убрать соли жесткости из воды. И есть опреснение воды – как устранение из воды лишнего количества солей.

Многообразие и сравнение методов обессоливания

Чтобы понимать принципиальную разницу между опреснением и обессоливанием, ниже будут приведены энциклопедические понятия того и другого. Тогда сразу станет нагляднее разница. Т.к. очень часто люди путают эти понятия.

Опреснение согласно данным СанПин – это устранение из воды солей общего назначения до показания 1 тысячи миллиграмм на литр.

Обессоливание – это снижение уровня солей до показателей 5 миллиграмм и ниже. Такое значение включения солей соответствует производству дистиллированной воды, а значит, сразу можно сказать, что опреснение – производство для питьевой воды. Обессоливание – производство воды специального назначения. Фармацевтика, химическая промышленность держаться именно на обессоливании воды.

В таблице, что приведена далее, точно показаны параметры содержания солей в воде разного назначения

Вид водных ресурсов

Содержание солей (грамм на литр)

Питьевая особого назначения

Получается, что морская вода совершенно не подходит для любого типа производства. Да и для питья тоже. Пресной воды на Земле очень мало, а количество людей на ней с каждым годом увеличивается. Потому и способов обессоливания сегодня становится все больше. Находят какие-то новые технологии, более экономичные, безопасные и удобные.

На сегодня чаще всего для обессоливания используют такие методы:

• Кипячение;
• Реагентный ионный обмен;
• Мембранные вариант – нанофильтрация, обратный осмос;
• Комбинации любых методов;
• Электрический диализ – устранение солей электрополем.

Каждый вариант обработки воды имеет свои как внушительные плюсы, так и значительные минусы. Тот же ионный обмен всем известный слишком дорог в обслуживании. Замены картриджей, потом отходы, с которыми непонятно как поступить и как утилизировать. Так, что для такого способа обессоливания есть свои показатели, когда он становится выгодным. Если солей в воде больше двух миллиграмм, то ионный обмен будет выгоден.

Стандартным кипячением можно устранить соль любого содержания из воды.

Если есть необходимость получить воду с определенными характеристиками, то тогда только обратный осмос. Он классический вариант метода обессоливания воды. Вся фармакология работает только с обратноосматическими и нанофильтрационными установками. Причем нанофильтрация – это тот же осмос, только низконапорный. Метод хорош еще и тем, что мембраны с каждым годом изобретают новые, и это дает возможность учесть еще какие-то нюансы при производстве воды. Да и стоимость мембран постепенно снижается, что делает осмос более доступным обычному потребителю, а не дорогостоящим производствам.

Если есть необходимость в получении воды с высоким показателем очистки (такая бывает нужна для микротехнологий и микробиологии), то в этом случае лучше использовать комбинированные установки. Так сегодня отлично работают комплексы – обратный осмос – ионный обмен.

Потом специальную воду для медицины раньше получали только кипячением и дегазацией. Сегодня это опять обратный осмос только в смеси с ультрафиолетовым облучением.

Потому можно смело утверждать, что количество методов обессоливания воды хоть и остается на том же уровне, но умудряется расширяться внутри. Различные комбинации основных методов водоподготовки. Изобретение новых мембран делает очистку от солей более разнообразной и более качественной.

Особенности трех китов обессоливания

Конечно, самым старым способом очистить воду от солей жесткости был и остается вариант воду нагреть и закипятить. Однако это еще не все варианты обессолить воду. Есть еще такие варианты как перегонка, выпаривание и дистилляция. Ну и антипод кипячения – вымораживание.

Итак, что собой представляет кипячение? Доведение воды до состояния кипячения, когда вода переходит в газообразную форму. В последующем весь этот пар нужно будет конденсировать, чтобы получить чистую воду без примесей солей, которые слишком тяжелые для того, чтобы испаряться. Для того, чтобы конденсирующая вода опять не попадала в ту, что кипятиться, в установке всегда есть специальный фазовый переход. Он помогает при испарении выводить пар из установки, при конденсации – выводить воду.

Кипячение используют сегодня только потому, что оно самое дешевое и самое удобное. При этом отходы - это твердые соли, а для производства чистой воды никакие реагенты не нужны.

Экономически метод не совсем выгоден, т.к. степень очистки не велика. Да и при кипячении на стенках оборудования остаются все соли. То есть очень скоро поверхности придется чистить, восстанавливать. На это пойдет значительное количество средств. Да и почистить без механических средств или без использования химикатов невозможно.

Теперь о дистилляции. Такие приборы могут быть в один прием, а могут быть многоступенчатые или термокомпрессионные. Что касается комбинаций, то лучше всего выпарка или дистилляция работают с ионным обменом или любым другим именно химическим прибором.

При таких сочетаниях очень удобно варьировать расход, как непосредственно реагентов, так и тепла с электроэнергией.

После кипячения свою нишу в среде обессоливания занимает ионный обмен. О нем уже писано-переписано во всевозможных статьях об умягчении воды. Принцип самый простой. Внутри у прибора есть специальная смола, которая легко всасывает в себя соли, точнее меняет их на какой-то свой элемент. Причем никаких дополнительных стимуляторов этому процессу не нужно.

С помощью ионного обмена могут производить как частичное, так и полное обессоливание воды. Частичное представляет собой умягчение воды с помощью ионообменных натриевых смол

Если это полное обессоливание – то тогда из воды убирают любые соли и примеси. Степень очищения будет тем выше, чем ближе ионит к каждому микроэлементу от которого нужно избавиться. От этой близости зависит насколько быстро он сможет, поменяться местами с ионитом и насколько эффективно такая смена произойдет.

Такой вариант очистки хорош тем, что его можно проводить в несколько этапов, а вариант очистной засыпки можно менять, а можно и компоновать несколько разных ионитов. Правильно подобрав состав ионитов, можно добиться очень высокой степени очистки воды, от практически любых примесей.

Самой глубокой степени очистки анионов можно добиться только путем использования анионитов сильной степени окисления.

Есть еще вариант очистки с помощью смешанного фильтра, где используют и катионит, и анионит, для устранения примесей с положительным и отрицательным зарядом. В этом случае вода получается с нормальным кислотно-щелочным уровнем и содержание солей любых уменьшают примерно в 7-10 раз.

К плюсам данного метода можно смело отнести и высокую скорость очистки. К минусам относят тяжелый момент при разделении отходов катионитов и анионитов, затрудненный вариант восстановления фильтрующей части. Потому используют такие установки мало, и для сильно специфической воды.

И последний частый гость обессоливания – обратный осмос. Здесь степень устранения солей зависит напрямую от пропускной способности мембран, основного фильтрующего элемента. Степень очищения следующая:

- при нанофильтрации 0,5-0,7

То есть получить воду, совершенно без примесей поможет только высоконапорный обратный осмос.

При выборе обратноосматической установки нужно помнить, что практически все данные работы установок, выложенные в интернете или предоставленные печатными изданиями, измерялись при температуре 25 градусов. В реалиях же такое редко возможно. Температура воды постоянно меняется. И это нужно учитывать.

Одним из наиважнейших факторов, влияющих на качество питьевой воды, является содержание в ней солей. При слишком высокой минерализации вода приобретает солёно-горький привкус. Если количество соли превосходит допустимые нормы, это может сказаться крайне негативно на здоровье людей, употребляющих такую воду.

Также воду, содержащую большое количество соли, крайне нежелательно использовать в бытовых целях. Стиральные и посудомоечные машины, а также другая домашняя техника быстро выйдут из строя под воздействием солевых отложений. Но как опреснить воду и избежать подобных последствий?

Способы опреснения воды

В жилые дома вода поступает из артезианских скважин. Такая вода по всем параметрам не допускается для употребления, но за неимением другой воды люди всё равно её пьют, готовят на ней еду, используют в хозяйственных нуждах. Поэтому вода, поступающая в дома, должна быть обязательно опреснена. Артезианскую воду можно опреснить различными способами. Проблема заключается только в том, что все они являются дорогостоящими.

Самым простым методом считается дистилляция воды, но соли, образующиеся в процессе выпаривания пресной воды, засоряют трубы и ухудшают теплопроводность. Наиболее эффективный способ – это термохимическое смягчение воды. Способ довольно действенный, но и дорогой. Он существенно увеличивает себестоимость пресной воды, получаемой в процессе, а кроме того, в ходе работ образуется большое количество побочных продуктов, которые необходимо утилизировать. Всем известно, что утилизация вредных веществ очень дорогая, что также не лучшим образом сказывается на конечной цене.

Заполните большую ёмкость солёной водой Поместите меньшую ёмкость в большую Накройте большой контейнер пластиком Положите небольшой камень в центр пластикового покрытия Поставьте ёмкости в солнечное место на несколько часов Откройте крышку и достаньте меньшую ёмкость с пресной водой

Обратный осмос – это отделение с помощью мембраны пресной воды и солей, которые в ней находятся. При этом способе артезианскую воду качают под высоким давлением. Недостатками этого метода является то, что мембрана под высоким давлением может быть разорвана, а кроме того, она часто забивается, и может пропускать какое-то количество растворённой в воде соли.

Гелиоопреснение – метод, при котором в большой ёмкости с артезианской водой происходит испарение под воздействием солнечной радиации. Этот способ используется не только для опреснения пресной воды, но и для грунтовых вод. Сложности заключаются в слишком большом количестве дорогостоящей техники. Используют этот метод, как правило, в странах с большим солнечным излучением.

Как опреснить морскую воду

Люди сами начали изменять окружающую среду, активно вмешиваться в природные процессы, и как результат, получили огромные проблемы. Одной из актуальных проблем является то, что многие страны страдают от нехватки пресной воды. Чистой питьевой воды становится всё меньше и меньше. И это способствует развитию производства специализированной техники, открытию новых технологий, что позволяет опреснить морскую воду. Страны Африки, Израиль, север Европы находятся вблизи морской воды, но её невозможно использовать как питьевую. Приходится морскую воду опреснять.

Для того чтобы очистить морскую воду от примесей соли, необходимо использование дорогостоящего оборудования, которое требует больших энергозатрат. И даже несмотря на это, по всему миру имеется большое количество опреснительных установок.

Способы опреснения морской воды следующие: дистилляция, обратный осмос, вымораживание, ионный обмен, электродиализ. Дистилляция может быть мембранной, многоколонной, компрессионной. Метод вымораживания – ещё один вариант очистить морскую воду. Она охлаждается до кристаллизации, из кристаллов потом выделяется пресная вода.

В данное время наиболее распространёнными способами опреснения морской воды являются обратноосмотические фильтры для очистки, а также дистилляция. Менее востребованными методами считаются вымораживание и электродиализ.

Опреснение воды в домашних условиях

Самый лёгкий способ очистить воду дома – это использование фильтров для воды. С их помощью вода очищается от вредных примесей и солей. Однако бытовые фильтры не способны очистить воду от всех вредных веществ. Перед тем, как приобрести и установить фильтр, необходимо получить точную информацию, какая по качеству вода поступает из водопровода. Также понадобится консультация компетентного специалиста, который посоветует, какой именно фильтр потребуется с учётом потребностей, возможностей и изначального качества воды.

Опреснение воды в домашних условиях

Всем известна польза талой воды для здоровья человека. В домашних условиях её очень просто приготовить. В морозильную камеру помещаются стеклянные или пластиковые ёмкости с водопроводной, а ещё лучше, колодезной водой, закрытые полиэтиленовыми крышками. После того, как вода замёрзнет на треть, воду, которая не замёрзла, необходимо слить – как раз в ней остались все вредные вещества и соли. Лёд должен растаять при комнатной температуре, и вот эту талую воду следует пить.

Ещё один простой метод избавиться от вредных веществ в воде состоит в простом кипячении. Кипятить воду нужно не менее 5 минут, а охлаждать её следует в закрытой посуде.

Если водопроводная вода обладает характерным неприятным запахом, её можно очистить с помощью активированного угля.

Прямое использование природной воды часто невозможно из-за присутствующих в ней растворимых солей. Эти соли при транспортировке, хранении, нагреве и кипячении теряют растворимость, образуя взвешенные вещества, мелкие осадки и твёрдые отложения на поверхности оборудования и трубопроводов. Процесс удаления солей называется обессоливанием, также используются термины деионизация или деминерализация.

О бессоливание применяется для удаления из воды солей и оснований, концентрация которых выше существующих норм. Так, деминерализация используется при обработке подземных и поверхностных вод, а также для опреснения морской воды с целью получения воды пригодной для применения в пищу, в промышленности и теплоэнергетике. В тех случаях, когда из воды удаляются преимущественно соли жесткости, этот процесс может называться умягчением.

Для обессоливания используются различные методы: термические, ионообменные мембранные, электродные. Некоторое время назад самым распространенным методом обессоливания была ионообменная фильтрация с использованием ионообменных смол (рис. 1). Метод стал применяться в 30-х гг. прошлого века, когда впервые были получены синтетические ионообменные смолы. За долгие годы применения данный метод стал наиболее отработанным и довольно надежным.

Рис. 1. Ионообменная смола – внешний вид

Ионообменное обессоливание

Сущность ионообменного обессоливания заключается в следующем. Растворимые соли в воде диссоциируют с образованием ионов: положительно заряженных катионов (Kat+) и отрицательно заряженных анионов (An-). Поэтому воду, в которую требуется обессолить, сначала пропускают через катионообменную смолу (катионит), находящейся в Н-форме. При этом входящие в состав смолы ионы водорода (Н+) переходят в воду и заменяются катионами примесных солей. Таким образом происходит ионный обмен (1).

(катионит)-(Н+ ) + (Kat+)-(An-) (катионит)-(Kat+ ) + (Н+) + (An-) 1.

Этот процесс лежит в основе ионообменного умягчения воды, когда на катионит садятся, например, ионы Са2+. В результате такого обмена в воде вместо устойчивых карбонатов кальция образуется угольная кислота, легко диссоциирующая с образованием неустойчивого бикарбонат-иона, который при тепловом воздействии превращается в углекислоту и воду. По количеству удаленного карбоната кальция определяют степень обессоливания.

Для более глубокого удаления из воды растворимых солей проводят дополнительно ионообменную фильтрацию через смолу, находящуюся в ОН-форме (анионит), которая будет поглощать все присутствующие в воде виды анионов (2).

(анионит)-(ОН- ) + (Kat+)-(An-) (анионит)-(An-) + (ОН-) + (Kat+) 2.

Подбирая иониты с необходимой силой поглощения и проводя обессоливание в несколько стадий можно добиться получения воды требуемой степени очистки. Хотя предпочтительно использовать ионообменую фильтрацию при исходной концентрации солей около 2 г/л.

Тенденции рынка ионообменных смол

Рис. 2 Установка умягчения воды на основе ионообмена с использованием ионообменных смол.

Тенденции российского рынка ионообменных материалов для водоподготовки были таковы, что в период 2010-12 гг. потребление этих материалов росло примерно на 6-9 % в год, что было вызвано повышенной активностью российских предпринимателей. Однако, в 2013 году был отмечено значительное падение спроса на величину близкую к 11 %. И, хотя в дальнейшем (2014-15 гг.) темпы падения существенно снизились, но былого роста пока не наблюдается.

Спад же мирового рынка ионообменных материалов стал прослеживаться уже в начале 21 века. Предпринимались различные попытки его оживления. Так, с 90-ых гг. прошлого столетия началось производство ионообменных смол нового поколения – монодисперсных. Для этого использовалась технология, позволяющая производить ионообменные смолы с фиксированным размером в диапазоне от 300 мкм до 1 000 мкм. При этом номинальному размеру соответствует 95 % от общего количества зерен, а возможное отклонение размера находится в пределах от - 30 мкм до + 30 мкм.

Но главным преимуществом этой технологии было высокое качество зерен ионообменной смолы, что приводило к повышению эффективности ионобмена (рис. 3). Подавляющее большинство зерен ионитов имели гомогенную структуру и изомерность свойств. Не было среди них ни треснутых зерен, ни частичек со сколами. Это повышало их механическую прочность, устойчивости к истиранию, возрастала также стойкость к окислению и действию органических реагентов. Повышение же механической прочности зерен привело к более длительному сроку службы ионитов, а одинаковый размер зерен способствовал созданию более низких значений гидравлических сопротивлений насыпной фильтрационной среды, что позволило увеличить скорость потока при фильтрации.

Рис. 3 Структура полидисперсной и монодисперсной ионообменных смол

Иониты предыдущего поколения получались путем измельчения пластика с функциональными группами и последующим его фракционированием.

Сущность же получения монодисперсных ионитов заключается в том, что зерна, служащие основой ионита получают в результате полимеризации, которую проводят суспензионным методом в воде. Мономер не растворимый в воде диспергируется в водной фазе в виде мелких капель, для стабилизации которых вводятся стабилизаторы. Меняя содержание стабилизатора и условия перемешивания, получают фиксированный размер капель.

В результате образуются гранулы фиксированного размера из неплавкого и нерастворимого сополимера с заданной трехмерной структурой макромолекул, имеющие определенный размер пор и заданную степень набухания. Затем на поверхность этих гранул методом химической модификации присоединяют функциональные группы, которые будут в дальнейшем при фильтрации обеспечивать материалу ионообменные свойства.

Ионообмен на основе монодисперсных ионитов стал широко внедряться для водоподготовки. Применение таких ионообменников привело к возрастанию долговечности фильтрационных сред, повышению ресурса их работы, возрастанию ионообменной емкости и повышению производительности фильтровальных установок. Однако это сопровождалось ростом стоимости ионитов и ограничением круга производителей, что способствовало монополизации рынка ионообменных материалов.

Несмотря на успехи новой технологии, спад в области производства ионообменных материалов продолжался. Не помогли даже попытки ряда ведущих производителей внедрения более экологически безопасных методов регенерации ионообменных смол.

Совершенствование регенерации

Рис. 4 Схема ионообменной очистки воды с противоточной регенерацией.

В фильтрационном аппарате, работающем по этой технологии, обрабатываемая вода подается сверху вниз, а регенерационный раствор – снизу вверх. В результате этого во время рабочего цикла слой ионита становится зажатым за счет давления, создаваемого потоком воды, и заградительной сеткой аппарата. Эта технология обеспечивает более эффективное использование химических реагентов, что сопровождается существенным уменьшением объема сточных вод, и в конечном счёте сокращение затрат на обработку ионитов.

Несмотря на все попытки фирм, занимающихся производством материалов и оборудования для ионообменной фильтрации, начиная с 2000-х гг. не наблюдается ни резкого повышения качества ионообменных смол, ни улучшения характеристик оборудования. Также не происходит внедрения принципиально новых технологий в этой области. Это дало основание маркетологам предполагать об определенном истощении резервов данного метода обессоливания.

Старый конкурент в новом тысячелетии

В начале 21 века во всем мире получил новые перспективы применения метод обессоливание воды по принципу обратного осмоса (рис. 5), заключающийся в продавливании под давлением растворителя (в нашем случае воды) через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора (концентрат) в менее концентрированный (пермеат), то есть в обратном направлении присущим обычному осмосу. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает растворенные в нем вещества (в нашем случае ионы солей), которые удаляются вместе с концентратом.

Рис. 5 Схема процесса обратного осмоса

Первые упоминания об обратноосмотической мембранной фильтрации электролитов с целью получения из них высоко концентрированных растворов появились в научной литературе в начале 30-х годов 20 века . Примерно в то же время появились и первые ионообменные смолы. Однако из-за технических сложностей метода применение обратного осмоса для обессоливания воды не получило быстрого развития, пропустив вперед ионообменную фильтрацию.

Новый интерес разработчиков к этому методу возник лишь в конце 50-х – начале 60-х годов, когда уровень развития техники позволил проводить изыскания в этой области. В результате в 1967 г. была построена первая опытная опреснительная установка на основе анизотропной полупроницаемой мембраны. В 70-х гг. 20 века для осуществления этого метода обессоливания воды требовалось рабочее давление примерно 8, 0 – 12, 0 МПа. Что было вызвано несовершенством используемых мембран. Очевидно, что такие высокие значения рабочего давления, а также низкие производительность и селективность сдерживало широкое применение этого метода. И только к концу 20 века значительно увеличились показатели селективности мембран с одновременным возрастанием их производительности при снижении величины рабочего давления до 1, 4 - 1,2 МПа и увеличении доли пермеата до 80 % от величины исходного потока.

В настоящее время мембранные аппараты для баромембранных установок, работающих по принципу обратного осмоса, изготавливают четырех типов.

Плоскокамерные: мембранный элемент состоит из двух плоских мембран с расстоянием между ними 1,5–5,0 мм. В этом промежутке расположен пористый дренажный материал. Плотность упаковки мембран (поверхность, приходящаяся на единицу объема аппарата) равна 60–300 м2/м3. Вследствие такой малой производительности аппараты этого типа применяют там, где потребность в деминерализованной воде небольшая.

Трубчатые: аппарат состоит из пористых трубок диаметром 5–20 мм. Материал, который служит мембраной, наносится на поверхность трубки (внутреннюю или наружную). Плотность упаковки у этого типа аппаратов также небольшая - 60–200 м2/м3.

Рулонные: мембранный элемент имеет вид пакета, три кромки которого герметизированы, а четвертая крепится к перфорированной трубке для отвода пермеата. По окружности трубки таких пакетов несколько, все они вместе с сетками накручиваются на трубку. Разделяемая вода движется в продольном направлении по межмембранным каналам, а пермеат поступает в отводящую трубку. Плотность упаковки такого аппарата высокая -- 300–800 м2/м3, но из-за сложности изготовления такие аппараты применяются, в основном, в средних и больших производствах.

Рис. 6 Мембранный элемент из полых волокон

Волоконные: мембранный элемент имеет вид полого волокна (рис. 6). Аппарат представляет собою цилиндр, заполненный пучком пористых полых волокон с наружным диаметром 80–100 мкм и толщиной стенки 15–30 мкм. Разделяемая вода омывает наружную поверхность волокна, а по его внутреннему каналу выводится пермеат. В этих аппаратах очень большая плотность упаковки – до 20 000 м2/м, они широко используются в опреснительных установках, например, при получении питьевой воды из морской воды и рассолов.

Огромное значение имеет модульный принцип, заложенный в основу создания баромембранных фильтрационных установок, который позволяет легко наращивать их мощности в соответствии с размахом поставленных задач (рис.7). В настоящее время реализованы десятки крупных проектов по подготовке питьевой воды и обработке муниципальных и индустриальных вод с производительность станций от 1000 до 100 000 м3/сутки.

Рис. 7. Баромембранная установка большой производительности собранная по модульному принципу.

Сравнение и выбор методов водоподготовки

Но не все производители ионообменных смол легко сдавали завоеванные рыночные позиции. Отдельные крупные фирмы стали заказывать у ведущих научных центров подробные исследования с целью установления, какие из двух методов обессоливания воды наиболее предпочтительны в водоподготовке. Сравнение этих двух методов проводилось на установках в широком диапазоне солесодержания исходной воды (от 80 до 500 мг/л) при производительности по обессоленной воде 50 и 200 м3/ч. При этом в рассматриваемых установках были применены передовые достижения как в области мембранной технологии, так и ионообменной фильтрации. Так, в данных работах оценивалась эффективность систем обратного осмоса при использовании высокоселективных композиционных мембран с развитой активной поверхностью, обеспечивающие получение пермеата объемом не ниже 80 % от исходной величины потока обрабатываемой воды. Для сравнения использовались установки также включающие последние достижения техники в этой области проведения ионообменной фильтрации: монодисперсные ионообменные смолы в зажатом слое, при этом регенерация проводилась по противоточной технологии.

Сравнение экономических показателей стадий обессоливания по методам ионного обмена и обратного осмоса показало, что в первом случае основными затратами является стоимость реагентов, а во втором – потребление электроэнергии. Более полные исследования установили, что для корректного сравнения экономических показателей необходимо учитывать не только расходы на осуществление операций по обессоливанию, но и затраты на стадии предварительной очистки в каждом из этих двух методов, и расходы на утилизацию и нейтрализацию стоков. Однако доскональные изучения подтвердили, что во многих случаях выбор определяется не только экономическими затратами, а и сопутствующими обстоятельствами – такими, как ограничения в выборе источника воды, законодательство, регулирующее вопросы водопользования и обработки стоков, а также опыт потребителя по применению сравниваемых технологий и наличие у него соответствующего оборудования.

Рис. 8 Схема бытовой установки водоподготовки на основе комбинации методов ионообмена и обратного осмоса.

В России подавляющее большинство установок обессоливания в системе водоподготовки оснащено именно ионообменными установками с прямоточной схемой регенерацией. Поэтому для большинства действующих предприятий теплоэнергетики не стоит вопрос: какую систему очистки воды использовать? На этих предприятиях более актуальным является выяснения возможностей реконструкции действующих систем обессоливания в соответствии с существующими достижениями. А вот для вновь создаваемых объектов теплоэнергетики проблема выбора метода обессоливания может быть достаточно актуальной.

Однако, если вернуться к конкурентной борьбе производителей материалов для ионоообменной фильтрации и фирм, занимающихся выпуском оборудования для систем обратного осмоса, то практические наблюдения показали, что достаточно удачным оказалось не противопоставление их, а благоразумное сочетание методов. Компании взявших курс на разработку гибридных технологий ожидал коммерческий успех на рынке оборудования для водоподготовки. Благодаря такому подходу широкому кругу потребителей предлагались наиболее оптимальное решение с точки зрения экономии капитальных затрат и эксплуатационных расходов в очень широком диапазоне солесодержания обрабатываемой воды.

Статья из журнала "Аква-Терм" №3/2018 . Рубрика "Водоснабжение и водоподготовка".

Читайте также:

  
• Панно кот из кофейных зерен своими руками
  
• Как сделать чтобы не обветривались руки
  
• Подтормаживатель ротора своими руками
  
• Чемпионский пояс своими руками
  
• Как сделать электронный сборник статей конференции