Промышленная водоподготовка

Это сложный технологический процесс, требующий профессионального подхода. Для очистки воды используется большое число устройств, представляющих в совокупности комплекс различных мер и методов. От того, насколько грамотно будет составлен этот комплекс, зависит качество подготовленной воды.

Без воды невозможно обойтись ни в одной сфере деятельности. В больших объемах она используется в промышленности в качестве сырья и для обеспечения производственных процессов. Также вода необходима в сфере ЖКХ, на пищевых комбинатах, фармацевтических производствах и многих других предприятиях. Однако добываемая из природных источников вода по своему составу не отвечает большинству требований. Содержание в воде механических примесей, химических веществ и микроорганизмов делает ее непригодной к использованию. Чтобы привести состав получаемой воды в соответствие с нормами, необходима ее подготовка.

Промышленная водоподготовка — сложный технологический процесс, требующий профессионального подхода. Для очистки воды используется большое число устройств, представляющих в совокупности комплекс различных мер и методов. От того, насколько грамотно будет составлен этот комплекс, зависит качество подготовленной воды.

В разных сферах деятельности требования к воде различны. Так же различны условия водоподготовки, состав исходной воды, производственные мощности предприятия и собственно его нужды в чистой воде. Эти и другие факторы, в числе которых индивидуальные особенности производства, обуславливают выбор методик, которые будут использоваться для очистки воды. На основе выбранных технологий можно будет определить наиболее оптимальный состав и технические характеристики системы водоподготовки.

Основные методы очистки воды

Число методов и технологий очистки воды в промышленности достаточно велико. Каждая методика используется для решения конкретных задач, требует создания определенных условий и имеет свои особенности.

Аэрация воды

Аэрация – это насыщение воды кислородом воздуха. Целью данной методики является окисление растворенных микроэлементов (таких как: органические соединения, железо, марганец, сероводород, углекислота) и активация каталитических свойств зернистых загрузок, что необходимо для технологического процесса.

Аэрирование применяется также в очистке стоков, когда в процессе участвуют аэробные микроорганизмы. За счет повышенного содержания кислорода обеспечивается их активная жизнедеятельность.

Аэрация может быть безнапорной (отдувка воды воздухом на специальных аэраторах) и напорной (вода насыщается кислородом). Выбор конкретного типа аэрации зависит от того, в какой сфере применяется очистка и какой состав имеет исходная вода.

Механическая очистка

Очистка воды от механических примесей необходима для защиты трубопроводов и оборудования от воздействия на их поверхность твердых частиц. Крупные включения имеют абразивные свойства, а также способствуют образованию отложений, что приводит к высоким перегрузкам работающих агрегатов и быстрому выходу их из строя.

Умягчение воды

Умягчение воды – это процесс, при котором снижается ее жесткость (концентрация ионов магния и кальция). По международным стандартам вода, которая используется бытовой техникой и промышленным оборудованием, должна иметь жесткость в пределах 1,0-1,5 мг-экв/л. Содержание солей выше нормы приводит к образованию накипи на элементах, контактирующих с водой.

Умягчение обязательно применяется при водоподготовке в нефтехимической промышленности, металлургии, на пищевых и фармацевтических производствах.

Озонирование

Озонирование — это процесс насыщения воды озоном. Под воздействием озона растворенные в воде вещества переходят в твердую форму и выпадают в осадок. После чего вода подается на фильтры, где проходит очистку от твердых частиц.

Озонирование — один из высокоэффективных современных методов очистки воды. Более того, он отличается экологичностью, поскольку окисление проводится в герметичных емкостях, а оставшийся озон удаляется на мощных деструкторах.

Обеззараживание воды

Для обеззараживания воды применяются бактерицидные установки. Дезинфекция происходит при помощи ультрафиолетовой лампы, излучение которой разрушающе воздействует на микроорганизмы. В результате воздействия УФ-лучей, ДНК и РНК бактерий необратимо повреждаются, что приводит к их гибели.

Корпус установки изготавливается из нержавеющей стали. Внутри корпуса устанавливается ультрафиолетовая лампа в защитном кварцевом кожухе. Излучаемые ультрафиолетовые волны имеют длину 254 нм, воздействуют исключительно на микроорганизмы и не изменяют химический состав и свойства воды.

Осветление воды

Осветление воды выполняется, когда требуется снизить ее мутность, удалить железо (в последнем случае воду предварительно пропускают через блоки окисления). Данный процесс осуществляется с помощью осветлительных фильтров. Фильтрующая загрузка обычно представляет собой зернистый материал (широко распространено использование кварцевого песка, антрацита). Дополнительно может использоваться специальный каталитический материал (например, такой как Birm, MTM, Greensand).

Управление осветлительными фильтрами осуществляется в автоматическом режиме или вручную. Восстановление фильтрующей загрузки происходит путем промывки ее обратным током воды. Концентрат примесей сбрасывается в канализацию, при этом не требуется применение реагентов.

Наша компания занимается разработкой и производством систем водоподготовки и очистных сооружений для различных сфер деятельности. К водоочистным системам мы поставляем все необходимое оборудование и материалы. В наших системах используются только эффективные методики и устройства, которые позволяют выполнять очистку воды любой сложности и в неограниченном объеме. При разработке системы мы обращаем внимание на все детали, которые могут повлиять на ее работу и свойства очищаемой воды. Обращаясь к нам, вы получаете качественное решение проблемы водоподготовки, соответствующее потребностям и возможностям вашего предприятия.

Установки обратного осмоса, обессоливание воды

Отличительные свойства промышленных обратноосмотических систем водоподготовки и их эксплуатация

• Системы предварительной подготовки и конструкции обратноосмотических установок разрабатываются под определенные параметры исходной воды и условия, при которых будет осуществляться водоподготовка.
• Система водоподготовки имеет такую производительность, которая обеспечивает в необходимом объеме потребности предприятия и собственные нужды для регенерации.
• В системах используются только сертифицированные для пищевых производств материалы, узлы и агрегаты.
• В системах применяются новейшие энергосберегающие технологии и компоненты.
• Блоки системы управляются с помощью единого алгоритма, имеющего три уровня: временная циклограмма (применяется при стабильном графике эксплуатации); заданный объем очищенной воды (при изменяющемся графике эксплуатации); ручное управление (применяется, если необходимо управление оператором).
• При эксплуатации системы следует постоянно контролировать такие параметры, как: давление, расход и температура исходной воды, фильтрата и концентрата, время эксплуатации, содержание солей, уровень рН очищенной воды или в случае необходимости другие параметры.
• Мембранный блок обратного осмоса позволяет регулировать содержание микроэлементов в очищенной воде. В случае если режим эксплуатации нарушен или качество очищаемой воды ухудшилось, предусмотрена принудительная блокировка блока.
• Производительность системы обратного осмоса имеет постоянную величину, указанную в паспорте, во всем диапазоне температур и в течение всего срока эксплуатации.
• Регламентные работы должны проводиться с использованием расходных материалов, оптимизированных под существующие параметры системы водоподготовки, их рецептуры должны быть понятны для потребителей.
• В технической и эксплуатационной документации должны содержаться данные, необходимые для производства монтажных и пуско-наладочных работ, а также эксплуатации и обслуживания установки в целом и отдельных узлов для обеспечения максимально эффективной работы системы водоподготовки.

Наша компания осуществляет поставки установок и систем водоподготовки «под ключ», проводит работы по гарантийному и сервисному обслуживанию, консультирует и обучает сотрудников заказчика, обслуживающих системы.

Базовая комплектация установок обратного осмоса:

• предварительный механический фильтр 5 мкм;
• автомат защиты насоса по низкому давлению;
• гидрозаполненные манометры входного и рабочего давления;
• измерители потока на фильтратной линии и концетрате;
• система регулировки рабочих параметров;
• система автоматической промывки мембран;
• центробежный насос высокого давления из нержав. cтали;
• система задержки и плавного включения насоса;
• обратноосмотические мембраны в напорных корпусах;
• электромагнитный клапан;
• цифровой измеритель проводимости с функцией измерения температуры воды;
• рама из нержав. cтали;
• рабочие трубопроводы из полипропилена;
• интегрированная система химической промывки мембран с баком, промывочным насосом и пультом управления.

Устройство и принцип действия обратноосмотических систем

Обессоливание воды в мембранной системе происходит по принципу обратного осмоса: с помощью полупроницаемой мембраны под давлением исходная вода разделяется на деминерализованную и минерализованную.

Основным компонентом системы является обратноосмотический модуль, в котором установлена полупроницаемая мембрана. В качестве мембраны используется тонкая пленка из синтетического композитного материала. Мембрана имеет мельчайшие поры, размеры которых сравнимы с размерами молекул воды. Поэтому она пропускает только молекулы воды и задерживает различные микроэлементы, размеры которых значительно больше. В числе солеобразующие ионы: НСО3-, SO2-, С1-, Са2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Cu2+.

Для работы системы исходную воду необходимо подавать под давлением, превышающем осмотическое. В зависимости от типа мембраны и заданных параметров давление может составлять 8-12 бар для слабосоленой воды и достигать 55-60 бар для морской воды.

При выборе обратноосмотического модуля нужно учитывать, что на его производительность влияет температура исходной воды и ее состав. В частности: общая минерализация и сульфатно-кальциевое соотношение. Также следует помнить, что производительность модуля будет всегда меньше производительности насоса, который обеспечивает необходимое давление.

Установка обратного осмоса или мембранный модуль состоит из:

• патронного или мультипатронного фильтра тонкой очистки (тонкость фильтрации 5 мкм)
• насоса высокого давления
• мембранной группы
• средств автоматики и регулирующих элементов
• КИП
• пульта управления
• опорной рамной конструкции
• системы промывки мембранных элементов CIP

Конструктивное решение обратноосмотической установки определяется такими условиями, как: химический состав воды; содержание солей в воде; необходимое количество мембран для обеспечения нужной производительности оборудования. В то же время, способ компоновки элементов мембранной группы определяет количество фильтрата и концентрата в процентном соотношении.

По конструктивному решению установки обратного осмоса делятся на три типа.

Обратноосмотические установки малой производительности

Система отличается простой конструкцией и невысокой стоимостью. Ее производительность составляет 0,1-5 м3/час.

Характерной чертой установок данного типа является то, что один или несколько мембранных элементов расположены в одном корпусе. Установки компонуют вертикально, если они содержат один мембранный элемент, и горизонтально – если мембранных элементов несколько.

Обратноосмотические установки малой и средней производительности

В установках данного типа мембранные элементы расположены в двух корпусах, соединенных параллельно. Компоновка установок осуществляется горизонтально. Число корпусов в системе должно быть четным.

Установки позволяют создавать более сложные обратноосмотические системы и обеспечивать более высокий процент очищенной воды. Кроме того, установки могут работать с водой, имеющей высокое содержание солей, как, например, морская вода.

Обратноосмотические установки высокой производительности

Установки высокой производительности отличаются тем, что имеют две мембранные группы: основную и дополнительную. Основная группа работает с исходной водой, дополнительная - с концентратом. За счет этого достигается максимально высокий процент выхода очищенной воды. Так, количество фильтрата по отношению к концентрату может составлять до 75%. Такое решение позволяет снизить энергопотребление установки, объем концентрата и стоимость чистой воды. Минусом установки высокой производительности является то, что мембранные группы для концентрата работают в сложных условиях и требуют дополнительных мер по их восстановлению.

Комплектация обратноосмотической установки

Несущая рама – это каркас обратноосмотической установки. Она придает конструкции необходимую прочность и жесткость. Также рама обеспечивает заданное расположение всех компонентов установки, что очень важно. От компоновки узлов и устройств системы зависит удобство ее эксплуатации и обслуживания. Производство рамы осуществляется, как правило, по индивидуальному проекту. Это позволяет создать установку в соответствии с особенностями объекта и конкретными условиями водоподготовки.

Материалом для изготовления несущей рамы служит нержавеющая сталь или алюминиевый профиль. В некоторых моделях установок используются металлические сплавы.

Комплектация рамы зависит от требований, которым должна соответствовать установка. Обязательными элементами являются регулируемые по высоте опоры. Дополнительно могут быть установлены колесные опоры.

На раме смонтированы: многоступенчатый центробежный насос, мембранная группа, 5 мкм мультипатронный фильтр, запорный электромагнитный клапан, реле давления и обратный клапан система промывки мембран. На передней панели рамы размещены ротаметры чистой воды и концентрата, манометры измерения давлений входной воды и рабочего давления, регулировочный вентиль изменения рабочего давления в линии концентрата и шкаф управления установкой. На трубопроводе в линии входной воды перед насосом последовательно смонтированы: фильтр тонкой очистки 5 мкм, электромагнитный нормально-закрытый клапан, реле защиты насоса «по сухому ходу» и обратный клапан.

На трубопроводе в линии деминерализованной воды установлен предохранительный клапан, обеспечивающий аварийный сброс воды при давлении в линии деминерализованной воды выше 3 bar и датчик кондуктометра — измерителя удельной электропроводимости обессоленной воды.

Проточные части насоса выполнены из нерж.стали, проточные части клапана и реле давления выполнены из латуни, монтаж трубопроводов выполнен из полипропилена, арматура и фитинги выполнены из нерж.стали, латуни и бронзы.

Обратноосмотический модуль собран из взаимозаменяемых агрегатов и позволяет максимально эффективно организовать процесс водоподготовки. Модуль подключается к трем трубопроводам: с исходной водой; обессоленной водой; для слива в канализацию. Блок управления модулем подключается к линии 3-х фазного переменного тока 380 В/ 50 Гц.

Система предварительной очистки исходной воды

Состав системы предварительной подготовки исходной воды, подаваемой на мембранные установки обратного осмоса определяется количеством загрязнений и химическим составом этой воды. Вопрос этот очень не простой и решается в каждом конкретном случае индивидуально. Система предварительной подготовки должна обеспечивать удаление твердых механических частиц и взвесей фильтрами грубой очистки , удаление железа, марганца, солей жесткости, органических соединений, в том и числе дехлорирование воды. В ряде случаев используются окислительные реагенты, коагулянты и флокулянты с последующим удалением продуктов окисления на фильтрах засыпного типа. Широко применяются ионообменные технологии и специальные ингибиторы отложения минеральных солей на поверхность мембран – антискалянты или ингибиторы солеотложений. В целях противобактериологической обработки питающей, а также очищенной воды используется стерилизация ультрафиолетовым излучением.

В последнее время в мировой практике новым направлением в организации предварительной подготовки питательной воды, подаваемой на системы обратного осмоса, является технология ультрафильтрации воды. Технология ультрафильтрации предназначена для обработки сильно загрязненных поверхностных вод и муниципальных стоков. Системы ультрафильтрации строятся на основе мембран из капиллярных волокон, изготовленных из модифицированного гидрофильного полиэфирсульфона. Новейшая технология ультрафильтрации обеспечивает значительное снижение мутности, индекса плотности ила (SDI), содержания железа, 100-% удаление коллоидных частиц, уменьшение концентрации вирусов и улучшение потребительских свойств воды. Отличительной особенностью ультрафильтрационных мембран является их стойкость к воздействию оксидантов (окислителей), что незаменимо при обработке «сложных» вод.

Сильные окислители — активный хлор, озон и др. оказывают разрушающее действие на структуру разделительного и поддерживающих слоев обратноосмотической мембраны. Это приводит к необратимому снижению ее селективности и механической прочности. Удаление свободного хлора производится на фильтре засыпного типа с активированным углем. С этой же целью иногда применяется дозирование в воду сильного восстановителя, например, метабисульфита натрия.

Широко применяется подкисление питающей воды. Доза кислоты (HCL), подбирается с таким расчетом, чтобы индекс Ланжелье, характеризующий степень насыщенности раствора карбонатом кальция, был отрицательным даже в концентрате установки обратного осмоса. В зависимости от состава исходной воды количество дозируемой кислоты может меняться от 5 до 200 мг/л. Количество введенной кислоты не должно уменьшить рН исходной воды ниже допустимого предела для применяемых мембран. Подкисление приводит к понижению рН как исходной воды, так и пермеата. Для многих процессов высокая кислотность обессоленной воды является препятствием к ее использованию.

Принцип действия мембранной установки обратного осмоса: разделение поступающей воды на чистую воду и солевой концентрат. В условиях, когда солевой раствор пересыщен по малорастворимым солям кальция и магния, использование антискалянтов (ингибиторов солеотложений) позволяет стабилизировать соли жесткости в растворе, предотвратив их выпадение на поверхность мембран. При этом ингибитор через мембрану не проникает и сбрасывается в дренаж вместе с солевым концентратом. Применение реагентов- ингибиторов солеотложений не заменяет предварительной подготовки воды для установки обратного осмоса, но в некоторых случаях позволяет исключить из схемы предварительной подготовки установку умягчения, что значительно снижает стоимость проекта в целом. Использование ингибитора в 2 – 4 раза увеличивает интервал между промывками мембранного контура. Дозирование препарата осуществляется автоматическим дозирующим устройством, обеспечивающим однородное смешение препарата с питающей водой и равномерную подачу ингибитора в зону фильтрации. При необходимости реагент можно разбавлять обессоленной водой (пермеатом). Применение ингибиторов не является панацеей. Они имеют ограниченную область применения по концентрации малорастворимых солей. Так, их не рекомендуется применять при содержании железа в воде более 1 мг/л, SiO2 – более 150 мг/л, CaSO4 – более 8 г/л и т. п.

Для примера приведем типовую схему мембранной системы обратного осмоса с предварительной подготовкой питающей воды.

Состав системы:

1. Фильтр грубой механической очистки;
2. Фильтр каталитический для удаления железа с автоматическим блоком управления;
3. Фильтр ионообменный (умягчитель) с автоматическим управлением непрерывного действия для удаления солей жесткости;
4. Фильтр угольный для дехлорирования и удаления органики;
5. Пропорциональная дозирующая система для подачи антискалянта – ингибитора отложения минеральных солей на поверхность мембан;
6. Мембранная установка обратного осмоса;
7. Емкость для накопления и хранения очищенной воды;
8. Насос подачи очищенной воды из емкости к потребителям;

Принцип действия системы предварительной подготовки питательной воды

Исходная питательная вода подается по давлением 2,5 – 6 бар на модуль предварительной подготовки воды и последовательно проходит через фильтр грубой очистки 1 на котором удаляются крупные твердые частицы с размерами более 50 – 100 мкм, осветлительный или каталитический фильтр 2 для снижения мутности и удаления железа, ионообменный фильтр 3 с регенерацией раствором соли NaCl для удаления солей жесткости и угольный фильтр 4 для дехлорирования и улучшения органолептических показателей.

Фильтры 2,3 и 4 выполнены на базе армированных баллонов и укомплектованы электромеханическими блоками управления, реализующими различные алгоритмы фильтрации и восстановления (регенерации) фильтрующих сред. В каждом баллоне с центральным стояком находится фильтрующая среда – сорбент, ионообменная смола или активированный уголь с гравийной подложкой. Через входной порт вода поступает на фильтрующий слой загрузки или ионообменной смолы. Фильтрация или реакция ионного обмена активизируется во время прохождения воды с растворенными солями через загрузку сверху вниз. Внутри баллона находится центральный стояк, имеющий щелевой водозаборник в нижней части фильтра. Отфильтрованная или умягченная вода подается через центральный стояк обратно, на верх, к выходному порту блока управления. Промывка обратным током или регенерация ионообменной смолы проводится раствором соли NaCl в соответствии с программой блока управления. Исходным сырьем для приготовления раствора служит специальная таблетированная соль для водоумягчителей.

После фильтров, перед обратноосмотическим мембранным блоком, установлена пропорциональная дозирующая система с импульсным расходомером для подачи ингибитора отложения минеральных солей.

Все компоненты блока предварительной подготовки являются конструктивно законченными единицами.

После предварительной очистки вода поступает на мембранную установку обратного осмоса – обратноосмотический модуль. Обратноосмотический модуль обеспечивает снижение электропроводности воды на 95 –99% от исходного уровня в зависимости от типа применяемых мембран. Однако в ряде случаев требуется более глубокая степень деминерализации. С этой целью после первой ступени обессоливания – ступени обратного осмоса широко используются специальные ионообменные фильтры со смесью катионита в Н-форме и анионита в ОН-форме (фильтры смешанного действия ФСД), установки электродиализа или, реже, еще одна ступень обратного осмоса. Для контроля степени обессоливания в мембранных установках обратного осмоса применяются современные средства измерения и контроля параметров: электропроводности входной и обессоленной воды, температуры, давлений и а также измерение потоков фильтрата и концентрата.

Для сбора очищенной воды установка комплектуется дополнительной накопительной емкостью и насосом подачи воды из емкости. В емкости монтируется один датчик уровня, обеспечивающий отключение насоса высокого давления обратноосмотического модуля при заполнении ее до верхнего уровня, и второй датчик, отключающий насос подачи очищенной воды из емкости при понижении уровня воды в емкости. Мембранная установка обратного осмоса укомплектована пультом управления и контроля параметров.

При проектировании предварительной системы подготовки питательной воды необходимо учитывать рекомендации научных и надзорных органов. Так, например, ГНУ ВНИИ пищевой биотехнологии для использования воды, очищенной методом обратного осмоса, в процессах производства пищевых продуктов (соков, водки и т. п.) рекомендует использовать в качестве предварительной очистки только умягчение воды на основе ионообменной технологии. Это объясняется возможным попаданием в очищенную воду следов комплексона (ингибитора солеотложений), которые могут ухудшить органолептические показатели воды и качество конечной продукции. Следует также учитывать, что для многих пищевых процессов необходима вода с определенным солевым составом, который получают путем смешения в необходимом соотношении вод, очищенных на установках умягчения и обратного осмоса, или путем коррекции химического состава очищенной воды дозированием минеральных питьевых добавок

Требования к качеству воды

• индекс Ланглера и бета-индекс должны иметь положительное значение;
• SDI-индекс не более 5;
• содержание растворенного железа - не более 0,1 мг/л;
• малорастворимые соли (кальция, магния, стронция) в концентрациях, не вызывающих их отложение на обратноосмотических мембранах;
• содержание нефтепродуктов - отсутствие;
• содержание твердых взвесей размером более 5 мкм - не более 0,56 г/м3;
• общее солесодержание до 45 г/л;
• свободный хлор или другие сильные окислители (озон, перманганат калия и пр.) - до 0,1 мг/л для композиционных полиамидных мембран и менее 0,6–1,0 мг/л для ацетатцеллюлозных мембран;
• микробиологические загрязнения должны отсутствовать;
• диапазон рабочих температур 5–45 °С;
• рН исходной воды должен находиться в пределах 3,5–7,2 для ацетатцеллюлозных мембран и 2,5–11,0 – для полиамидных.

В реальных условиях для доведения показателей воды, подаваемой на мембранные системы обратного осмоса, до требуемого качества необходима система предварительной очистки. Технология и аппаратная реализация системы предварительной очистки или водоподготовки, а значит и объем первоначальных капитальных вложений в оборудование напрямую зависит от степени загрязнения и химического состава исходной воды. Крайне важно иметь достоверный химический анализ пробы исходной воды, которая будет подаваться на систему обратного осмоса. Эксплуатация мембранных систем обратного осмоса без предварительной водоподготовки практически не возможна. Если у Вас нет развернутого химического анализа исходной воды, закажите его у нас. В случае последующего заказа системы обратного осмоса или другого оборудования стоимость анализа будет зачтена.