Установка для одержання глибокознесоленої води з використанням зворотного осмосу

1. Установка для одержання глибокознесоленої води, що включає засіб для забору і подачі вихідної води, освітлювач, установки вапнування, коагуляції і знезаражування води, двошарові фільтри, установку часткового знесолення води, декарбонізатор і фільтри змішаної дії, яка відрізняється тим, що засіб для забору вихідної води з'єднаний з водним об'єктом підприємства, у який надходять біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні стічні води, дренажні і господарсько-побутові стоки і інші стоки або їхня суміш із загальною твердістю до ЗО мг-екв/л і з загальним солевмістом 4-6 г/л, як установку часткового знесолення води використовують зворотно-осмотичну установку, що знесолює, підключену послідовно по воді після патронних фільтрів попереднього очищення, додатково встановлених після двошарових фільтрів, з'єднану лінією видачі пермеату через декарбонізатор з фільтром змішаної дії, а лінією відводу концентра ту зі входом у додаткову установку зворотного осмосу, трубопровід відводу отриманого пермеату останньої з'єднаний зі споживачем, а лінія концентрату з фізико-хімічним очищенням. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що до трубопроводу подачі вихідної води перед двошаровими фільтрами підключена лінія подачі флокулянта і гіпохлориту натрію. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що до трубопроводу подачі вихідної води перед двошаровими фільтрами підключені лінії дозування розчину оксиданту і хлорування. 4. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що до трубопроводу подачі вихідної води у фільтри попереднього очищення підключена лінія дозування розчину антинакипіну і розчину метабісульфату натрію. 5. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що до трубопроводу подачі води у фільтри попереднього очищення підключена лінія дозування сірчаної кислоти. 6. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що до трубопроводу подачі води на установку зворотного осмосу підключена лінія подачі миючих кислих і лужних розчинів. (О ю (О Корисна модель відноситься до галузі водопідготовки з застосуванням установок зворотного осмосу і може бути використана в теплоенергетиці, хімічній і іншій галузях промисловості для очищення стічних вод до стандартів живильної води енергетичних котлів та систем паротворення в аміачному виробництві. Існують різні установки очищення вихідної води від домішок. На Україні серед промислове застосовуваних установок для очищення води від солей широко застосовується іонообмінні установки для глибокого знесолення води із солевмістом до 2 г/л з використанням іонітних смол. Можна виділити одноступінчасту, двоступінчасту і триступінчасту схеми з використанням іонообмінних катіонітних і аніонітних фільтрів. Установка знесолен ня води іонним обміном за одноступінчастою схемою включає послідовне фільтрування води через катіонітний і аніонітний фільтри з наступним видаленням двоокису вуглецю на декарбонізаторах. При 2-х ступінчастий схемі знесолення води доповнюються ще катіонітний і аніонітний фільтри. При 3-х ступінчастий схемі знесолення води на додаток до двоступінчастої схеми додається фільтр зі змішаним завантаженням, що складається з катіоніту й аніоніту. Регенерацію відпрацьованих катіонітних фільтрів, поза залежністю від числа ступіней, проводять розчинами кислот, а регенерацію аніонітних фільтрів -розчинами лугів. Звичайно реагенти подаються з двох-, трикратним надлишком у порівнянні з кількістю поглинених солей, що 6546 приводить як до перевитрати реагентів, так і до скидання значної кількості солей у водойми. Аналіз складової собівартості води на стадії знесолення показав, що на реагенти приходитися 3040%, на іоніти 14-16-% і на воду, що йде на власні нестатки установки знесолення, 10-12% витрат [І. Ружинський В.Н., Стиренко Г.К.Безвідхідна технологія знесолення води, Теплоенергетика, № 6, М., Энергоиздат, 1985р, с.21-24]. Недоліками відомої установки знесолення води є обмеженість або неможливість використання природних вод з високим солевмістом, значні витрати хімічних реагентів, їхня висока вартість й утворення великого обсягу стічних вод, складність утилізації відпрацьованих регенераційних розчинів, що містять суміш солей, що приводить до засолення водойм і подальшого погіршення екологічної ситуації. Одночасно зі збільшенням витрат реагентів збільшуються і питомі витрати на власні нестатки води й електроенергії. У світлі зазначених вище недоліків великий інтерес представляє установка знесолення води, що містить безреагентну мембранну установку очищення води - зворотний осмос. Установки зворотного осмосу є універсальними для знесолення морської води, що дозволяють одержувати питну воду з розчинів з різним складом і концентрацією солей [2. Патент Росії № 2223919, МПК7 С02 F 1/00, С 02 F 1/44, опубл. 20.02.2004 p.], а також для готування особливо чистої води у фармацевтичній і біологічній галузях [3. Патент Росії № 2073359, МПК7 С02 F 9/00, опубл. 2.10.1997 р.]. В даний час на окремих хімічних підприємствах і виробництвах галузі вже накопичений позитивний досвід у здійсненні цього напрямку. Однак вітчизняний досвід розвитку цього важливого напрямку на хімічних виробництвах вивчений недостатньо і рідко застосується на практиці і не знайшов промислового застосування при підготовці живильної води для систем паротворення в аміачному виробництві. Найбільш близьким по технічній сутності і результатові, що досягається, до заявленого технічного рішення є установка для одержання глибоко знесоленої води для систем паротворення аміачного виробництва, що включає засіб для забору і подачі вихідної води, освітлювач, установки вапнування, коагуляції і знезаражування води, двошарові фільтри, установку часткового знесолення води, декарбонізатор і фільтри змішаної дії для остаточного знесолення води [4. Л.С.Стерман, В.П.Покровський., Фізичні і хімічні методи обробки води на ТЕС, М., Энергоиздат, 1991р. з 104-110 ]. У відомій установці вихідною водою для водопідготовки служить річкова вода з загальним солевмістом до 500 мг/л. Часткове знесолення води проводять послідовним, двоступінчастим катіоніруванням і аніоніруванням з доочищенням у фільтрах змішаної дії, проводячи наступну регенерацію фільтрів розчинами сірчаної кислоти і їдкого натрію, відпрацьовані регенераційні й відмивочні води скидають у резервуар стічних вод. Недоліком відомої установки є використання дефіцитної річкової води , висока собівартість одержання живильної води, великі питомі витрати на власні нестатки води, тепла й електроенергії, велика витрата хімічних реагентів, скидання кислот і лугів у навколишнє середовище, що негативно позначається на екологічній ситуації в регіоні. Висока собівартість води приводить до зниження конкурентноздатності продукції підприємства на світовому ринку в умовах жорсткої конкуренції. Крім того, у даний час у зв'язку з підвищеною увагою до охорони навколишнього середовища і збільшенням засолення водойм у багатьох регіонах країни заборонене скидання регенераційних вод у водойми. Концерном запропонована установка з повним припиненням таких скидань. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення установки одержання глибоко знесоленої води для систем паротворення аміачного виробництва, що виключає забір річкової води, здатної знесолить глибокодемінералізовані біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні води та й інші води або їх суміші до норм пропонованих до якості живильної води для систем паротворення високого і середнього тиску, використовуючи для очищення води від розчинених домішок безреагентну мембранну установку зворотного осмосу, забезпечити перевід водопідготовки підприємства на замкнутий цикл водоспоживання і водовідведення, що виключає скидання стічних вод за межі підприємства, запобігаючи, або істотно зменшуючи, засолення водних джерел, заощаджуючи енергію й одночасно створюючи умови для одержання мінеральної сировини, повареної солі і сульфату натрію. Поставлена задача вирішується тим, що, в установці для одержання глибоко знесоленої води, що включає засіб для забору і подачі вихідної води, освітлювач, установки вапнування, коагуляції і знезаражування води, двошарові фільтри, установку часткового знесолення води, декарбонізатор і фільтри змішаної дії, відповідно корисної моделі, засіб для забору вихідної води з'єднаний з водним об'єктом підприємства, у який надходять біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні стічні води, дренажні і господарсько-побутові стоки населення й організацій, що сусідять, і інші стоки або їхня суміш із загальною твердістю до ЗО мг-екв/л і з загальним солевмістом 4-6 г/л, як установку часткового знесолення води використовують зворотноосмотичну установку, що знесолює, підключену послідовно по воді після патронних фільтрів попереднього очищення, додатково встановлених після двошарових фільтрів, з'єднану лінією видачі пермеату через декарбонізатор з фільтром змішаної дії, а лінією відводу концентрату з входом у додаткову установку зворотного осмосу, трубопровід відводу отриманого пермеату останньої з'єднаний зі споживачем, а лінія концентрату з фізико-хімічним очищенням, при цьому до трубопроводу подачі вихідної води перед двошаровими фільтрами підключені лінії подачі флокулянта і гипохлориту натрію, а також лінії дозування розчину оксиданту і хлорування; до трубопроводу подачі води перед фільтрами попереднього очищення підключені лінії дозування розчину антинакипіну, розчину ме 6546 табисульфату натрію і лінія дозування сірчаної кислоти; до трубопроводу подачі води на установку зворотного осмосу підключена лінія подачі миючих кислих і лужних розчинів. Застосування заявленої установки з використанням зворотноосматичного знесолення води дозволить використовувати для нестатків водопідготовки замість дефіцитної річкової води як вихідну воду біологічно очищені стічні води хімічного виробництва, зливові стоки, шахтні стічні води, дренажні і господарсько-побутові стоки населення й інші, що відрізняються від природних вод високим загальним солевмістом 4-6 г/л і загальною твердістю до ЗО мг-екв/л і одержати живильну воду з загальним солевмістом 0,2 мг/л, що відповідає вимогам стандарту підприємства для пароутворюючих установок аміачного виробництва, організувати замкнутий цикл по воді. Створення замкнутої системи водного господарства дозволить не тільки запобігти забруднення навколишнього середовища але і вирішити наступні важливі задачі, що мають не тільки водоохоронне, але і народногосподарське значення: - різко скоротити промислове споживання свіжої річкової води і використовувати її тільки для господарьсько - питних цілей і заповнення втрат в оборотних системах; - істотно знизити втрати цінної сировини і матеріалів зі стічними водами. Створення таких систем на хімічних підприємствах дозволить захистити водні об'єкти від забруднення і засолення, значно скоротити обсяги свіжої води, що забирається з них, що здобуває особливо важливе значення для тих районів, де випробується дефіцит у прісній воді. Відмітною здатністю установок зворотного осмосу є невисокі витрати, простота конструкції і компактність, висока ефективність очищення, простота експлуатації і можливість їхньої повної автоматизації, а також можливість повторного використання фільтрату й утилізація отриманого концентрату. Підключення зворотноосматичної установки послідовно по воді після патронних фільтрів попереднього очищення, додатково встановлених після двошарових фільтрів, дозволить забезпечити їм надійну роботу, обумовлену більш глибоким очищенням вихідної води від механічних домішок до розміру часток 5 мікрон. Робота нового обладнання на базі установки зворотного осмосу дозволить вивести з експлуатації водопідготовку демінералізації води методом іонного обміну, скоротити викид шкідливих речовин у навколишнє середовище. Підключення лінією відводу концентрату основній зворотноосматичної установки до входу в додаткову двоступінчасту установку зворотного осмосу дозволить зробити знесолення концентрату, що збільшить ступінь використання вихідної води, підвищить продуктивність установки в цілому по пермеату, забезпечить живильною водою додатково пароутворючі установки середнього тиску, скоротить обсяг скидань. Зі скороченням обсягів скидань і збільшення концентрації солей у концентраті, додаткова ступінь демінерализації води служить підготовчим етапом для подальшого виділення цих солей з можливістю одержання мінеральної сировини, товарного продукту, що дозволить мінімізувати негативний вплив на навколишнє середовище. Підключення до трубопроводу подачі вихідної стічної води перед двошаровими і патронними фільтрами ліній дозування реагентів, що заявляються, дозволить здійснити попередню реагентну обробку води перед установкою зворотного осмосу, забезпечити ефективний і надійний процес знесолення води у великих обсягах при порівняно малих питомих енерговитратах, скорочених об'ємах стоків, поліпшеної екології. На мал. 1 представлена принципова схема установки для одержання глибоко знесоленої води. Схема містить у собі двошаровий фільтр 1, патронний фільтр попереднього очищення 2, установку зворотного осмосу 3, декарбонізатор 4, фільтр змішаної дії 5, фільтр доочищення 6, збірник демінералізованної води 7, додаткову установку зворотного осмосу 8 для знесолення отриманого концентрату. Установка працює у такий спосіб. Біологічно очищені стічні води з загальним солевмістом 4-6 г/л, загальною твердістю до ЗО млекв/л, пройшовши попереднє очищення від глибокодисперстних часток в освітлювачах і механічних фільтрах по трубопроводах подають до двошарових фільтрів 1, призначених для видалення з води глибокодисперстних часток розміром до 10 мкн., зважених і колоїдних часточок після реагентної обробки води. Перед подачею води у фільтри 1 роблять її коагуляцію, проводять процес вилучення заліза, хлорування. Для прискорення утворення пластівців й осадження колоїдно дисперстсних часток у вихідну воду додають флокулянт і коагулянт: розчин гипохлорита натрію. Здійснюють знезаражування води подвійним хлоруванням і введенням оксидантів. При введенні хлору у воду відбувається окислювання органічних сполук, поліпшується коагуляція. Для зв'язування надлишок вільного хлору в потік води вводять метабісульфат натрію, тому що окислювач органічних сполук, хлор, може зруйнувати мембрани зворотного осмосу. У прояснену воду вводять розчин антинакипіну. Усі N фільтрів 1 включені паралельно і працюють одночасно. Вихідну воду під тиском до 0,6 МПа насосами подають у верхню частину фільтра 1 через вхідний розподільний пристрій. Механічні домішки води затримуються фільтруючими шарами, а прояснена вода проходить через дренажну систему, розташовану в нижній частині апарату. Після фільтрів 1 у потік води вводять розчин антинакипіну, що нейтралізує речовини, що приводять до утворення шумовиння, і розчин метабісульфату натрію, призначений для зв'язування наявного у воді вільного хлору. Далі вода надходить на m вузлів попередньої фільтрації. Для запобігання випадання солей заліза, марганцю в осад, для попередження карбонатних відкладень на мембранах установки зворотного осмосу на вхід у фільтри 2 дозують сірчану кислоту в кількості, необхідному для підтримки рН 3,07,0. Ці фільтри служать як змішувальну камеру і 6546 забезпечують рівномірний розподіл реагентів у потоці води перед її надходженням до мембран зворотного осмосу. Патронні фільтри попереднього очищення 2 призначені для остаточного очищення води від зважених часточок розміром більш 5 мікронів. З фільтрів попереднього очищення 2 воду насосами з тиском подають на установку зворотного осмосу 3, у якій мінералізація солей відбувається на стадії поділу під тиском 2-2,5 МПа. Вода очищається від іонів і молекул розчинених речовин. Процес зворотноосмотичного знесолення проходить в апараті рулонного типу. Вихідну воду подають на зовнішню поверхню рулонного фільтруючого елементу, вона рухається по турболізаторуроздільнику по спіралі до центру елемента. Вихідний розчин розділяють на два потоки: збіднений розчиненими речовинами пермеат і концентрат з підвищеним, у порівнянні з вихідним розчином, змістом розчинених речовин. Після установок зворотного осмосу 3 пермеат з тиском до 5,5 МПа подають до декарбонізаторів 4, призначених для видалення вуглекислоти, після них на доочищення у фільтри змішаної дії 5 для видалення яких - або решти позитивно або негативно заряджених іонів з потоку води. У них здійснюється процес спільного О-ОН - іоніровання води шляхом її фільтрування через шар перемішаних зерен катіоніту й аніоніту відповідно в О- і ОН -формі. Після фільтрів доочищення глибоко знесолена вода із солевмістом до 0,2 мг/л направляється в збірник води 7 і далі споживачам на підживлення систем паротворення аміачного виробництва. Потік концентрату з установок зворотного осмосу 3 направляють на наступну ступінь демінералізації - в установку зворотного осмосу 8 у якій процес поділу відбувається під тиском 2,53,0 до солевмісту отриманого пермеату 150 мгекв/л. Далі пермеат йде на живлення котлів середнього тиску, а концентрат з високим солевмістом направляють на фізико-хімічне очищення від азотовмісних сполук і повне біологічне очищення. Зі скороченням обсягів скидань і збільшення концентрації солей додаткова ступінь демінералізації води дозволить одержати додаткову кількість живильної води, придатної для живлення котлів середнього тиску, служить підготовчим етапом для повної подальшої утилізації цих скидань з можливістю одержання сухих солей. Очищення мембран роблять у міру їхнього забруднення шляхом циркуляції через мембрани миючих кислих і лужних розчинів . Після кожної стадії очищення води передбачений контроль її якості. Вимір і контроль робочих параметрів виробляється автоматично. Очищені на БХО до встановлених норм стічні води і концентрат направляють у ставок біологічного очищення. Прояснену воду зі ставка подають насосами на концерн для повторного використання. Цикл по воді замикається. Приклади роботи установки. Приклад 1. (Прототип). Для глибокого знесолення води систем паротворення трьох агрегатів аміаку були використані дві установки, у яких процес знесолення води проводився методом іонного 8 обміну на Н-катіонітових і ОН- аніонітових фільтрах послідовно з наступним доочищенням на фільтрах змішаної дії. Вихідною водою для цих установок служила річкова вода з загальною мінералізацією до 500 мг/л. При цьому загальний обсяг забору річкової води склав близько 1000 м3/годину. Продуктивність кожної установки по частково знесоленій воді - 450 м3/годину, по глибоко знесоленої - 20 м /годину, по конденсату -120 м3/годину. Якість отриманої глибокознесоленної води відповідає вимогам, викладеним у стандарті підприємства СТП-113-03-04-03.90-86. При експлуатації іонообмінних смол на цих установках витратили 13,296 кг/т хімічних реагентів (сірчаної кислоти і каустичної соди для проведення регенерацій).Скидання рідких відходів склало 72м3/годину [5. Технологічний регламент № 70 установки глибокого знесолення води. кор. 651,. ОАЗ, ВАТ «Концерн Стирол», м. Горлівка, 1997 p.]. Ці два фактори негативно позначалися на екологічній ситуації в регіоні. Витрата електроенергії склала 2,81 тис. кВт на 1000 м 3 очищеної води, пари: 0,9 т/тонну продукту. Собівартість готування 1м 3 глибокознесоленної води з використанням фільтрів іонного обміну склала 1+1,2 американських долари. Порівняльні дані приведені в таблиці 1. Приклад 2. (установка, що заявляється,). Як вихідну воду для установки з використанням мембранних технологій зворотного осмосу була узята виробнича стічна вода зі ставку біохімочистки в кількості 1000 м3/годину з загальним солевмістом 4 г/л із загальною твердістю 18 мг-екв/л. До складу установки ввійшли 10 механічних фільтрів із завантаженням з марганцевого піску, шість зворотноосматичних машин, 4 декарбонізатора, 6 фільтрів змішаної дії і допоміжне устаткування. Загальна продуктивність установки по глибокознесоленій воді склала 700 м3/годину із солевмістом не більш 0,2 мг/л і 870 м3/годину по пермеату після установок зворотного осмосу із солевмістом до 50 мг/л і загальною твердістю до 10 мкг-екв/л., що відповідає вимогам, викладеним у стандарті підприємства СТП 42-97. Концентрат з установки зворотного осмосу 3 у кількості 400 м3/годину із солевмістом 6 г/л, з тиском 2,5 МПа подають на установку зворотного осмосу 8. Додатково отриманий пермеат під тиском 0,55 МПа в кількості до 200 м3/годину із солевмістом 150 мг/л направляють як вихідну воду на водопідготовку енергетичній котельні тиском 4,0 МПа і температурою пари 440°С. Концентрат після установки зворотного осмосу 8 із солевмістом 24 г/л подають на фізико-хімічне, біологічне очищення. При виробництві глибоко знесоленої води використано 3,173 кг хімічних реагентів на 1 тонну води, що на 10,123 кг менше в порівнянні з прототипом. Скидання забруднених стічних вод у навколишнє середовище відсутнє. Витрата електроенергії знижена до 2,051 тис. кВт [6. Постійний технологічний регламент № 70 установки одержання демінералізованної води з використанням методу зворотного осмосу Об'єднаного Аміачного заводу, ВАТ «Концерн Стирол», м. Горлівка, 2001р. кор.652 ]. Порівняльні дані приведені в табл. 1. 6546 Як видно з таблиці 1, установка отримання частково знесоленої води з використанням зворотного осмосу по своїх економічних і екологічних якостях значно перевершує установку демінералізаціі з застосуванням іонообміну. У процесі експлуатації собівартість одержання глибоко знесоленої води складає 0,43 долара 3 СШАзаім . Пуск зворотноосматичної установки дозволив 10 3 виключити забір річкової води майже на 10 млн.м у рік, скоротити споживання теплової енергії на нестатки попереднього очищення вихідної води на 170 тис. Гкал у рік, знизити скидання солей у водоймища на 14 тис. тонн у рік. Загальний сумарний економічний ефект склав понад 2,5 млн. американських доларів у рік. Строк окупності зворотноосматичної установки одержання глубоко знесоленної води склав 2,3 роки. Табл. 1 Витратні характеристики установки знесолення води № п/п Спосіб водопідго- Джерело вотовки ди Витратний коефіцієнт річкової води Кількість Кількість Витрата забруднехім. реаелектроених вод, що гентів нергії, пара, скидаються, кг/т. тис. кВт/ т/тп 3 м /год. 1. Установка знесолення води іонообміном (прототип) Річкова вода 1,36 13,296 72 2,81/0,09 2. Установка знесолення води із застосуванням зворотного осмосу (пропонований спосіб) Суміші: - біологічно очищені води, - злівні стоки, - шахтні стічні води. відсутний 3,173 відсутний 2,051/ відсутний Примітки. 11 6546 12 13 Комп'ютерна верстка М Клюкін 6546 Підписне 14 Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601