С. Громов, к. т. н., А. Пантелеев, д. ф.- м. н., А. Сидоров, к. ф.- м. н.

Переход экономики на рыночные отноше ния характеризуется резким обострением конкуренции. Один из решающих факторов, позволяющих производителям товаров и услуг выживать в конкурентной среде, - снижение себестоимости продукции. В свою очередь, издержки производства (или эксплуатационные расходы) являются основополагающим показателем, определяющим себестоимость.

Затраты на водоподготовку - это неотъемлемая часть эксплуатационных расходов предприятий энергетического и нефтехимического комплексов . Задача сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку усложняется ростом тарифов за водопользование; непрерывным ухудшением качественных показателей воды (например, увеличением солесодержания) в источниках, пригодных для промышленного использования; уже сточением нормативов по количественным и качественным показателям для сбрасываемых сточных вод ; повышением требований к качеству обработанной воды, используемой в технологическом цикле.

Решить задачу сокращения эксплуатационных расходов на водоподготовку позволяет внедрение новых технологий. Говоря о современных подходах к решению задач по водоподготовке, надо, в первую очередь, выделить мембранные технологии водоподготовки: ультра- и нанофильтрацию , обратный осмос , мембранную дегазацию и электродеионизацию воды .

На базе указанных процессов возможна реализация так называемых интегрированных мембранных технологий (ИМТ) , применение которых позволяет снизить эксплуатационные затраты на водоподготовку, несмотря на негативное влияние любых из перечисленных выше факторов.

Проиллюстрируем последнее утверждение примером решения задачи по получению деминерализованной воды (с остаточной электропроводимостью не более 0,1 мкСм/см) в случае, когда исходной является речная поверхностная вода.

Традиционным методом решения данной задачи является применение технологической схемы водоподготовки , представленной на рис. 1. На рис. 2 можно увидеть, как выглядит альтернативное решение с использованием «интегрированных мембранных технологий».

Ультрафильтрация обеспечивает предподготовку поверхностной воды перед ее дальнейшей деминерализацией. При использовании ультрафильтрации воды , заменяющей стадии известкования с коагуляцией и осветлительного фильтрования, резко сокращается потребление реагентов, потребление воды на собственные нужды со ставляет менее 10 % (зачастую - лежит в пределах 2-5 %), а в фильтрате отсутствуют взвеси и коллоиды.

Приведенные данные позволяют оценить экономическую эффективность от применения ультрафильтрации воды в сравнении с традиционной предподготовкой.

Использование технологии обратного осмоса (или нанофильтрации в комбинации с обратным осмосом) для целей деминерализации воды также дает ряд преимуществ перед схемой традиционного двухступенчатого параллелькоточного ионирования:

• во-первых, применение мембранных технологий не сопровождается расходом большого количества реагентов (кислот и щелочей) на регенерацию;
• во-вторых, исключается образование высокоминерализованных сточных вод , вызванных сбросом избытков реагентов при регенерациях;
• в-третьих, достигается значительно более высокая, чем при ионном обмене, степень удаления из обрабатываемой воды органических соединений (в том числе неполярных) и коллоидной кремневки;
• в-четвертых, отсутствует необходимость нейтрализации сбрасываемых сточных вод .

Таким образом, эксплуатационные затраты при использовании мембранных методов водоподготовки оказываются существенно ниже, чем в случае применения традиционной технологии ионирования. На рис. 3 показана так называемая точка экономического равновесия эксплуатационных затрат при использовании мембранной и ионообменной технологий деминерализации воды в зависимости от значения солесодержания исходной воды. Отметим: в рассматриваемом случае подразумевалось, что для ионного обмена применяется технология противоточной регенерации (например, АПКОРЕ, чьи затраты на реагенты в 1,5-2 раза ниже, чем при параллельноточной регенерации).

Заметим, что в современных условиях обессоливающие установки, принцип действия которых основан на применении процесса выпарки {термодистилляции}, вряд ли смогут конкурировать по показателю эксплуатационных затрат с ИМТ для обработки воды с солесодержанием до 2 г/л. Себестоимость обессоленной воды, полученной термодистилляционным методом, составит не менее 30 руб./м 3 , даже если принять, что тепловые потери при выпарке будут находиться на теоретически минимальном уровне, а себестоимость 1 Гкал равняется 200 руб.

Наконец, электродеионизация воды, являясь безреагентной и бессточной мембранной технологией водоподготовки , обеспечивает остаточную электропроводимость деминерализованной воды на уровне 0,08 мкСм/см. Очевидно, что и эксплуатационные затраты на электродеионизацию будут ниже, чем для ФСД. Правда, следует отметить, что стабильность показателей работы установки электродеионизации воды зависит от того, насколько хорошо функционирует система обратного осмоса : в случае возникновения сбоев в работе последней неизбежным следствием будет снижение эффективности процесса электродеионизации воды.

С учетом данного обстоятельства вместо электродеионизации (для случаев, когда требуется обеспечить высочайшую степень надежности работы технологической схемы обессоливания воды) можно применить противоточное Н-ОН-ионирование или ФСД.

Если вариант с ФСД пред почтительнее по показателям экономии реагентов при регенерации, то противоточное Н-ОН-ионирование - по соображениям простоты автоматизации и удобства в эксплуатации. Кроме того, если в установке Н-ОН-ионирования предусмотрено использование технологии АПКОРЕ , то технологическая схема обретает дополнительную степень устойчивости и может эксплуатироваться даже в условиях байпассирования обратного осмоса .

Сама по себе технология противоточной регенерации ионитов АПКОРЕ с успехом используется в тех случаях, когда потребитель намерен ограничиться только реконструкцией (в противоток) существующей параллельно-точной ионообменной установки водоподготовки , или в условиях, когда значение солесодержания исходной воды стабильно ниже 100 мг/л, а неполярная органика и коллоидная кремневка присутствуют в ней в пренебрежимо малом количестве.

Рассматривая задачу умягчения воды , стоит упомянуть схему, в которой нанофильтрация сопровождается доумягчением на натрий-катионитных фильтрах.

Благодаря способности нанофильтрационных мембран хорошо задерживать поливалентные ионы нанофильтрация с успехом применяется для решения задач по умягчению воды. Если из-за высокого значения жесткости исходной воды нанофильтрация не обеспечивается требуемая степень умягчения воды, фильтрат направляется на натрий-катионитные фильтры для доумягчения. Причем эти фильтры функционируют как в режиме противоточной регенерации (например, АПКОРЕ), так и в параллельноточном режиме, если частота регенераций натрий-катионитных фильтров невысока (например, менее двух раз в месяц).

В последние годы всё отчетливее проявляется стремление потребителей перерабатывать сточные воды с целью их повторного использования в технологическом цикле. При этом традиционными задачами, решаемыми путем применения мембранных технологий (чаще всего - ультрафильтрация в сочетании с обратным осмосом ), являются сокращение объема сбрасываемых сточных вод и снижение уровня потребления воды, забираемой из природных источников.

В то же время, применение мембранных технологий водоподготовки позволяет подойти к решению еще одной очень важной экологической проблемы - резкому сокращению потребления соли, используемой для регенерации действующих фильтров ионообменного умягчения воды . Указанная цель достигается посредством повторного использования солесодержащих стоков после обработки для регенерации натрий- катионитовых фильтров.

Г. Москва;
д.т.н. Е.Н. Бушуев, профессор,
к.т.н. Н.А. Еремина, доцент,
ФГБОУВПО ИГЭУ, г. Иваново

Водоподготовительная установка (ВПУ) на ТЭС призвана восполнять потери водного теплоносителя в основном контуре. Существует большое количество возможных вариантов схем водоподготовки для получения обессоленной воды на ТЭС.

Наибольшее распространение в нашей стране получила технология химического обессоливания на базе прямоточных ионитных фильтров. Эта технология применяется уже несколько десятилетий и показала себя вполне надежной для вод малой и средней минерализации (+<5 мг-экв/дм 3). Для вод с высокой минерализацией (+>5 мг- экв/дм 3) или при повышенном содержании органических соединений (Ок>20 мгО/дм 3) используют термическое обессоливание .

В природной воде постоянно отмечается рост загрязненности техногенными органическими соединениями: удобрениями, ядохимикатами, нефтепродуктами и т.д. Традиционные химические технологии водоподготовки удаляют эти загрязнения недостаточно эффективно, что приводит к образованию в конденсатно-питательном тракте потенциально кислых веществ, и, как следствие, к многочисленным фактам нарушения ВХР .

Ужесточение экологических требований к сточным водам водоподготовительных установок, с одной стороны, ухудшение качества обрабатываемой воды, с другой, удорожание реагентов, ионитов, а также высокие эксплуатационные затраты привели к необходимости совершенствования традиционных технологий и созданию новых схем обессоливания.

Наиболее перспективными технологиями обработки вод невысокой минерализации с повышенным содержанием органических примесей, что характерно для поверхностных вод центра и севера России, являются: противоточное ионирование и обессоливание на основе мембранных методов.

Новые ВПУ, основанные на противоточных технологиях, внедрены на Калининской АЭС, ТЭЦ-ЭВС-2 ОАО «Северсталь» и др. В настоящее время накоплен первый опыт эксплуатации новых установок, частично или полностью укомплектованных импортным оборудованием и фильтрующими материалами, не всегда учитывающих особенности примесей природных вод, иногда упрощенных в целях снижения капитальных затрат.

ВПУ номинальной производительностью 1700 м 3 /ч находится в эксплуатации на ТЭЦ- ЭВС-2 ОАО «Северсталь». Установка предназначена для выработки глубоко умягченной воды (Жо<10 мкг-экв/дм 3) и включает две стадии обработки исходной (р. Шексна) воды: осветление на механических однокамерных фильтрах (12 шт. с единичной производительностью 145 м 3 /ч) с периодическим подключением контактной коагуляции и Na-катионирование на противоточных фильтрах (4 шт. с единичной производительностью 585 м 3 /ч).

Противоточный Na-катионитный фильтр предполагает фильтрацию осветленной воды снизу вверх с расходом от 170 до 585 м 3 /ч. Фильтр представляет собой двухкамерный аппарат (D=3,8 м) с тремя дренажными устройствами типа «ложное дно» и тысячей колпачковых элементов в каждом устройстве, перекрывающем все поперечное сечение фильтра. Фильтр загружен катионитом С-100 (объем ионита - 30 м 3: 10 - внизу и 20 - сверху) с плавающим слоем инерта.

По результатам лабораторных исследований и промышленных испытаний было установлено, что данный катионит устойчиво работает с рабочей обменной емкостью Ер=1200÷1400 г-экв/м 3 при удельном расходе соли на регенерацию 100 г/г экв. При нагрузке в диапазоне 170÷500 м 3 /ч на один фильтр (скорость фильтрации до 50 м/ч, диаметр 3,8 м) жесткость умягченной воды держится на уровне 2 мкг-экв/дм 3 . Первые фильтроциклы составили 25000 м 3 , через год фильтроцикл снизился до 18000-20000 м 3 .

Высокое качество химочищенной воды при большой единичной производительности ионитных фильтров обеспечивается глубокой автоматизацией управления, как отдельными фильтрами, так и всей установки в целом. Установка может работать и периодически работает в полностью автоматическом режиме. При этом оперативный персонал контролирует состояние технологического процесса по компьютерным экранным формам визуализации и в любой момент может переключить управление установкой на ручной режим.

Данная установка отработала под контролем сотрудников кафедры ХХТЭ ИГЭУ почти год большей частью в автоматическом режиме . Выработка умягченной воды за фильтроцикл составила 20000 м 3 , против 6000-8000 м 3 на традиционных прямоточных фильтрах в равных условиях. Удельные расходы соли снижены на 20%, расход воды на собственные нужды Nа-катионитного фильтра составил 1% по сравнению с 35% по традиционной технологии.

Опыт эксплуатации противоточных технологий доказывает их преимущества по сравнению с традиционными: снижение количества необходимого водоподготовительного оборудования; высокие обменные емкости ионитов; высокое качество фильтрата, которое обеспечивается при небольших расходах реагентов на регенерацию - 1,8-2,2 г-экв/г-экв; уменьшение количества высокоминерализованных сточных вод.

Однако, из-за отсутствия второй (барьерной) ступени и трудности определения момента вывода на регенерацию отключение противоточного фильтра часто проводится по количеству пропущенной воды со значительным запасом, что ведет к недовыработке обессоленной воды. При противоточной регенерации увеличивается интенсивность регенерации и, как следствие, количество переключений, что требует высокой культуры обслуживания таких установок, надежной арматуры, средств автоматизации и контроля. Все они требуют применения осветленной воды, глубоко очищенной от взвешенных, органических веществ, а также соединений железа. Эффективность применения противотока тем выше, чем качественнее поступающая на фильтры вода.

В последнее время большое внимание уделяется малореагентным методам и прежде всего мембранным технологиям.

Некоторые новые ВПУ основаны на применении обратного осмоса для деминерализации воды с использованием в качестве предочистки традиционных технологий (осветлителей, механических фильтров). Примерами таковых являются ВПУ , ТЭЦ ОАО «Северсталь», (рис. 1). Использование обратного осмоса дает возможность извлекать на одной ступени очистки до 96-98% солей, что близко к эффективности одной ступени ионного обмена.

Система доочистки пермеата может состоять из ступени ионного обмена с раздельным Н- и ОН-ионированием (прямоточным или противоточным), и (или) с фильтром смешанного действия. Поскольку на такую установку поступает частично обессоленная вода, ресурс фильтров значителен и достигает десятков и сотен тысяч кубических метров.

Сравнение экономической эффективности обессоливания воды ионным обменом и обратным осмосом показало, что при солесодержании более 150-300 мг/л обратный осмос экономичнее даже противоточного ионирования .

Имеющийся опыт эксплуатации установок обратного осмоса (УОО) свидетельствует о том, что основным фактором, от которого зависит работа мембран, является соблюдение норм качества воды, подаваемой на обработку. Производителями мембран к питательной воде, идущей на УОО, предъявляют требования, представленные в табл. 1 .

Таблица 1. Требования к воде, поступающей на УОО.

Анализ этих требований показывает, что нет ограничений на содержание солей, содержащихся в поверхностных водоисточниках, на работу в широком диапазоне показателя рН. Ограничивается лишь содержание тех веществ, которые могут привести к отравлению или забиванию мембран. Традиционные для водоподготовки показатели качества осветления воды (концентрация взвешенных веществ, мутность по «кресту», прозрачность, цветность, окисляемость) не дают адекватного представления о взаимосвязи между производительностью мембран и загрязнением их поверхности и пор осадками взвешенных и коллоидных частиц. Фирмы- производители обратноосмотических элементов оценивают качество обрабатываемой воды, прежде всего, показателем SDI . Предельно допустимое SDI - 5, а при значениях SDI от 3 до 5 производители относят такие воды к проблемным, устойчивая работа обратноосмотического элемента гарантируется при SDI<3.

Однако, опыт показывает, что в схемах с традиционной технологией предочистки, качество воды, поступающей на УОО, часто не отвечает требованиям по содержанию железа и окисляемости. Необходимое качество такой воды может быть достигнуто применением ультрафильтрации на стадии предочистки (рис. 2).

Ультрафильтрация (УФ) позволяет не только получать воду, практически свободную от механических примесей, но и совместно с коагуляцией удалять значительное количество органики (до 60% от исходного количества), а также кремниевую кислоту. В качестве примера можно привести результаты работы установки ультрафильтрации на (источник водоснабжения - река Суда) (табл. 2).

Таблица 2. Результаты работы установки УФ.

Внедрение УФ на стадии предочистки значительно увеличило производительность обратноосмотических мембран, в несколько раз сократило частоту химических промывок, высвободило производственные площади, уменьшило расход коагулянта, обеспечило возможность отказа от извести.

Совместное использование ультрафильтрации и обратного осмоса дает возможность создать малореагентную систему водоподготовки для получения фильтрата с удельной электропроводностью на уровне 1-5 мкСм/см. В таких схемах дальнейшее доведение качества воды до нормативных значений обычно производится ионообменным (рис. 2) методом.

Надежность комбинированной мембранноионообменной установки (рис. 2) большая, поскольку даже при возможных нарушениях работы системы обратного осмоса, узел доочистки обеспечит заданное качество воды. Вместе с тем, сохраняется необходимость в использовании кислоты и щелочи, поэтому данная технология, хоть и в меньшей степени, имеет те же недостатки, что и традиционная. Такая технология применяется на , и т.д.

Основным недостатком всех мембранных систем является достаточно низкий коэффициент использования исходной воды. Если в традиционной ионообменной схеме с коагуляцией и механической фильтрацией собственные нужды составляют 10-20%, то для типичного сочетания ультрафильтрации и обратного осмоса этот показатель 40-50%. Однако следует учитывать, что концентраты от установок ультрафильтрации и обратного осмоса по солесодержанию часто находятся в пределах нормируемых значений и могут быть беспрепятственно сброшены.

Комбинированные мембранно-ионообменные схемы, имеющие высокую степень экономической эффективности и надежности, являются оптимальным и рекомендуемым методом при реконструкции существующих ВПУ, где уже имеются ионообменные фильтры, реагентное хозяйство и системы сбора и нейтрализации стоков. Количество концентрированных сточных вод и расход реагентов в этом случае в десятки раз меньше, чем при чисто ионообменной схеме. Полученные сточные воды могут быть разбавлены до допустимых норм концентратом мембранных установок.

С точки зрения обеспечения минимального расхода реагентов и наивысшей экологичности при высоком качестве обессоленной воды наибольшую эффективность имеют комплексные ВПУ, состоящие исключительно из мембранных модулей различного назначения: ультра- и нанофильтрации, обратного осмоса, мембранной дегазации и электродеионизации, называемых в целом - интегрированные мембранные технологии (ИМТ) .

В комплексной мембранной установке (рис. 3) вода доочищается на узле электродеионизации. Электродеионизация (ЭДИ, EDI) - это процесс непрерывного обессоливания воды с использованием ионообменных смол, ионоселективных мембран и постоянного электрического поля.

При степени использования исходной воды 90-95% очищенная вода имеет удельную электропроводность на уровне 0,1 мкСм/см (табл. 3), а также минимальное кремнесодержание и общий органический углерод. При этом солесодержание концентрата обычно ниже, чем солесодержание воды, подаваемой на установку обратного осмоса, поэтому он весь возвращается на вход этой установки на повторное использование.

Таблица 3. Характеристики работы установок электродеионизации.

Все производители установок электродеионизации предъявляют очень высокие требования к воде, подаваемой на установку ЭДИ вне зависимости от ее конструкции (табл. 4).

Таблица 4. Типичные требования производителей к питающей воде установок ЭДИ.

Для повышения надежности работы комплексных мембранных систем водоподготовки на базе ИМТ требуется использование на стадии предварительного обессоливания двухступенчатого обратного осмоса. В этом случае качество воды, питающей установку электродеионизации, заведомо выше требований производителей и любые нарушения в работе установок обратного осмоса становятся некритичными. При ухудшении эффективности работы первой ступени (естественно в допустимых пределах) заданное качество гарантированно обеспечит вторая ступень.

Комплексная мембранная установка для подготовки глубоко обессоленной воды, выполненная в соответствии с данной схемой, обеспечивает минимальный объем отходов. Отпадает необходимость в кислотно-щелочном хозяйстве, снижаются эксплуатационные расходы и резко улучшаются экологические параметры.

Такие установки наиболее целесообразны для вновь строящихся объектов. Особенно это актуально для труднодоступных районов, куда затруднен подвоз реагентов. Комплексная мембранная установка успешно эксплуатируется на .

Общим элементом во всех рассмотренных схемах обессоливания на основе мембранных методов является установка обратного осмоса. При эксплуатации водоподготовительной установки производительность постоянно меняется. Часто возникает значительное снижение производительности, связанное с остановом части теплоэнергетического оборудования или прекращения отдачи производственного пара потребителю, что ведет к проблеме обеспечения минимального расхода обрабатываемой воды через УОО.

При неполной загрузке основного оборудования блоков ПГУ-325 на снижается потребность в обессоленной воде. Это обуславливает неполную загрузку УОО. Изначально на ИвПГУ было спроектировано и эксплуатировалось 2 параллельно работающих УОО (рис. 4,а). Во время простоя одной из УОО, она либо ставится на консервацию, либо ежедневно производится циркуляция воды по корпусам УОО для предотвращения возникновения отложений. Это приводит к дополнительным потерям и увеличению себестоимости обессоленной воды.

Поскольку реагенты, используемые для консервации УОО, имеют достаточно высокую стоимость, и периодически требуется подключение второй установки обратного осмоса, то при работе одного из блоков консервация является неэффективным мероприятием.

Для предотвращения потерь, экономии химических реагентов для регенерации ФСД были предусмотрены мероприятия, позволяющие снизить дополнительные потери при простое оборудования: последовательное включение УОО 1 и УОО 2 в работу (рис. 4,б). Каждая установка включает 4 корпуса, также работающие по двухступенчатой схеме (рис. 5).

При последовательном включении установок обратного осмоса (рис. 4) пермеат с УОО 2, работающей как I ступень, подается на УОО 1 (II ступень). При этом концентрат с УОО 2 сбрасывается в канализацию, а с УОО 1 смешивается с исходной водой, подаваемой на I ступень.

Исходная вода подается на установку обратного осмоса на корпуса АО1-АО3 (рис. 5), затем пермеат подается на ФСД, а концентрат подается на АО4, где также разделяется на пермеат и концентрат. Пермеат подается на ФСД, а концентрат сбрасывается в канализацию.

После предварительных расчетов в феврале 2012 г. были проведены промышленные испытания работы УОО 1 и УОО 2, включенных последовательно. Результаты расчетов приведены в табл. 5, на рис. 6 приведены результаты испытаний.

Показатель	Известкование+коагуля ция сульфатом железа		Коагуляция сульфатом алюминия
	при включении УОО в одну ступень		при включении УОО в две ступени
Производительность установки, м 3 /ч	18	18	18
Суммарный часовой расход воды, поступающей на УОО, м 3 /ч	22,06	21,96	21,96
Производительность осветлителя ВТИ-100, м 3 /ч	30,2	28,65	30,03
Фильтроцикл ФСД, м 3	21240	63720	63720
Расход кислоты на регенерацию, т/год	0,54	0,16	0,16
Расход щелочи на регенерацию, т/год	0,54	0,16	0,16

Полученные данные доказывают повышение качества обессоленной воды после второй ступени обработки на УОО. Содержание ионов натрия, кремнекислоты и электропроводность снижаются более чем в 3 раза, также снижается содержание соединений железа и хлоридов.

Прослеживая динамику изменения качества обессоленной воды, можно отметить, что двухступенчатое обессоливание на УОО не позволяет достаточно снизить значение электропроводности, однако, позволяет получить требуемые параметры качества воды по содержанию соединений кремнекислоты и натрия для добавочной воды для подпитки котлов-утилизаторов. Повышение качества исходной воды для ФСД позволяет снизить ионную нагрузку на них более, чем в 3 раза, что приводит к значительному увеличению фильтроцикла, уменьшению количества воды, используемой на собственные нужды ВПУ, снижению потребности в кислоте и щелочи для регенерации. Следовательно, снижается экологический ущерб, наносимый окружающее среде.

Испытания с коагулянтом - сульфатом алюминия при двухступенчатой схеме работы установок обратного осмоса показали, что существует возможность улучшить качество воды, идущей на УОО, и повысить ресурс работы патронных фильтрующих элементов для УОО.

Таким образом, на отечественном энергетическом рынке появилось большое количество нового водоподготовительного оборудования с высокими экологическими характеристиками. Широкому внедрению их в производство мешает отсутствие нормативной базы на их использование и противоречивый опыт эксплуатации головных установок на отечественных ТЭС, особенно для вод с повышенным содержанием органических веществ.

Литература

1. СО 153-34.20.501-2003 (РД 34.20.501-95). Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Утв. Приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 19 июня 2003 г. № 229. - М.: СПО ОРГРЭС, 2003.

2. Ходырев Б.Н., Кривчевцов А.Л., Соколюк А.А. Исследование процессов окисления органических веществ в теплоносителе ТЭС и АЭС // Теплоэнергетика. 2010. С. 11-16.

3. Опыт освоения новых технологий обработки воды на ТЭС / Б.М. Ларин, А.Н. Коротков, М.Ю. Опарин и др. // Теплоэнергетика. № 8. 2010. С. 8-13.

4. Проектные решения водоподготовительных установок на основе мембранных технологий / А.А. Пантелеев, Б.Е. Рябчиков, А.В.Жадан и др. // Теплоэнергетика. 2012. № 7. С. 30-36.

5. Пуск системы водоподготовки ПГУ-410 на Краснодарской ТЭЦ / А.А. Пантелеев, А.В.Жадан, С.Л. Громов и др. // Теплоэнергетика. 2012. № 7.

Чистая питьевая вода - залог здоровья, и многие владельцы домов, обустроившие на участке автономный источник водоснабжения, считают, что обеспечили себя чистой и качественной водой. Но и вода из центральных водопроводов, и вода из первичных подземных источников обязательно требует очистки, так как под землёй в неё попадает множество примесей, с которыми не способны справиться обычные фильтры. Для решения этих проблем предназначены системы водоподготовки.

Выбери свой Ecomaster!

Водоподготовкой называется многоступенчатый процесс очищения природной воды, полученной из первичного природного источника, которая используется на предприятиях и в бытовых системах, для того, чтобы привести её качество в соответствие с санитарными нормами (СанПиН 2.1.4.1074-01).

Зачем нужна система водоподготовки

Вода – один из лучших естественных растворителей. Нитраты, органические вещества и минералы, вирусы и бактерии, высокое содержание металлов – это малая часть того, что попадает к потребителям из источников водоснабжения, не оснащённых системой водоподготовки.

Простые фильтрационные системы не способны справиться с такими специфическими видами загрязнений. Водоподготовка очищает воду от грубодисперсных и коллоидных примесей и солей. Это гарантия того, что поступающая к потребителям вода безопасна для здоровья. Помимо этого, система водоочистки решает другие проблемы, источником которых является некачественная вода:

• быстрое засорение труб;
• коррозия металлических элементов водопроводной системы;
• образование накипи;
• быстрый износ сантехники и бытового оборудования, контактирующего с водой (бойлеры, стиральные и посудомоечные машины и пр.);

Исходя из описанных проблем, всем владельцам частных домов, рекомендуется провести химический и бактериологический анализ воды, которая поступает из колодцев или скважин. По итогам экспертизы можно будет подобрать оптимальную по всем параметрам систему водоочистки.

Элементы водоподготовки

Современные системы водоподготовки – это комплекс фильтров, выполняющих разные функции. Если результаты экспертизы указывают на то, что для воды из конкретного источника характерен один вид загрязнения можно использовать один фильтр. Но, как правило, вода содержит множество примесей разной природы и фильтры используют в комплексе.

В системах водоочистки используются следующие виды фильтров:

Фильтры грубой (механической) очистки – отвечают за первичное очищение воды. Они обеспечивают удаление крупных нерастворенных включений (сор, песок, ржавчина, окалина, различные крупно- и мелкодисперсные взвеси).

Фильтры осветлители позволяют получать прозрачную бесцветную воду. При высокой концентрации органических веществ и минералов вода становиться мутной, а бурый цвет указывает на то, что в ней содержатся ионы железа. В осветляющих фильтрах все эти примеси удаляются, проходя через слой песка, антрацита или активированного угля.

Умягчители используются для удаления из воды растворимых солей кальция и магния. Жёсткая вода вредна для организма и имеет неприятный вкус. Кроме того, при нагревании и испарении воды с высоким содержанием таких солей на внутренних поверхностях труб и бытовой техники остаётся твердый осадок, который приводит к их быстрому износу.

Очистка от солей кальция в умягчителях осуществляется путем фильтрования воды при помощи ионообменных смол. При контакте с водой такие смолы поглощают ионы кальция и магния, заменяя их ионами натрия, тем самым смягчая её.

Аэрационные колонны устанавливают для того, чтобы удалять из воды железо и сероводород. Также они насыщают воду кислородом, что способствует формированию благоприятной среды для реакций окисления.

Фильтры для тонкой очистки позволяют удалить из воды мельчайшие твердые включения, которые пропустила система осветления. Вода в них очищается, проходя через картриджи, наполненные активированным углем и разными мелкопористыми материалами.

Антибиотические фильтры выполняют функцию обеззараживания. Они справляются с бактериями, вирусами и пр. Свои задачи бактерицидные фильтры выполняют благодаря ультрафиолетовому излучению, специальные стерилизующие УФ-лампы разрушают генетический аппарат микроорганизмов и не дают им размножаться. Это безреагентные устройства, применение которых абсолютно безопасно для здоровья и никак не влияет на качество воды, в отличие от обеззараживания хлором.

Фильтры с обратноосмотической мембраной выполняют функцию тонкой очистки питьевой воды. Они очищают её практически от всех ионов, которые входят в состав солей, тяжелых металлов, фтора, пестицидов, нефтепродуктов, и др.

Очистка в системах водоподготовки, которые включают в себя полный комплекс фильтров всегда проходит в последовательности описанной выше. Но количество этапов зависит от типа загрязнений, иногда, некоторые из них пропускают, если результаты экспертизы указывают на то, что в них нет необходимости.

Экодар: эффективные системы водоподготовки

С 1993 года компания Экодар работает в сфере проектирования, производства и продажи систем водоподготовки. За годы работы нам удалось заслужить репутацию компании, которой можно доверить разработку и реализацию проектов любой сложности.

Сегодня Экодар – это динамично развивающееся предприятие полного цикла, а накопленный опыт позволяет нам предоставлять полный комплекс услуг, связанных с улучшением качества воды:

• экспертные консультации по выбору, установке и использованию систем водоочистки и водоподготовки;
• продажа качественного оборудования и комплектующих для систем водоподготовки под собственными торговыми марками ZauberROS и Ecomaster, а также продукции ведущих зарубежных производителей;
• анализ питьевой, природной и сточной воды на базе собственной аккредитованной лаборатории;
• проектирование систем водоснабжения, водоочистки и водоподготовки;
• установка и пусконаладка систем водоочистки;
• гарантийное, сервисное и постгарантийное обслуживание.

Компания осуществляет свою деятельность на основании Свидетельства СРО о допуске к выполнению проектных и строительных работ. Высокое качество услуг мы обеспечиваем благодаря интегрированной системе менеджмента качества. Своим клиентам мы предлагаем:

• большой ассортимент оборудования и комплектующих;
• гарантии качества на все представленные в каталоге категории товаров;
• широкий ценовой диапазон;
• оперативная доставка заказов и выезд мастеров;
• постоянное наличие продукции на складе;
• информационная поддержка клиентов;
• программы лояльности для постоянных и крупных заказчиков;
• индивидуальный подход к каждому клиенту;
• точное соблюдение сроков поставок и выполнения работ;
• только сертифицированные специалисты.

Миссия нашей компании – обеспечение потребителей качественной водой и внедрение самых передовых технологий в сфере водоочистки. Мы предлагаем эффективные решения в сфере промышленной и бытовой водоподготовки для частных и корпоративных клиентов. Наши специалисты подберут надежное и высокопроизводительное оборудование для любых объектов − от бытовых фильтров для квартир и загородных домов до многофункциональных систем для промышленных объектов.

Выбор и установка оборудования водоочистки

Существует множество факторов, которые нужно учитывать при выборе системы водоподготовки, поэтому проектирование и выбор оборудования лучше доверить профессиональным компаниям, имеющим необходимые разрешения на данный вид деятельности. При выборе таких систем определяющими являются такие факторы:

• результаты лабораторных анализов состава воды;
• объем и режим водопотребления;
• особенности системы водоснабжения на объекте;
• бюджет на реализацию проекта.

В зависимости от выявленных в ходе лабораторного анализа отклонений от санитарных норм, особенностей водопотребления конкретного объекта, составляются схемы водоподготовки: состав необходимого оборудования, тип и последовательность установки модулей, фильтров и так далее.

Монтаж системы водоподготовки - это технологически сложный процесс, которым должны заниматься специалисты. Если к объекту подведены 2 магистрали, то для каждой из них устанавливается разный набор оборудования.

Для частных домов в большинстве случаев оптимальным решением является установка всего комплекса фильтров, описанных выше. Это позволит не только получить гарантированно качественную и безопасную питьевую воду, но и отсрочит износ бытовой техники, сантехнического оборудования и системы отопления.

Специалисты компании Экодар помогут подобрать подходящее по характеристикам и цене оборудование для систем водоочистки. Чтобы получить профессиональную консультацию – звоните нам по телефону, указанному или оставляйте вопросы на сайте.

Для обессоливания воды применяется Н/ОН-ионирование (химическое обессоливание) и обратный осмос. В общем виде установка химобессоливания включает катионитный фильтр, декарбонизатор, бак декарбонизованной воды, химический насос и анионитный фильтр. В качестве загрузок фильтров в небольших котельных в подавляющем большинстве случаев используются сильнокислотный катионит и сильноосновный анионит. При сравнительно небольшой щелочности (и/или производительности системы) возможна работа без декарбонизатора, но это влечет за собой увеличение объема анионита, который значительно дороже катионита. Вообще, в установках Н/ОН-ионирования объемы катионита и анионита как правило различны. Для минимизации стоимости установки целесообразно рассчитывать каждую ступень отдельно, чтобы они выходили в регенерацию не как единая система (сначала катионообменный фильтр, за ним сразу анионообменный), а независимо друг от друга; при этом фильтроциклы каждой ступени могут различаться в разы. Н-катионитные и ОН-анионитные фильтры конструктивно аналогичны фильтрам умягчения. При использовании современного аппаратурного оформления единственной ручной операцией при их эксплуатации является приготовление регенерационных растворов. По сравнению с установками умягчения, более строгие ограничения накладываются на материалы, соприкасающиеся с регенерационными растворами кислот и щелочей, т.е. не допускается применение деталей из капролона, латуни и т.п. Ионообменное обессоливание подразумевает использование для регенерации кислоты и щелочи, которые являются опасными веществами, в количествах в два-три раза превышающих стехиометрические, и, кроме того, образование кислотнощелочных стоков, которые требуется нейтрализовать перед сбросом в канализацию. Обратный осмос лишен этих недостатков, поэтому в настоящее время он находит все более широкое применение, несмотря на сравнительно высокие капитальные затраты.

Стандартная обратноосмотическая установка включает в себя: блок фильтров тонкой очистки; используются патронные фильтры с пятимикронными картриджами; блок насосов высокого давления; блок мембранных модулей; состоит из рулонных мембранных элементов, заключенных в корпуса из стеклопластика или нержавеющей стали; блок дозирования кислоты и ингибитора для предотвращения загрязнения мембран отложениями солей (необходимость дозирования кислоты и ингибитора и дозы определяются расчетным путем по величине индекса Ланжелье концентрата); блок промывки — промывки необходимы для продления срока службы мембран, т.к. в любом случае в процессе работы на их поверхности происходит отложение солей (частота промывок зависит от качества исходной воды и правильности расчета установки и может составлять не более одного раза в три-четыре месяца). Дополнительно в промышленных установках устанавливаются кондуктометры для слежения за качеством пермеата, шкаф автоматики с контроллером и многие другие устройства для автоматизации и контроля процесса.

Производительность же обратноосмотических установок по пермеату в среднем составляет 60-75 %. Стандартные установки ограничены рабочим давлением в 16 бар, т.к. это максимальное давление для труб ПВХ. Применение нержавеющих труб увеличивает стоимость установки. При солесодержании выше 2000-3000 мг/л рабочее давление становится выше 16 бар, и для его снижения, как правило, увеличивают сброс концентрата и соответственно снижают производительность по пермеату. Селективность обратноосмотических мембран — от 98 до 99,7 % по NaCl, рабочее давление — от 6 до 25 бар.

Как химобессоливание, так и обратный осмос позволяют получить воду с удельной электропроводностью на уровне 5-50 мкСм/см, в зависимости от солесодержания исходной воды. Более глубокое обессоливание проводится в две ступени. Каждая установка, будь то Н-катионирование, химобессоливание и особенно обратный осмос, должна рассчитываться и подбираться индивидуально для конкретного случая.

Коррекционная обработка воды
Традиционно для коррекционной обработки воды применяются: фосфаты (тринатрийфосфат, гексаметафосфат, триполифосфат и различные их смеси) для предупреждения появления кальциевой накипи и поддержания уровня рН воды, при котором обеспечивается защита стали от коррозии; сульфит натрия для химического обескислороживания воды после деаэратора или взамен деаэратора при небольшом расходе подпиточной воды (до 2 м3/ч); аммиак для связывания углекислоты в питательной воде и в паре с целью защиты от углекислотной коррозии питательного и пароконденсатного трактов.

Применение этих реагентов требует специального реагентного хозяйства. Фосфаты сначала растворяют в специальном растворном баке, затем фильтруют раствор на осветлительном фильтре для удаления загрязнений. При приготовлении раствора сульфита натрия необходимо применять меры по изоляции его от воздуха. Для растворения сульфита используется герметизированный бак, который перед подачей воды на растворение должен продуваться паром. Особые требования предъявляются к помещению и квалификации обслуживающего персонала при работе с аммиаком, который относится к классу опасных веществ. Кроме того, аммиак вызывает коррозию медьсодержащих сплавов. Для небольших котельных (в отличие от ТЭЦ) применять традиционные технологии коррекционной обработки воды просто нереально по вышеперечисленным причинам. Остается два пути: вообще не проводить коррекционную обработку, снижая эффективность работы и сроки службы основного оборудования, либо применять эффективные и удобные в использовании современные реагенты (хотя и довольно дорогостоящие), расходы которых при низких объемах подпитки могут оказаться не такими уж большими. Современные реагенты поставляются в жидком виде готовыми к использованию, могут разбавляться умягченной водой в любых пропорциях. При их применении не требуется специального реагентного хозяйства, достаточно только растворного бака и насосадозатора.