Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Сайт по продаже электрики https://svetelektro.net/

Оптимизация по критериям закона об охране природы (минимизация сброса реагентов в водотоки)

Полное обессоливание и обескремнивание воды в промышленных условиях возможно только с помощью фильтров со смешанным слоем ионитов. Поэтому с позиций минимизации сброса реагентов желательно доводить любую воду до минимального содержания солей безреагентным способом — дистилляцией, обратным осмосом или электродиализом. Все три способа требуют предварительной очистки (умягчение, удаление железа) с большим или меньшим расходом реагентов (коагулянты, флокулянты).

Дистилляцию как метод предварительного обессоливания воды на неэнергетических предприятиях трудно реализовать. Кроме того, утилизировать большие количества тепла довольно сложно (санитарные органы рассматривают сброс теплой воды как тепловое загрязнение). При производстве сравнительно небольших объемов обессоленной воды в качестве способов предварительного обессоливания наибольший интерес представляют обратный осмос и электродиализ.

Для обратного осмоса имеется несколько вариантов технических решений. Так, работают аппараты типа фильтр-пресса с многокамерной укладкой ацетат-целлюлозных мембран, со спиральной укладкой, с трубчатыми ячейками, состоящими из пористых трубок с нанесенным на них раствором ацетатцеллюлозы, с мембранами в виде тонких полых волокон. Зарубежные фирмы выпускают обратно-осмотические аппараты производительностью до 60 м3/ч. При использовании обратного осмоса всякую воду желательно перевести по указанной выше классификации из 5-го (6-го) класса в четвертый, т. е. освободить от гидрокарбонатов во избежание образования отложений на мембранах. Это осуществляют подкислением воды, превращая все гидрокарбонаты в сульфаты или хлориды.

Обратным осмосом в рассоле задерживается 85—95% солей, так что фильтрат представляет собой более, чем в 10 раз разбавленный по сравнению с исходной водой раствор. Если принять, что Сцт для фильтра смешанного действия составляет 0,25—0,50 мэкв/л (в исключительных случаях — 1 и даже 2 мэкв/л), то с помощью обратного осмоса можно подвергать очистке воду с исходной концентрацией солей до 10 мэкв/л (при большем содержании используют две ступени обратного осмоса).

Надо иметь в виду, что обратный осмос, как и любой другой способ, требует предварительной очистки от органических и коллоидных веществ. Кроме того, объем чистого фильтрата, который можно послать на фильтр смешанного действия, составляет всего 3Д—3/s от взятого объема воды, в то время как подкислять приходится всю воду. Оставшаяся часть воды представляет собой рассол, сбрасываемый в водотоки или направляемый на повторное обессоливание. Мембраны или полые волокна время от времени заменяют либо обрабатывают для удаления железа компонентами на основе дорогостоящей лимонной кислоты.

Состав частично обеесоленной воды после обратного осмоса характеризуется преимущественным содержанием натрия из катионов и хлора из анионов. Селективность мембран по кремнию примерно 80-1-85%. При получении с помощью обратного осмоса фильтрата, содержащего 0,5—1,0 мэкв/л холей, можно для полного обессоливания использовать затем фильтр смешанного действия соответствующей производительности. При большем содержании солей до фильтра рекомендуется ставить систему катионит — анионит; в дегазаторе, вероятно, необходимости нет. Регенерировать анионит можно остаточной активностью щелочи после регенерации фильтра смешанного действия, а часть избыточной кислоты и кислых промывных вод после регенерации катионита можно направлять на декарбонизацию воды перед гиперфильтрацией.

Обратным осмосом задерживается до 80—85% кремневой кислоты. Это очень важно, если учесть, что для ее десорбции с сильноосновного анионита расходуется в 10 раз больше стехиометрического объема щелочи. Если требования предприятий к степени очистки от кремния невысоки, можно рекомендовать почти безреагентный процесс обессоливания воды: предварительная очистка — обратный осмос — электродиализ с межмембранной засыпкой ионитами. С позиций охраны природы предложенные схемы имеют большое будущее.
Электродиализ также (если не больше, чем обратный осмос) дает возможности для безреагентного предварительного обессоливания воды. Здесь сочетание с ионным обменом для некоторых классов вод может быть следующее.

1. Для вод со значительным преобладанием ионов натрия над ионами двух- и трехвалентных металлов (например, при их отношении 4:1) с учетом данных можно предложить комбинированную схему:
электродиализ - катионит - анионит - фильтр смешанного действия или
электродиализ - катионит - у дегазатор - анионит - фильтр смешанного действия.

2. Для жестких вод:
умягчение с помощью Na-катионирования - электродиализ - катионит - дегазатор-анионит - фильтр смешанного действия.

3. Универсальная схема, пригодная для вод с минерализованностью до 1 г/л (или 20 мэкв/л):
катионит - дегазатор - электродиализ - анионит — фильтр смешанного действия.

Особый интерес представляет последняя схема. Катионит перед электродиализатором сорбирует все катионы. Н-катионированная вода имеет по сравнению с нейтральной большую электропроводимость, что способствует более эффективному использованию энергии. Расход кислоты на регенерацию катионита можно снизить на 25—30% при работе с хлоридными или сульфатными водами (а именно такими и являются высокоминерализованные воды) за счет использования кислоты, вытекающей из рассольных камер электродиализатора при обессоливании Н-катионированной воды. При работе по схеме 2 аналогичным образом можно утилизовать рассол, представляющий раствор солей натрия.

При работе по схеме 3 в связи с известными закономерностями работы анионита на Н-катионированиой иоде в последней при выходе из электродиализатора должно содержаться минимальное количество (0,1— 0,2 мэкв/л) солей натрия, а для этого катионит должен работать до проскока, не превышающего названных значений.

Можно рекомендовать и вариант, гарантирующий эффективную работу анионитового фильтра после электродиализатора:
катионит I ступени - декарбонизатор - электродиализ - катионит II ступени - анионит — фильтр со смешанным слоем ионитов.

По такой схеме катионит II ступени будет работать в невыгодных условиях, когда предстоит сорбировать небольшие количества натрия из кислой среды. В таких случаях катионит должен быть полностью отрегенерирован (затраты кислоты 250% от слоя сорбента). Экономичным процесс будет в том случае, если утилизировать регенерат катионитового фильтра II ступени для регенерации катионитового фильтра I ступени.

Во всех предлагаемых схемах свободная (избыточная) щелочь после регенерации фильтров смешанного действия утилизуется для регенерации фильтров со слабоосновным анионитом.

Проведены испытания экспериментальной установки электродиализ — ионный обмен производительностью 4 м3/ч. Эффективность электродиализного частичного обессоливания исходной воды с общим содержанием солей <500 мг/л составляет 36—55% в зависимости от температуры подаваемой воды при общем расходе электроэнергии 1,5—2,0 кВт-ч/м3 частично обессоленной воды, при этом на процесс переноса ионов расходуется не более 0,4 кВт-ч/м3.

В работе сделана попытка решить в общем виде задачу «стыковки» электродиализа и ионного обмена. Получена зависимость минимальной стоимости порционной электродиализной обработки воды от начальной и конечной концентраций и экономических параметров обоих методов.

Технически обоснованный расчет, учитывающий большое число факторов как электродиализного, так и ионообменного обессоливания, дан в работе. Рассмотрены две схемы: упрощенная и развернутая, работающие на водах с исходной минерализованностью 500, 1000 и 3000 мг/л. При использовании двухступенчатого электродиализатора производительностью на каждой ступени 100, 200 и 520 экв/ч (соответственно минерализованности исходных вод) и стоимости электроэнергии 1,35 коп./ (кВт-ч), оптимальным является электродиализное обессоливание до минерализованности 2—3 мэкв/л. Это означает, что для вод с высоким содержанием солей предварительное обессоливание всегда следует проводить с помощью электродиализа. С развитием электродиализаторов так называемого «второго поколения» (аппараты с малым межмембранным расстоянием) или аппаратов с межмембранным заполнением ионитами открывается возможность еще более глубокого безреагентного обессоливания. В будущем вполне технологической может стать схема обессоливания:
электродиализ I ступени - электродиализ II ступени - электродиализ III ступени - фильтр смешанного действия.

Фильтр смешанного действия остается необходимым для полного обессоливания и удаления кремния из воды, которое принципиально неосуществимо с помощью электродиализа.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики