Оборудование для пищевого производства

ЗАКАЗАТЬ ОЧИСТКУ ВОДЫ

Опросный лист для разработки технологии и изготовления оборудования по очистке



Отправить на mail@eikos.kz

05.11.2015 ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОПРЕСНЕНИИ ВОДЫ

Большая часть территории Казахстана испытывает нехватку питьевой воды. Восточный Казахстан, предгорья Алматы, некоторые другие регионы - исключение из правил. Причём даже те источники воды, которыми мы располагаем, используются крайне расточительно. Примером тому оросительные каналы реки Или - следствие давнего «совкового» мышления, в которых теряется огромное количество воды. 

26.10.2015 Наше будущее – в решении экологических проблем!

Вопросы обеспечения населения качественной питьевой водой, а также проблемы очистки сточных вод в Казахстане, как и во всем мире в целом, становятся все острее, несмотря на целый ряд мер, направленных на улучшение экологии.

12.10.2015 СОБСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО – ЗАЛОГ НАШЕГО УСПЕХА!

ТОО «Эйкос» - старейшая производственная компания Казахстана, основанная в 1990 г.
За годы своей деятельности фирма - единственный в РК производитель специфической водоочистной техники - освоила выпуск более 200 типов оборудования по очистке и обеззараживанию питьевой воды, производственных и канализационных стоков

05.10.2015 ТОО «Эйкос» заслужило звание «Лидер отрасли 2015»

Союз Национальных бизнес-рейтингов рад приветствовать в сообществе лидеров предприятие, которое в своей деятельности придерживается высоких стандартов качества, добросовестно уплачивает налоги и другие взносы, - ТОО «Эйкос».

16.02.2010 Гипохлоритные электролизеры

Гипохлоритные электролизеры, производимые Казахстанской фирмой «Эйкос» для получения непосредственно на месте из обычной поваренной соли дезинфицирующих растворов гипохлорита натрия, с успехом заменили устаревшие методы обеззараживания воды, использующие хлорную известь и сжиженный хлор в баллонах, опасные при перевозках, хранении и эксплуатации. Эти простые, но эффективные установки для обеззараживания воды изготавливаются специалистами ТОО «Эйкос» и запускаются в эксплуатацию по всему Казахстану вот уже более 15 лет.

Сравнение техники электродиализа и обратного осмоса

При выборе той или иной технологии обессоливания, в особенности, когда это касается слабосоленых вод, перед проектировщиками зачастую возникает вопрос, какую технологию принять. Конечно, в каждом конкретном случае проблема может обсуждаться на любом уровне, однако существуют критерии,  удобные для сравнения (1, 2), и ими можно оперировать.
 Два мембранных метода опреснения воды - обратный осмос и электродиализ попеременно конкурируют между собой за право доминировать на чрезвычайно емком рынке, усугубляемом постоянно нарастающей нехваткой водных ресурсов.
 Прогноз одной из сессий ООН назвал текущее столетие веком опреснения океанских вод, и подобная формулировка вполне оправдана.
 Исторически сложилось так, что электродиализ развился ранее обратного осмоса, хотя предпосылки последнего имели более давнюю историю и к настоящему времени имеют солидное теоретическое обоснование (3).
 Однако в 60-х годах ХХ века только электродиализ использовался промышленно. Установок обратного осмоса не существовало вообще. Развитие технологии органического синтеза, в результате которого вначале были созданы ацетатные, полиамидные мембраны, а затем и высокоэффективные тонковолокнистые, резко изменило ситуацию. Обратный осмос стал доминировать среди мембранных методов. Простота конструкций аппаратов и широкая доступность мембран позволили даже небольшим фирмам налаживать сборку аппаратов, повсеместно способствовать их вхождению в рынок.
 Двадцатилетний опыт эксплуатации аппаратов обратного осмоса позволил широко выявить их сильные стороны, однако эйфория первых успехов прошла, и в настоящее время проводится трезвая оценка обоих методов с целью выбора наиболее оптимальных концепций мембранного опреснения.

Отличия систем электродиализа и обратного осмоса

 Три фактора являются доминирующими и практически единственными (за исключением специфики маркетингового и эмоционального характера), по которым следует  проводить сопоставление их эффективности:
 - предварительная подготовка воды;
 - частота замены мембран;
 - энергоемкость процесса.
 Мы умышленно пренебрегаем сравнением стоимости установок, которые, естественно, варьируют в разных странах, однако с известными допущениями разброс цен в 30 % следует признать приемлемым и стоимость условно адекватной

Предподготовка воды

 Этот фактор часто замалчивается компаниями, продающими установки обратного осмоса. Высокая чувствительность мембран к различного рода примесям органического и неорганического характера требует применения развитых схем предподготовки воды перед установками обратного осмоса и почти не требуется в случае использования электродиализных аппаратов. Это вполне естественно, поскольку принципы обессоливания в них совершенно различны.
 И для обратного осмоса, и для электродиализа наиболее опасными являются соли жесткости, в особенности кальциевая жесткость. Борьба с органическими загрязнениями решается более просто – путем использования гипохлорита, активированного угля, биологической обработки воды или электродеструкции (процесс разработан и широко используется компанией «Эйкос»).
 Для снижения содержания солей кальция не существует эффективных методов. Для слабосоленых вод используется реагентная обработка или умягчение. Электрохимическая обработка (4) увеличивает стоимость обессоливания, и вопрос об ее использовании решается в каждом конкретном случае индивидуально.
 Не существует эффективных методов снижения жесткости морской и океанской воды (общая жесткость до 140 мг-экв/дм3), поэтому инженеры должны смириться с мыслью, что всю или большую часть нагрузки, связанную с отложением солей, мембраны принимают на себя.
 По данным компании «Ionics», существует по меньшей мере 7 факторов, свидетельствующих в пользу электродиализа в сравнении с обратным осмосом. Причем, эти преимущества можно увеличить, перейдя с мембран, имеющих стирол-дивинилбензольную основу на акриловую (5):
1) система реверсного электродиализа не требует высокого качества исходной воды и менее чувствительна к проблемам предочистки в сравнении с системой обратного осмоса; может работать с индексом Ленжелье, равным 12. Тщательная и дорогая предочистка, а также дополнительные химикаты необходимы, чтобы получить индекс Ленжелье, равный 3, нужный для систем обратного осмоса;
2) система реверсного электродиализа может работать при остаточной концентрации активного хлора до 1 мг/дм3, а обратный осмос нуждается в дехлорировании, чтобы защитить мембрану от деградации из-за окисления свободным хлором. Способность реверсного электродиализа работать в присутствии небольших концентраций активного хлора сводит к минимуму биологическое загрязнение мембраны, что делает эту систему более надежной;
3) система реверсного электродиализа позволяет восстанавливать мембрану в пределах 80-90 %. Для системы обратного осмоса  степень восстановления  65-75 %;
4) мембрана реверсного электродиализа не подвержена воздействию бактерий и влиянию высоких температур, поэтому она не нуждается в специальных условиях хранения.  При обратном осмосе требуются  специальные растворы и контроль температуры при хранении;
5) мембрана реверсного электродиализа может быть очищена кислотой,  рассолом, каустической содой, в то время как мембрана обратного осмоса требует специальных  дорогих очищающих химикатов (хелатов);
6) мембранная технология реверсного электродиализа подтвердила  продолжительность эксплуатации мембраны  от 7 до 10 лет. Мембрана обратного осмоса может использоваться не более 1-3-х лет из-за чувствительности к факторам процесса. В результате обратного осмоса сточная вода содержит очень большое количество кислоты, что требует ее нейтрализации каустической содой или известью;
7) очистка электродиализных пакетов не встречает каких-либо трудностей, в то время как разборка заводских блоков аппаратов обратного осмоса, имеющих спиральную конфигурацию, зачастую невозможна.
Основываясь на вышеназванных преимуществах, система реверсного электродиализа предпочтительнее системы обратного осмоса для рециркуляции сточной воды.
В процессе электродиализа через мембраны «добровольно» мигрируют анионы и катионы; основной поток воды движется параллельно мембранам (тангенциально по отношению к мигрирующим ионам) (рис.1).

Электромембранный (электродиализный)

 

Рис. 1. Схема движения воды в электродиализаторе

 

В обратноосмотических аппаратах поток воды продавливается под давлением через мембрану (рис. 2). Даже из общих соображений понятно, что во втором случае требуется гораздо более тщательная подготовка воды

 

Барометрический (обратноосмотический)

 

Рис. 2. Схема движения воды в барометрических аппаратах

 

Схемы подготовки воды перед обратным осмосом в последнее время значительно усложнились и достигают 8 стадий (6).
 Существует мнение (7), что предочистка может составлять до 50 % стоимости установки. В то же время даже при переработке океанской воды электродиализом схемы ее подготовки сравнительно просты (8).
 Типичные схемы подготовки воды перед обратным осмосом  и электродиализом  сведены в табл. 1.

 

 

Типичная схема подготовки воды

Стадии

Обратный осмосЭлектродиализ

1.

Фильтр грубой очистки

Фильтр грубой очистки

2.

Картридж тонкой очистки

Не требуется

3.

Обработка коагулянтом

Не требуется

4.

Фильтрация

Не требуется

5.

Обработка активным хлором

Не требуется

6.

Углеродный картридж

Не требуется

Разумеется, представленные схемы не исчерпывают всех возможностей, но, очевидно, что система предочистки в электродиализе более проста.

Замена мембран

Обратный осмос
 Мембраны обратного осмоса изотропные (с однородной по толщине структурой) или анизотропные (с поверхностным тонкодисперсным слоем толщиной в доли микрона) тонкие, чрезвычайно чувствительные к пересыханию, реально сохраняют свои качества от 6 месяцев до года.
 Эти мембраны не подлежат  регенерированию. Поскольку в аппаратах обратного осмоса стоимость мембран составляет около 50% от стоимости установок, то каждые полтора-два года стоимость установок удваивается.
 Электродиализ
 Мембраны для электродиализа грубые, композитные, чрезвычайно прочные; после высыхания восстанавливают свои свойства, что чрезвычайно важно в странах с жарким климатом; легко регенерируются растворами кислот.
 Срок службы мембран на капроновой или лавсановой основе – до 8 лет, а перфторированных – до 20 лет.
 В этом аспекте преимущество электродиализа очевидно.

Энергетические характеристики

 Обратный осмос
 Считается  общеизвестным, что для океанской воды с массовой долей солей 3,5-4,0 % рабочее давление в опреснительных установках должно быть, по крайней мере, на первой стадии  7-8 МПа. И, невзирая на высокую селективность мембран, процесс целесообразно вести в две стадии. Для опреснения 1 м3 океанской воды необходимо до 10 кВт/ч электроэнергии.
 Электродиализ
 На основании анализа многолетнего опыта эксплуатации промышленных установок по опреснению слабосоленых вод можно сформулировать  два правила:
 - полный расход электроэнергии на процесс (с учетом энергии перекачивающих насосов) варьирует в пределах 1,5-2,5 кВт/ч/м3;
 - на удаление 1 кг соли необходимо до 2 кВт/ч электроэнергии.
 При разработке технологии для грубой оценки расхода электроэнергии можно пользоваться любым из этих правил. Дальнейшее экономическое  сопоставление позволяет установить, что при опреснении воды с соленостью свыше 12 г/дм3* в электродиализных аппаратах традиционной конструкции преимущество аппаратов обратного осмоса очевидно, в других случаях целесообразно проводить сопоставление технологий.

Параллельные испытания

Приводятся данные о сравнительных испытаниях электродиализа и обратного осмоса.
В докладе Р.К. Хариса с соавт.  (Канада), прочитанном на 12-м Международном симпозиуме по опреснению и повторному использованию воды в г. Ла-Валетте (Мальта), были изложены результаты применения электродиализа и обратного осмоса для опреснения солоноватых подземных вод для коммунального водоснабжения степного поселка. Авторы смонтировали соответствующие пилотные установки, которые проработали 2000 часов. Исходная вода имела общее солесодержание 1,6 г/дм3 и содержала Fe, Мn и SiO2 в количествах 1,0; 0,5; 30мг/дм3 соответственно. Опресненная вода должна содержать 500 г/дм3 солей. При опреснении обратным осмосом исходную воду подкисляют соляной кислотой и для предотвращения осадкообразования в нее добавляют 6мг/дм3 Флокона-100 (только для обратного осмоса), причем  для повышения надежности дозировку осуществляли двумя насосами, каждый из которых обеспечивал минимальную концентрацию Флокона-100 (3 мг/дм3). Система предподготовки включала также обработку гипохлоритом натрия (1,7 мг/дм3 Cl+актив.), введение перманганата калия (1,3 мг/дм3), фильтрацию через магнезиальный песок и антрацит.
При опреснении воды обратным осмосом использовали аппараты спирального типа (модель ТРСL4821 LP), электродиализом – Aquamite-V c реверсом тока каждые 20 мин.  Производительность по опресненной воде – 16,7 и 22,3 дм3/сек, степень извлечения воды – 70 и 84 %, общие капитальные затраты (на 1 м3 продукта) – 1,96 и 1,94 долл., затраты электроэнергии 0,11 и 0,10 долл./м3 , химикатов – 0,12 и 0,02 долл./м3, замена мембран 0,08 и 0,06 долл./м3, общие затраты – 0,29 и 0,29 долл/м3.
Таким образом, судя по общим затратам и выбросам в окружающую среду, применение электродиализа в данном случае более предпочтительно, чем обратного осмоса (9).
Результаты сравнительных испытаний при очистке воды от нитратов приведены Д.Эльяновым с соавт. (10).
Сравнительные данные, полученные для  электродиализной и обратноосмотической установок, представлены в табл. 2.

 

Таблица 2   Сравнение реверсного электродиализа и обратного осмоса по удалению нитратов 

Параметр

Процесс
 ЭлектродиализОбратный осмос

Выход диализата, %

94

60-85

Очистка от нитратов, %

50-85

95-98

Предельный индекс SDI

12

4-5

Предельная концентрация активного хлора в воде, мг/дм3

0,5

< 0,1

 

 Многими авторами сделан вывод, что при необходимости значительно  выхода диализата и высоком уровне SDI* (потенциале биозарастания) предпочтение отдается технологии электродиализа. В других случаях и для  малой производительности следует применять обратный осмос. Очевидно, что при обессоливании почти любых типов вод, предназначенных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, капитальные затраты на установки обратного осмоса ниже чем на электродиализ. Однако другие факторы, в частности, предподготовка воды, низкий выход рассола и т.п. иногда сводят на нет преимущества первичных капитальных вложений.

 

ГЛАВА  15

1. Pilat В.V. A Case for Electrodialysis //J. Asian Water, 2000, v.16, № 9, p.22-25.
2. Pilat В.V. Electrodialysis Concept in Desalination and New Units // Membrane Technology for Wastewater Reclamation and Reuse. - Tel-Aviv, Israel, 9-13 September, 2002, p.348-357.
3. Духин С.С., Сидорова М.П., Ярощук А.Э. Электрохимия мембран и обратный осмос. - Л.: Химия, 1991, 189 с.
4. Заболоцкий В.И, Цаплин И.И, Мягков В.А. Способ электрохимического умягчения воды и устройство для его осуществления // Патент РФ № 2064818, МПК В 01 D 61/44, C 02 F 1/46. РФ № 94028250/26. Заявлено 27.07.1994. - Опубл.10.08.1996, бюлл. № 22, 157 с.
5. Kenneth H. M.Wong. Wastewater Desalination by Electrodialysis Reversal // Ionics Incorporated, Presented at the Water Technology Seminar. - Singapore, October 4, 1993, Bulletin TP 366.
6. Mourato Diana, Ph.D. Water Reuse with the Immersed Membrane & the Membrane Bioreactor // The International Desalination & Water reuse Quarterly. - February/March 2000, v. 9/4, p.27-30.
7. Scale-up of crossflow filters: Reducing the risks, Filtration & Separation. June 1996, v.32, No.6, p.493-498.
8. Neosepta. Ion-exchange membranes. // Tokuyama Corporation, Japan, 1999.
9. Опреснение и повторное использование воды // Химия и технология воды. -1991, т.13, № 10, с.956.
10. Elyanov D., Persechino J. Advances in Nitrate Removal. // 3rd annual conference of the Israel Desalination Society. - Tel-Aviv, Israel. December. 12, 2000.

 

Статья (глава 15) из книги Б.В. Пилата Основы электродиализа, Москва, Авваллон, 2004 

 

Б.В.Пилат, к.т.н., президент  ТОО «Эйкос»