Прогноз показателей работы нанофильтрационных мембран и выбор оптимальных доз реагентов при эксплуатации мембранных установок для получения питьевой воды (стр. 2 из 2)

Разработка компьютерной программы расчета мембранных установок

Описанные выше результаты легли в основу разработки программы технологического расчета установок нанофильтрации, используемых для питьевого и технического водоснабжения [11, 16].

Новая программа разработана для использования в водоподготовительных установках современных нанофильтрационных мембран производства фирмы SAEHAN CSM (Южная Корея). Программа позволяет в зависимости от состава исходной воды выбрать мембраны, обеспечивающие оптимальный состав воды (фильтрата), соответствующий требованиям СанПиН, а также выбрать оптимальные значения рабочих параметров мембранных установок (величины рабочего давления и выхода фильтрата).

В зависимости от состава исходной воды меняется и скорость образования на мембранах осадков (карбоната кальция, гидроокиси железа, коллоидных и взвешенных веществ, органических веществ). Программа дает прогноз снижения производительности установки с течением времени и изменения показателей качества фильтрата, что позволяет определить продолжительность работы установки до «проскока» нежелательных соединений в фильтрат. В табл. 1 дан пример определения показателей работы нанофильтрационной установки с мембранами марки NE-70.

Таблица 1. Сравнение показателей очистки воды, полученных по программе CSMPRO и в результате испытаний нанофильтрационных мембранных аппаратов NE4040-90.

Ионы	Содержание ионов в фильтрате (Ф) и концентрате (К), мг/л
	Исходная вода	Расчет по программе CSMPRO				Экспериментальные данные
		Выход фильтрата 50%		Выход фильтрата 75%		Выход фильтрата 50%		Выход фильтрата 75%
		Ф₁	К₁	Ф₂	К₂	Ф_э1	К_э1	Ф_э2	К_э2
Са²⁺	60	0,59	11,99	0,73	242,4	8	110	24	168
Mg²⁺	12	0,12	23,9	0,15	47,8	3,2	20,8	4,6	30
Na⁺	23	3,56	42,63	4,53	79,84	11,5	25,3	18,4	36,8
Cl^–	17	2,74	32,8	3,49	61,4	8,75	25	12,6	43,7
SO₄^2–	48	0,47	95,9	0,59	193,9	12,0	91,84	16,8	139,2
HCO₃^–	244	61,88	427,8	80,12	748,4	79,3	378,2	158,6	512,4
NH₄^–	9	2,64	15,42	3,44	26,11	4,2	13,8	4,3	23
Fe²⁺	0,3	0	0,6	0	1,22	0,19	0,49	0,12	0,9
F^–	0,4	0	0,8	0	1,62	0,05	0,75	0,16	1,29

С помощью разработанной программы можно получить технологическую инструкцию по эксплуатации установки (определить время работы до проведения профилактических мероприятий и количество используемых реагентов), а также определить величину эксплуатационных затрат. Пример определения технологических показателей установки нанофильтрации показан на рис. 8. В зависимости от состава исходной воды и выбранного (рекомендуемого) типа мембран, программа рекомендует использование ингибиторов осадкообразования и моющих растворов, а также дозы, расходы реагентов и периодичность промывок. Для установок средней и большой производительности (1 – 100 м³/ч) используются реагенты фирмы «Траверс» [11], а для компактных малых систем – патроны-дозаторы с сухим ингибитором и «классические» моющие реагенты – лимонная кислота и трилон-Б [17].

Результаты расчетов технологических показателей работы мембранных установок можно эффективно использовать при оценке эксплуатационных затрат для разных случаев их применения, что особенно важно при экономическом сравнении различных технологий.

На рис. 9 показаны примеры оптимизации эксплуатационных затрат (выбора оптимальной величины выхода фильтрата при обработке водопроводной воды и артезианской воды с высокой жесткостью).

Выводы

1. Для прогнозирования состава очищенной воды специально разработана программа, позволяющая в зависимости от величины рабочего давления и выхода фильтрата для воды исходного состава позволяющая прогнозировать ионный состав очищенной воды, а также показатели, как цветность и окисляемость.

2. Важным обстоятельством при использовании нанофильтрации является бóльшая надежность работы мембранных аппаратов с точки зрения «стойкости» к образованию в них осадка карбоната кальция.

3. Использование нанофильтрационных мембран с низкой величиной селективности позволяет уменьшить осадкообразование карбоната кальция и продлить срок безостановочной работы установки.

Рис 1-9

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Первов А.Г., Ефремов Р.В., Андрианов А.П., Макаров Р.И. (2004). Оптимизация использования процесса нанофильтрации при подготовке воды питьевого качества. Критические технологии. Мембраны, 3 (23), 3-13.

2. Abdul Wahab Mohammad, Mohd Sobri Takriff. (2003). Predicting flux and rejection of multicomponent salts mixture in nanofiltration membranes. Desalination, 157, 105-111.

3. Thanuttamavong M., Oh J.I., Yamamoto K., Urase T. (2000). Comparison between rejection characteristics of natural organic matters and inorganic salts in ultra low pressure nanofiltration for drinking water production. Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, France, 3-6 October 2000. Vol.1, 269-282.

4. Ventresque C. et al. (2000). An outstanding feat of modern technology: the Meru-Sur-Oise Nanofiltration Treatment Plant (340 000 m³/d). Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, 3-6 October 2000. Vol.1, 1-16.

5. Первов А.Г., Андрианов А.П., Козлова Ю.В., Мотовилова Н.Б. (2007). Новые технологии обработки поверхностных вод с применением нанофильтрации. Водоснабжение и сан. техника, 5, 9-13.

6. Первов А.Г., Андрианов A.П., Спицов Д.В., Кондратьев B.В. (2007). Разработка новых технологий и аппаратов на основе метода нанофильтрации для систем водо- и теплоснабжения городских зданий. Сантехника, 3, 12-18.

7. Юрчевский Е.Б., Первов А.Г., Андрианов А.П. (2006). Изучение процесса формирования осадков взвешенных, коллоидных, органических и кристаллических веществ на поверхности мембран и пути увеличения срока работы мембранных систем до химической промывки. Энергосбережение и водоподготовка, 3(41), 3-6.

8. Первов А.Г., Бондаренко В.И. (2005) Установки обратного осмоса в схемах подготовки воды для паровых котлов. Водоснабжение и сан. техника, №7.

9. Бондаренко В.И., Первов А.Г. (2006) Эколого-экономические аспекты применения мембранных методов в процессах очистки природных вод. Водоснабжение и сан. техника, 5, 21-24.

10. Первов А.Г., Андрианов А.П., Спицов Д.В. (2007). Новые горизонты применения мембран обратного осмоса и нанофильтрации. Сантехника, 6, 20-26.

11. Первов А.Г., Рудакова Г.Я. (2007). Программа технологического расчета систем обратного осмоса и нанофильтрации с использованием сервисных реагентов серии АМИНАТ. II конференция «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования» ГК «Измайлово», Москва, 22 – 24 мая 2007 г. Материалы конференции.

12. Макаров Р.И., Первов А.Г., Андрианов А.П. (2002). Прогноз качества воды, обработанной с помощью нанофильтрационных мембран ОПМН. Критические технологии. Мембраны, 15, 3-9.

13. Pervov Alexei G., Melnikov Andrey G. (1991). The determination of the required foulant removal degree in RO feed pretreatment. IDA world conference on Desalination and Water reuse August 25-29, 1991, Washington. Pretreatment and fouling.

14. Pervov A.G. (1999). A simplified RO process design based on understanding of fouling mechanisms. Desalination, 126, 227-247.

15. Первов А.Г., Андрианов А.П., Ефремов Р.В., Козлова Ю.В. (2005). Новые тенденции в разработке современных нанофильтрационных систем для подготовки питьевой воды высокого качества: обзор. Критические технологии. Мембраны, 1(25), 18-34.

16. Первов А.Г., Ефремов Р.В., Макаров Р.Н. (2004). Разработка компьютерной программы для оптимизации работы установок нанофильтрации при получении качественной питьевой воды. Всероссийская научная конференция «МЕМБРАНЫ-2004», 4-8 октября 2004 г., Москва. Тезисы докладов, стр. 37.

17. Первов А.Г. (2003). Разработка нового ингибитора в твердом виде и компактных дозирующих устройств для предотвращения отложений в установках обратного осмоса и системах теплоснабжения. «Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования». Москва, 25-27 июня 2003 г. Материалы конференции.