Обессоливание воды: назначение, методы и схемы установок

Обессоливание воды: назначение, методы и схемы установок

Фильтры H-катионирования, OH-анионирования

Фильтры смешанного действия

Для начала разделим два понятия: «опреснение воды» и «обессоливание воды», которые часто путают.
Под опреснением воды обычно понимается процесс снижения содержания солей в воде (общего солесодержания) до норм, указанных СанПиН 2.1.4.1074-01, т.е. до 1000 мг/л.
Обессоливание воды – это процесс снижения общего содержания солей до значений, рекомендованных для дистиллированной воды (ГОСТ 6709-96) и ниже, т.е. до 5 мг/л и ниже. И если опреснение используется для получения воды питьевого качества из морской или солоноватой вод, то обессоливание применяется для получения чистой и ультрачистой воды для фармацевтики, медицины, микроэлектроники, теплоэнергетической, химической и других отраслей промышленности.
Существующие методы опреснения и обессоливания воды подразделяют на две основные группы: с изменением и без изменения агрегатного состояния воды.
К первой группе относят: дистилляцию, нагрев воды до критического состояния (до 350 о С), замораживание, газогидратный метод, а ко второй группе – ионный обмен, электродиализ, обратный осмос (гиперфильтрацию), электродеионизацию.
Выбор метода обессоливания, прежде всего, обусловлен качеством исходной воды, требованиями к качеству обработанной воды, производительностью установки и технико-экономическими соображениями ( см. диаграмму ).
Как видно из диаграммы стоимость обессоливания воды ионным обменом сильно возрастает с увеличением общего солесодержания. При этом степень обессоливания воды уменьшается. Потому обессоливание воды методом ионного обмена целесообразно проводить для вод, имеющих исходную степень минерализации 800 – 1000 мг/л. При более высокой минерализации более выгодными экономически становятся методы дистилляции и обратного осмоса. Надо отметить, что указанное выше заявление априорно. При выборе метода обессоливания необходимо рассматривать все аспекты и экономические, и экологические, и технические.

Термические методы обессоливания воды

Старейшими методами получения обессоленной воды (дистиллята) являются термические методы – перегонка, дистилляция, выпарка.
Основой процесса является перевод воды в паровую фазу с последующей ее конденсацией. Для испарения воды требуется подвести, а при конденсации пара – отвести тепло фазового перехода. При образовании пара в него наряду с молекулами воды переходят и молекулы растворенных веществ в соответствии их летучестью.
Важнейшим преимуществом данного метода являются минимальные количества используемых реагентов и объем отходов, которые могут быть получены в виде твердых солей.
Тепловая и экономическая эффективность метода определяется режимом испарения и степенью рекуперации тепла фазового перехода при конденсации пара.
По характеру использования дистилляционные установки подразделяются на одноступенчатые, многоступенчатые и термокомпрессионные.
Наибольший интерес представляет использование выпарных установок в сочетании с ионообменными и реагентными схемами. В этих условиях возможно оптимизировать расход реагентов, тепла и решить как экономические, так и экологические проблемы.

Обессоливание воды ионным обменом

Наиболее часто обессоливание воды производят ионным обменом. До некоторых пор ионным обмен считался наиболее отработанным и надежным методом обессоливания воды.
Частичное обессоливание воды происходит при ее умягчении методами Н-Na-катионирования, Н-катионирования с голодной регенерацией, Н-катионирования на слабокислотном катионите. В этих процессах происходит извлечение солей жесткости и частичная их замена на катион водорода, который разрушает бикарбонат-ионы с последующим удалением образовавшегося газа из воды. Степень обессоливания соответствует количеству удаленного СаСО₃.
При глубоком обессоливании из раствора удаляются все макро – и микроэлементы, т.е. соли и примеси. Степень очистки раствора по каждому макроэлементу (катиону и аниону) зависит от степени их сродства к данному иониту, т. е. от расположения в рядах селективности. Подбирая иониты, степень их регенерации и количество ступеней очистки, можно добиться необходимой глубины очистки воды практически любого исходного состава.
Обессоливание может проводиться в одну, две, три ступени или смешанным слоем ионитов. В каждой ступени раствор последовательно очищается сначала на катионите в Н-форме (при этом извлекаются все находящиеся в растворе катионы), а затем на анионите в ОН-форме (процесс ОН-анионирования).
Более глубокое извлечение анионов может протекать только на сильноосновных анионитах.
Высокую степень очистки можно обеспечить в одном аппарате со смесью катионита в Н-форме и анионита в ОН-форме, т. н. фильтре смешанного действия. В этом случае отсутствует противоионный эффект, и из воды за один проход через слой смеси ионитов извлекаются все находящиеся в растворе ионы. Очищенный раствор имеет нейтральное рН и низкое солесодержание, примерно в 5-10 раз ниже, чем на одной ступени ионного обмена. Допускается работа с очень высокими скоростями очистки раствора, зависящими от его исходного солесодержания.
После насыщения ионитов для их регенерации смесь необходимо предварительно разделить на чистые катионит и анионит (они, как правило, имеют некоторое различие по плотности). Разделение может производиться гидродинамическим методом или путем заполнения фильтра концентрированным 18%-ым раствором щелочи.
Из-за сложности операций разделения смеси ионитов и их регенерации такие аппараты используются в основном для очистки малосоленых вод, например, контурных, для глубокой доочистки воды, обессоленной на раздельных слоях ионитов либо обратным осмосом. То есть в тех случаях, когда регенерация проводится редко, либо иониты применяют для получения сверхчистой воды с сопротивлением, близким к 18 МОм/см, в энергетике и микроэлектронике – там, где никакие другие способы не могут обеспечить заданное качество.
При обессоливании воды ионным обменом пропорционально солесодержанию питающей воды растут объем ионитов и оборудования, а также расход реагентов, т. е. капитальные и эксплуатационные затраты. Даже при оптимально организованной регенерации (противоток) с минимальным избытком реагентов, применяемых для регенерации ионитов, в сточные воды поступают извлеченные соли и использовавшиеся реагенты в соотношении 1,1:1 – 2, 0:1 к исходному количеству солей. Следует учитывать, что эти соли находятся в небольшом объеме регенератов, соответственно, в высокой концентрации. Прямой сброс таких отходов запрещен, т.к. регенераты, как правило, имеют значение рН отличное от нормативов, что требует дополнительных затрат на их нейтрализацию. Чаще всего используется метод разбавления регенератов другими стоками с низком солесодержанием и значением рН близким к нейтральному. Кроме того, очень часто при проектировании канализационных сетей, отводящих стоки от установок ионного обмена, забывают о промывных водах, которые, как правило, трудно направить в голову технологического процесса для последующей обработки.

Обратный осмос и нанофильтрация

Извлечение растворенных веществ из воды может производиться мембранными методами. При этом степень обессоливания воды определяется селективностью мембран. Обычно при обессоливании воды рассматривают два метода мембранного разделения: нанофильтрация и гиперфильтрацию (обратный осмос).
При нанофильтрации достигается частичное обессоливание воды (более точно умягчение воды), т.е. почти полное удаление солей жесткости (солей кальция и магния) совместно с двухзарядными анионами и частично – однозарядными катионами натрия и калия и анионами хлора.
Более полное обессоливание обеспечивает высоконапорный и низконапорный обратный осмос (гиперфильтрация). В этом случае эффективность обессоливания обеспечивается по всем компонентам (катионам и анионам). Подробное описание обратноосмотического метода обессоливания воды можно посмотреть на следующей странице нашего сайта, также в статье (“Обратный осмос. Теория и практика применения”), посвященной этому методу.
Суммарная степень обессоливания зависит от катионного и анионного состава воды и ориентировочно составляет: для нанофильтрации 50 – 70%, для низконапорного обратного осмоса 80 – 95%, для высоконапорного 98 – 99%.
В обратном осмосе производительность мембранных элементов, расход энергии и, соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты незначительно зависят от солесодержания. При обратном осмосе количество солей в стоках близко к их количеству в питающей обратноосмотическую установку воде. Сброс воды после установок обратного осмоса (концентрат) имеет солесодержание в 2,5 – 4,0 раза большее, чем исходная вода, как правило, 1 – 2 г/л. Состав концентрата в стехиометрическом соотношении аналогичен составу исходной воды. Это дает возможность проводить сброс сточных вод (концентрата) без дополнительной очистки.
Однако при эксплуатации установок обратного осмоса дополнительным источником загрязнений в сбросах являются составы для химической промывки мембран обратного осмоса. Правда, суммарное количество невелико по сравнению с теми количествами, которые используются для регенерации ионообменных смол.

Сравнительная характеристика перечисленных выше методов обессоливания воды (преимущества и недостатки каждого из них) приведены в следующей таблице («Сравнительная характеристика методов обессоливания (деминерализации) воды»).
Таким образом, в настоящий момент наилучшие экономические, экологические и технологические показатели будет иметь комбинированные схемы водоподготовки, когда первая стадия обессоливания воды осуществляется обратным осмосом, а более глубокая доочистка воды – ионным обменом или электродеионизацией (в случае использования на первой стадии двухступенчатого обратного осмоса). Такая схема позволяет сократить по сравнению с «чистым» ионным обменом расход реагентов и объем сброса в канализацию вредных веществ (примерно в 10 – 15 раз) при достижении высокого качества очистки воды. Именно такой вариант наиболее часто используют при проектировании и строительстве новых и реконструкции старых технологических схем производства ультрачистой (деионизованной) воды для энергетики, электроники и медицины в России и за рубежом.

Обессоливание и опреснение воды

Под обессоливанием воды понимают процесс снижения содержания растворенных в ней солей до требуемой величины прокаленного растворенного остатка.

Различают частичное и полное обессоливание. Частным случаем обессоливания воды является опреснение , в результате которого величина солесодержания в очищен­ной воде не превышает 1000 мг/л.

Полное обессоливание обеспечивает получение в процессе обработки воды, близ­кой по качеству к дистиллированной, используемой в большинстве случаев для питания барабанных и прямоточных паровых котлов ТЭЦ и ГРЭС.

К наиболее распространенным методам обессоливания воды относятся: ионный обмен, электродиализ, обратный осмос и дистилляция. Выбор метода обессоливания определяется производительностью установки, качеством исходной и очищенной воды и осуществляется на базе технико-экономического сравнения вариантов. Ориентировоч­но, при общем солесодержании воды до 1,5-2 г/л, рекомендуется применять ионообмен­ный метод, 1,5-15 г/л – электродиализ или обратный осмос, более 10 г/л – дистилляцию и до 40 г/л – обратный осмос.

Ионообменный метод обессоливания воды основан на способности ионитов обме­нивать ионы Н + и ОН – , С0₃ 2- , НС0₃ – соответственно на катионы (Са 2+ , Mg 2+ и Na + ) и анионы (S0₄ 2- , Сl – , Si0₃ 2- ) растворенных в воде солей и реализуется путем последова­тельного пропуска обрабатываемой воды через Н-катионитовые фильтры:

H[K] + NaCl ↔ Na[K] + HCl,

и ОН, C0 ₃ или НС0₃ -анионитовые фильтры, в которых процесс обмена может быть представлен следующими уравнениями реакций:

[А] ОН + NaCl ↔ [А]Сl + Н₂0,

Схема установки для обессоливания воды

1 – Н-катионитовые фильтры; 2 – анионитовые фильтры; 3 – буферный Ыа-катионитовый фильтр; 4 – дегазатор; 5 – вентилятор; 6 – промежуточный бак; 7 – насос.

Схема установки для полного обессоливания воды с двухступенчатым катионированием и анионированием

1 – Н-катионитовые фильтры; 2 – анионитовые фильтры первой ступени (со слабоосновным ани­онитом); 3 – Н-катионитовые фильтры второй ступени; 4 – анионитовые фильтры второй ступени (с сильноосновным анионитом); 5 -дегазатор; 6 – вентилятор; 7 – бак для сбора частично обессо­ленной воды; 8 – насос.

Условия применения технологических схем обессоливания ионным обменом

Схема ионитового обессоливания воды

общее солесодержа- ние, мг/л

S0 2 _A + + Сl – , мг – экв / л

взвешен­ные веще­ства, мг/л

перманганат- ная окисляе- мость, мг0₂/л

общее солесо- держание, мг/л

кремнекис- лота, мг/л

Н-катионитовый фильтр, анионитовый фильтр со слабоосновным анионитом, дегазатор

I ст., анионитовый фильтр со слабоосновным аниони­том I ст., Н-катионитовый фильтр II ст., дегазатор; анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом

Трехступенчатая: дополни­тельно к двухступенчатой схеме фильтр со смешанной загрузкой из высококислот­ного катионита и высокоос­новного анионита (ФСД)

В зависимости от требований , предъявляемых к очищенной воде, раз­личают одно-, двух- и трехступенчатые схемы ионитового обессоливания воды. Кроме фильтров, являющихся основным оборудованием ионитовых установок, в состав по­следних входят дегазаторы для удаления избыточной углекислоты, баки для взрыхления катионитовой и анионитовой загрузки, бак для сбора воды после дегазатора, насосное и воздуходувное оборудование и реагентное хозяйство для обеспечения регенерации ио­нитовых фильтров. Вода, подаваемая на обессоливающие установки, должна быть пред­варительно очищена от механических примесей и органических веществ. При окисляе­мости воды более 7 мг 0 ₂/л в технологической схеме должно быть предусмотрено уст­ройство фильтра с активированным углем. Суммарное содержание в такой воде сульфа­тов и хлоридов не должно превышать 5 мг-экв/л.

Расчет Н-катионитовых фильтров I и II ступени производится по данным таблицы ранее аналогично, как и для водоумягчительных установок.

Технологические параметры Н-катионитовых фильтров

Высота слоя катионита, м

Полная обменная емкость по паспортным данным, г-экв/м 3 , либо при их отсутствии при загрузке фильтра:

Рабочая обменная емкость, г-экв/м 3

Скорость фильтрования, м/ч

-интенсивность подачи воды, л/с м 2

-продолжительность промывки, мин

-удельный расход серной кислоты, г-г/экв

-скорость фильтрования, м/ч

-концентрация регенерационного раствора, %

-при загрузке сульфоуглем

при загрузке катионитом КУ-2

-удельный расход отмывочной воды, м 3 /м 2 катионита

-продолжительность отмывки, мин

-продолжительность регенерации и отмывки, ч

Отмывку фильтров II ступени следует производить водой, прошедшей через анионитовые фильтры I ступени.

Воду от отмывки катионитовых фильтров II ступени следует использовать для взрыхления Н-катионитовых фильтров I ступени и приготовления для них регенерационного раствора.

Для анионитовых фильтров II ступени величину рабочей обменной емкости, г-экв/м 3 , определяют по формуле

Фильтр смешанного действия

1- подача обрабатываемой воды; 2- отвод обрабатываемой воды; 3 – подвод раствора щелочи; 4 – подвод раствора кислоты; 5 – подвод осветленной воды; 6- подвод сжатого воздуха; 7 – дренаж; 8- отвод воздуха.

Для обслуживания Н-катионитовых и анионитовых фильтров обессоливающих ус­тановок предусматривают устройство кислотного и щелочного (содового) хозяйства.

Для анионитовых фильтров в составе одноступенчатой схемы обессоливания реко­мендуется использовать в качестве реагента кальцинированную соду, гидрокарбонат на­трия или гидроксид натрия, а для фильтров в составе двухступенчатой схемы обессоли­вания возможно использование одного гидроксида натрия.

Технологические параметры работы фильтров ФСД

Скорость фильтрования, м/ч

Количество фильтров, шт, не менее

-удельный расход 100%-ной серной кислоты, кг, на 1 м 3 катионита

-удельный расход 100%-ного едкого натрия, кг, на 1 м 3 анионита

-удельный объем воды, тыс. м 3 , на 1м 3 смеси ионитов, профильтрованной через загрузку, при достижении которого следует предусматривать регенерацию ФСД

Подбор ионитов осуществляют таким образом, чтобы во влажном состоянии насыпная масса анионита была меньше, чем катионита.

Отмывку катионита следует сочетать с регенерацией анионита.

В состав щелочного хозяйства входят: бак для растворения твердого гидроксида на­трия или для приема раствора из контейнеров; цистерна для хранения запаса концент­рированного раствора гидроксида натрия; расходный бак раствора NaOH; мерник; на­сосное оборудование.

Схема щелочного хозяйства

1 – бак для растворения твердого едкого натра и для приема раствора едкого натра из контейне­ров; 2 – воронка для слива раствора едкого натра из контейнеров; 3 – подвод воды для растворе­ния едкого натра; 4 – насос; 5 – цистерна для хранения запаса концентрированного раствора ед­кого натра; 6 – сифон для заполнения цистерны; 7 – расходный бак раствора едкого натра; 8 – мер­ник; 9 – насос; 10 – насос-дозатор; 11 – трубопровод с водой, в котором образуется раствор едко­го натра; 12 – вакуум-насос; 13 – расходомер.

Вода, подаваемая на установки, должна характеризоваться следующими показате­лями: мутность – менее 0,3 мг/л; общее содержание гуминовых веществ (по перманганатной окисляемости) – не более 10 мг0 ₂ /л; железо (Fe 3+ ) – не более 0,05 мг/л.

Для обеспечения требуемого качества воды и предотвращения снижения произво­дительности вследствие забивания пор мембран взвешенными частицами, коллоидами и солями, выпавшими в осадок в процессе обессоливания, необходимо предусматривать предварительную обработку природных вод.

Выбор технологической схемы предподготоьки воды зависит от производительно­сти установки, источника водоснабжения, характеризующегося определенным составом примесей, и частично – от типа применяемых мембранных модулей.

Возможные варианты предподготовки воды рассмотрены ниже.

хлорирование → коагуляция → осаждение → фильтрование через зернистую за­грузку.

1. Вода повышенной жесткости:

известково-содовое умягчение → фильтрование через зернистую загрузку;

1. Вода с низким содержанием солей жесткости:

фильтрование через песчаную загрузку → фильтрование через цеолитовую загрузку.

В состав обратноосмотических установок, помимо мембранного аппарата, входят: насос; оборудование для предварительной и последующей обработки воды; баки для рас­твора и фильтрата; датчики и приборы автоматического управления и контроля; механи­ческий фильтр; соединительная и регулирующая арматура; элементы крепления и т.д.

Технологические характеристики существующих мембранных аппаратов для обратного осмоса, применяемых в водоподготовке, в частности для обессоливания и опреснения морских и солоноватых вод, приведены в таблице.

Технологические характеристики мембранных аппаратов

удельная поверхность мембран (плотность упаковки), м 2 /м 3

Аппарат с плоскокамерными фильтрующими элементами (ПФЭ)

Аппарат с трубчатыми фильтрующими элементами (ТФЭ)

Аппарат с фильтрующими элементами рулонного типа (РФЭ)

Аппараты с плоскими волокнами (ФЭВ)

20000-30000, наружный диа­метр волокон – 45-200 мкм

Основным элементом аппаратов для осуществления процесса обратного осмоса яв­ляются полупроницаемые мембраны (пористые и непористые), для получения которых используют различные материалы: полимерные пленки, стекло, металлическую фольгу и др.

Широкому промышленному использованию электродиализного метода мешает ряд ограничений эксплуатационного характера. К этим ограничениям относятся: «от­равление» анионообменных мембран органическими веществами, содержащимися в природных водах; «отравление» катионообменных мембран железом, марганцем, при­сутствующими в природных водах; выпадение в осадок карбоната кальция, гидрата оки­си магния и (реже) гипса в результате работы электродиализного аппарата в условиях поляризации; работа установки при предельных плотностях тока ниже оптимальных, что приводит к повышению себестоимости деминерализации воды; высокие капиталь­ные затраты и эксплуатационные расходы на отдельные компоненты промышленных электродиализных установок, включая заменяемые прокладки и мембраны.

Обработка воды производится в электродиализаторах – аппаратах, представляю­щих собой систему рабочих ячеек (дилюатных и рассольных камер), каждая из которых содержит мембраны противоположной полярности, разделенные лабиринтно-сетчатыми перегородками-прокладками или корпусными рамками с закладкой либо вваривае­мой сеткой. Прокладки и корпусные рамки с сеткой выполняют двойную функцию: на­правляют течение жидкости между мембранами и создают турбулентность потока, по­вышающую эффективность процесса.

Эта система находится между двух электродов, погруженных в электролит. Они поддерживают постоянное напряжение. На электродах происходит электрохимическая реакция, которая трансформирует электронный ток в ионный: ионы водорода Н + восста­навливаются на катоде до молекулярного водорода Н ₂ и выделяются в виде газа, а ионы гидроксила ОН – и хлор-ионы Сl – окисляются на аноде до хлора Сl ₂ и кислорода 0 ₂ и также выделяются в виде газов.

Для осуществления электродиализа требуется только электрический ток и незначи­тельное количество реагентов (кислоты, щелочи, фосфатов).

Перед электродиализными аппаратами необходима глубокая очистка воды от орга­нических веществ, соединений железа и других загрязнений. Очистка воды от взвешен­ных веществ осуществляется известными методами (коагуляцией, отстаиванием, филь­трованием, содоизвесткованием и др.). Особенно эффективно применение перед элек­тродиализными установками ультрафильтрации и фильтрования воды через специаль­ные фильтровальные патроны.

Принцип устройства электродиализной ячейки

1 – рассольная камера; 2 – камера обессоливания; 3 – анионообменная мембрана; 4 – катионообмен­ная мембрана.

На рисунке показана схема электродиализного аппарата. Камеры 1 и 2 образованы мембранами – анионооб­менными А и катионообменными К. Анионообменные мембраны пропуска­ют только анионы, катионообменные – только катионы. Катионы перемещают­ся по направлению электрического то­ка, поэтому они могут выйти из камер 2, проходя через катионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1, так как встречают анионообменные мембраны. Анионы перемещаются по направлению, противоположному на­правлению электрического тока; они тоже могут выйти из камер 2 , проходя через анионообменные мембраны, но не могут выйти из камер 1 , так как катионообменные мембраны преграждают им путь. Таким образом, камеры 2 получили название дилюатных, а камеры 1 , обогащающиеся солями, – рассольных.

На рисунках ниже представлены различные технологические схемы электродиа­лизных установок.

В состав таких установок входят ионитовые мембраны, получаемые из ионообмен­ных смол (ионитов). В зависимости от технологии изготовления различают гомогенные, гетерогенные и проточные мембраны.

Технологическая циркуляционная схема электродиализной установки

трубопроводы: I – исходной воды; II — дилюата; III — рассола; IV — промывного раствора; V — опресненной во­ды; VI – кислоты; VII – сжатого воздуха. 1 – фильтр предварительной обработки воды; 2 – мерник; 3 – бак ре­агента (кислоты); 4 – компрессор; 5 – фильтр с АУ; 6 – электродиализатор; 7-9 – насосы; 10 – рассольный бак; 11 – питательный бак.

Мембраны с селективной проницаемостью, используемые для электродиализа, со­держат ионогенные группы положительных ионов (анионообменные мембраны) или ионогенные группы отрицательных ионов (катионообменные мембраны). В электриче­ском поле в водном растворе анионообменная мембрана обеспечивает прохождение только анионов, а катионообменная мембрана – только катионов.

Технологическая прямоточная схема электродиализной установки

трубопроводы: I — исходной воды; II – дилюата; III — рассола; IV — сбросной воды; V — опресненной воды; VI – электрическая сеть. 1 – металлокерамический фильтр; 2 – выпрямитель; 3 – узел переполосовки; 4 – электродиалезный аппарат; 5 – фильтр с АУ; 6 – ротаметр

Мембраны должны обладать высокими селективностью, электропроводностью, диффузионным сопротивлением, достаточной механической прочностью и стойкостью по отношению к рабочей среде.

Ионообменные селективные мембраны выпускает небольшое число предприятий и фирм России, Японии, США и других стран. Изготавливают мембраны трех типов: гете­рогенные, гомогенные, биполярные. Характеристики отдельных мембран, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами, приведены в таблице.

Удельное поверхностное сопротивление в 0,1 н. растворе NaCl

Установки обессоливания воды

С каждым годом объемы пресной воды быстро сокращаются, а нехватка в ней растет. Это обусловлено антропогенным вмешательством в природные процессы, ростом населения и сильным загрязнением среды. Решать проблемы нужно уже сейчас. Применение установок для обессоливания воды – наилучший вариант решения вопроса нехватки пресной воды.

Что такое полное обессоливание воды

Воды из любого источника: водопровода, реки, грунтовых вод или океана, имеют в своем составе большое количество растворенных солей и часто не пригодны для использования в хозяйстве. Под процессом обессоливания воды из скважины подразумевают полное или частичное удаление минеральных солей из жидкости. Для морских и соленых вод применяют термин опреснение воды. Нормами СанПиН 2.1.4.1074-01 установлено максимальное солесодержание в питьевой воде на отметке 1000 мг/л. Для получения дистиллированной воды это значение не должно превышать 5 мг/л. В других различных процессах требуется вода и с более низким содержанием солей менее 1 мкСм/см.

Где необходимо применять установки обессоливания воды

Пресная вода нужна в различных областях экономики страны: для питьевого водоснабжения населения, в сельском хозяйстве, в химической и пищевой промышленностях, для санаториев и оздоровительных центров, в медицине, в микроэлектронике, для приготовления лекарств и т.д. Пресная вода должна отвечать строгим требованиям ГОСТов, СанПиНов, технических инструкций на предприятиях. Обессолить огромные объемы воды можно только с помощью профессионального оборудования для опреснения и обессоливания подземных вод и поверхностных источников.

Процессы обессоливания для получения воды с низкой электропроводностью широко применяется в фармацевтике, медицине, электронной промышленности и для многих других технологических процессов. Отдельно стоит упомянуть необходимость применения установок обессоливания воды на ТЭЦ. У паровых котлов очень жесткие требования к качеству подаваемой воды, поэтому требуется оборудования для получения обессоленной воды для ТЭЦ.

Как выбрать систему для обессоливания и воды

Выбор установки по обессоливанию воды зависит от нескольких факторов:

• Солесодержание в исходной воде;
• Требуемый объем очищенной воды в час/сутки;
• Необходимые показатели после системы получения обессоленной воды.

Также учитывается режим водопотребления, косвенные показатели, предпочтения клиентов и выделенный бюджет. В химическом анализе исходной воды должны быть представлены основные показатели, такие как мутность, цветность, запах, pH, жесткость, сухой остаток, содержание ионов, радиоактивное и бактериальное загрязнение.

Методы обессоливания пресной воды

Для небольшого объема воды применяются методы замораживания или выпаривания воды, однако они не способны гарантировать достижение нужных клиентам показателей. К основным методам подготовки обессоленной воды относят:

Каждый из методов имеет свои достоинства и находит практическое применение на производстве.

Обратноосмотическое обессоливание воды

В конце 20 века ученые открыли метод для обессоливания воды осмосом. Развитие мембранных технологий выделяет этот метод среди других, как наиболее эффективный и выгодный. Широкий модельный ряд установок обратноосмотического обессоливания воды позволяет применять эту технологию в любой сфере жизни. Непрерывный режим работы также позволяет использовать установки для получения обессоленной воды на любом производстве, где требуется круглосуточная подача подготовленной воды. Вода, подаваемая на обратноосмотическую установку для обессоливания воды, должна быть предварительно очищена и подготовлена.

Метод обессоливания воды обратным осмосом основан на мембранном разделении потока на очищенную воду и воду, где сконцентрированы все загрязняющие вещества. Специальные мембраны из синтетического волокна задерживают соли, взвешенные вещества, газы и микроорганизмы. После установки обессоленной воды поток на 99% очищается от всех примесей. Срок службы мембранных элементов достигает года при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании. Получения ультрачистой воды осуществляется на двухступенчатых обратноосмотических установках полного обессоливания воды.

Ионообменные фильтры обессоливания воды смешанного действия

Данный метод подготовки воды для обессоливания основан на работе специальных ионообменных смол – ионитов для обессоливания воды. Система обессоленной воды на основе ионообменных фильтров смешанного действия возможна в 2-х вариантах: один фильтр со смолой смешанного действия либо 2 фильтра, следующих друг за другом, со смолами в H+ и OH- форме.

В первом случае ионообменная смола задерживает все ионы и насыщается ими. После снижения эффективности в работе смолы и изменения показателей воды в худшую сторону требуется ее полная замена. Во втором случае, после насыщения фильтров аниона и катионами регенерация осуществляется с помощью реагентов: фильтр H+ – кислотным раствором, фильтр ОH- – раствором щелочи. Основными недостатками такого метода являются загрязнение окружающей среды промывными водами, большой расход реагентов и необходимость утилизации стоков после регенерации. Управление фильтрами для обессоливания воды осуществляется с помощью управляющих блоков, которые контролируют процесс работы и регенерации.

Промышленное обессоливание воды с помощью установки электродеионизации

Установка электродеионизации – эффективный метод мембранного обессоливания воды, основанный на пропускание потока через электрическое поле. Данная установка получения обессоленной воды состоит из 3 модулей: один блок для очищенной воды и два блока для рассола. Растворенные в воде вещества под действием электрического тока распределяются к полюсам и задерживаются на специальных мембранах. Отрицательно заряженные ионы идут к аноду, а положительно заряженные – к катоду. Вода в среднем отсеке имеет высокую степень очистки и может использоваться в микроэлектронике и медицине. Метод электродеионизации не получил широкого распространения за счет огромных энергозатрат на очистку большого объема воды.

Выбор оборудования для обессоливания воды – дело специалистов

Все вышеперечисленные методы обессоливания воды для производства напрямую зависят от исходного солесодержания, чем больше количество солей в воде, тем больше необходимо затратить энергии и ресурсов на ее очистку. С увеличением минеральных солей в воде возрастает расход реагентов, мембраны требуют частой химической промывки.

Если вам требуется очистить воду до нужных показателей, мы поможем правильно подобрать промышленную установку обессоливания воды. Для этого вам потребуется ответить всего на пару вопросов от наших специалистов и в ближайшее время система обессоливания воды будет у Вас. Узнать цену на установки обессоливания воды и сроки поставки можно обратившись к нашим специалистам.

Мы работаем по всей РФ, доставляем и монтируем станции обессоливания воды, а также осуществляем шеф-монтаж в любой точке страны (Москва, Санкт-Петербург, Сочи, Омск, Владивосток, Челябинск, Смоленск, Новороссийск, Ростов-на-Дону, Казань и т.д.).

Посмотреть наши контакты и оставить заявку Вы можете здесь.

Обессоливание воды

Содержание статьи

1. В каких областях необходимо обессоливание воды

При техническом, бытовом или промышленном использовании воды требуется соблюдение определенных регламентов. Потребляемая жидкость должна быть чистой, без посторонних примесей, вкуса и запаха. Неочищенная вода, используемая из скважин или водоемов, имеет в своем составе много непригодных загрязнений. Как и принципе любой источник воды. Одним из них являются солевые соединения. Удаление солевых отложений также необходимо при использовании морской воды. По нормам содержание соли в пресной воде не должно превышать 1 грамма на литр. Удаление соли – один из способов очистки воды, именуемый также деминерализацией или опреснение. Обессоливание необходимо в бытовом сегменте. Употреблять неочищенную воду крайне не рекомендуется, из-за негативного влияния на здоровье. В минимальной концентрации соленая вода даже полезна, но излишки солей жесткости ведут к разрушению организма. Кроме медицинского фактора существуют и технические рекомендации. Вода, насыщенная солями, разрушает трубы, подвергая их коррозии. Что ведет к их быстрому изнашиванию. На производстве нормы качества воды еще выше. Все сферы промышленности используют воду в технических целях и при изготовлении или обработке продукции. Обессоливание необходимо на химических и энергопредприятиях. По сути, чистая вода нужна всегда во всех сферах производства и в быту.

Рис. 1 – Станция по обессоливанию морской воды для водоснабжения города в Израиле

2. Методы обессоливания воды

Существуют несколько методов очистки воды от солевых отложений. Каждый из них применим в определенном сегменте и имеет плюсы и минусы.

2.1 Обессоливание воды «выпариванием»

Самый общеизвестный метод обессоливания – с помощью нагрева. На профессиональном языке называется дистилляция. Чаще всего этот метод применяют промышленные предприятия, где необходимо снижать соленость стоковых вод. Используется на производстве при обессоливании большого количества воды. Очищенная таким способом вода не пригодна для питья. Сам метод обработки состоит из нескольких стадий:

1. Выпаривание. Необходимо вскипятить воду. По законам физики часть воды превращается в пар, растворяя часть солевых отложений.
2. Охлаждение. Пар охлаждают, и он переходит на следующую ступень очистки.
3. Утилизация осадков.

Сочетание термического метода с другими дает высокую эффективность. Зачастую совмещение нескольких способов выпаривания дает экономический эффект в ближайшее время использования.

1. Технология очень проста и не требует больших материальных вложений и покупки дорогого оборудования.
2. Быстрое удаление любого количества соли
3. Минимальное количество солевых осадков после выпаривания.
4. Можно не использовать реагенты, которые ухудшат состав воды и негативно влияют на экологию.

1. Устраняется большая часть солей, но не вся
2. Устаревший способ
3. Не делает очищенную воду пригодную для питья.

И все же термический метод обработки, на сегодняшний день, является одним из самых применяемых, благодаря своей неприхотливости.

2.2. Обессоливание воды обратным осмосом

Еще один популярный способ – обессоливание или опреснение воды методом обратного осмоса. Сама суть очистки – пропускание концентрированной солями толщи воды в более концентрированную, через мембрану. Нагнетание происходит посредством давления. Применяется метод в особых установках. При этом происходит полное очищение воды от соли и загрязнения. Используется способ на производстве и в хозяйственных нуждах. Воду прогоняют под давлением через полупроницаемую мембрану. Для морской воды давление повышают. Для очищения воды её температура не повышают. Промышленные установки обратного осмоса для обессоливания воды включают в себя предварительную систему подготовки, насос, фильтр для финишной очистки и два блока модулей и промывки.

Рис. 3 – Схема механизма обессоливания обратным осмосом

1. Полная очистка воды от солей и других примесей.
2. Возможность использования как питьевой.
3. Отсутствие реагентов

1. Дорогостоящее оборудование.
2. При сильной солености воды необходимо периодически менять фильтры.
3. Расходы на электроэнергию.

Несмотря на высокую стоимость установок, метод обратного осмоса является самым современным и востребованным. Ведь благодаря ему можно не только сделать воду пресной, но и убрать вредные вещества, сделав воду пригодной для питья. Метод применяется в пищевой промышленности, где очень высокие стандарты качества используемой воды.

Рис. 4 – Установка обратного осмоса “Вагнер-5000” в блочно-модульном исполнении для обессоливания воды

2.3. Другие методы обессоливания воды

Существует еще несколько способов обессоливания.

Мембранный метод. Частично соединяет в себе термическую обработку и обратного осмоса. Емкость разделена на две части мембраной. Воду нагревают и пропускают через мембрану. На ней остаются все осадки, а очищенный пар оседает в следующей части емкости. Из преимуществ можно выделить быстроту такой очистки. Из недостатков – расход электроэнергии на нагрев воды.

Ионообменный метод. Экономичный способ. Возможно произвести поверхностную или глубокую очистку. В первом случае молекулы соли заменяются водородом и происходит смягчение воды. Во втором случае удаляются солевые отложения и все другие примеси. Весь процесс проводится в несколько этапов, на которых применяют разные реагенты. Сброс осадков от такой очистки запрещен. Необходимо смешение отходов очистки со стоковыми водами. Такая предосторожность необходима по экологическим показателям, потому что используется большое количество разных реагентов. Преимущества данного метода в его экономичности и полном очищении воды. Возможность быстрой очистки даже если состав резко изменился. Однако, недостатки в применении большого количества химических веществ и создании определенных условий для утилизации отходов.

Рис. 5 – Схема умягчения (снижения солей кальция и магния) методом ионного обмена

Мембранный способ. Электродиализ. В этом методе также участвует мембрана. Воду наполняют ионами электролита и пропускают через систему фильтрации под действием тока. Удаляются только часть солевых отложений, происходит незначительное смягчение воды. Преимущества в качественной очистке, минимальные материальные расходы. Из недостатков – неполное удаление соли.

3. Сравнение эффективности и затратности различных методов обессоливания воды

Каждый из вышеприведённых методов обессоливания воды имеет свои преимущества и недостатки. Важную роль играет качество и объем очищенной воды. Если необходима техническая вода, то нет смысла устанавливать допустим, ионную установку. На пищевых и фармацевтических предприятиях высокие требования и применение мембранного метода им не подходит. В данном случае целесообразно использовать другой метод.

Таблица1. Сравнение методов обессоливания воды.

Мембранный способ (с применением мембран)

Очищение от всех солей;

Очищение от других видов примесей (органики);

Низкие финансовые затраты на 1 литр обессоленой воды;

Минимальное использование реагентов;

Перед очисткой необходима предварительная подготовка воды;

Значительный расход воды в дренаж;

Контроль давления и других параметров процесса осмоса;

Очищение от солей кальция и магния;

Относительно низкая стоимость оборудования;

Использование большого количества соли для регенерации смолы;

Необходимость специально оборудованного стока для утилизации осадков;

Очистка в основном от солей кальция и магния;

Высокие требования к настройкам;

Относительная простота метода;

Очистка от газа;

Очищение воды с большим; содержанием солевых отложений;

Большое потребление электроэнергии на нагрев;

Некоторые циклы долго идут по времени, низкая производительность дистилляторов методом выпаривания.

Указанные в таблице сведения общие. Для каждого конкретного примера специалисты просчитывают все основные условия. Например, электростанция у моря позволяет использовать электроэнергию значительно меньше и дешевле. На автономных предприятиях не нужна постоянная очистка воды. Там применяется разовая. Промышленное обессоливание предполагает наличие нескольких методов очистки. Сначала удаляются механические загрязнения. Затем проводится мембранная очистка или дистилляция. И в заключении идет ионная обработка. Если правильно настроить работу каждого этапа получится быстро и экономически выгодно выводить соли из воды превращая ее в питьевую.

Для подбора оптимального метода и установки обессоливания воды Вы можете обратиться к специслистам нашей компании и мы обязательно Вам поможем.

В заключении приводим видео монтажа умягчителя воды, который используется для обессоливания воды от солей кальция и магния

Установки обессоливания воды

Пресной воды на земле, как известно, не так уж много. Мало того, что запасы невелики, так они еще и исчерпаемы. В таких суровых условиях, человечеству пришлось задуматься над тем, как получить качественную питьевую воду другим способом. Так появились первые мысли о том, чтобы использовать морскую воду. И отсюда берут свое начало установки обессоливания воды.

Обессоливание и опреснение

По сути можно сказать, что и то и другое понятие является синонимами одного процесса – устранения из воды излишка солей различными технологическими методами. На сегодня, технический процесс ушел настолько вперед, что получить пресную воду из морской, можно самыми разными методами. На благо человечества трудятся и электродиализ, и мембранные технологии и даже ионный обмен. Но у каждого метода, как и у каждой установки обессоливания воды есть свои плюсы и минусы. С ними можно ознакомится ниже.

Возможность получить очень чистую воду

Отличная работа даже при перепадах качества исходной воды

Экономный расход воды

Минимальные вторичные отходы

Большое количество вредных химикатов, их высокая стоимость

Постоянные расходы на фильтрующие элементы

Проблемы с утилизацией отходов и восстановлением фильтрующих частей

Вода, по любым заданным параметрам без особых усилий

Малые расходы на обслуживание

Нет очень вредных реагентов в работе

Подготовка воды к работе

Большие затраты на обслуживание

Большой расход воды в процессе работы прибора

Высокие затраты на электроэнергию

Почти без химикатов

Отличное качество по взвесям

Избыточное тепло можно применить еще на что то

Затраты на топливо

Затраты на предочистку

Большие затраты на последующее обслуживание(Чистки поверхностей и т.п.)

Каждый метод обессоливания имеет своих почитателей. Для разных отраслей промышленности, да и для бытового использования есть варианты наиболее подходящие. Тем более, что часто главенствуют над всеми преимуществами и недостатками деньги.

Но лучше всего со всех сторон себя показывают мембранные установки обессоливания воды. Благодаря очищению воды на микронном уровне из воды устраняются практически все соли. Это дает возможность менять мембранные фильтры и получать разную по качеству воду. Не зря ведь установку массово используют и в лабораториях и дома под мойкой.

Вариации установок

О параметрах все сказано, теперь можно изучить непосредственно сами установки обессоливания. На сегодня можно встретить на прилавках самые разные приборы и не только для устранения соли.

Процесс обессоливания называют не только опреснением, но еще и деионизацией. Кстати в этом секрет и состоит. Обессоливание – это уменьшение вообще солей в воде, а опреснение устранение морских солей, то есть подразумевается работа именно с солоноватой на вкус водой.

Любая установка опреснения воды – если говорить простыми словами, то это работа катионита и анионита. Проектировали такие приборы после многочисленных опытов с отбором водных проб и пропуска их через анионно-катионные системы.

Итак, ниже рассмотрены три варианта обессоливания ионообменными приборами:

Частичное устранение солей работает на взаимодействии катионита и анионита. Это два ионообменных аппарата. Если после прохождения чистки в воде еще остались газы, то в таком приборе есть еще и дегазатор. Недостатком установки является остаточный кремний, который при очистке из воды не устраняется. Здесь выпускают воду для котлов, иногда для производственных нужд.

Соответственное полное устранение – это полное устранение, в том числе и кремния. Чтобы сделать меньше поток ионов от катионита к аниониту, между ними устанавливают дегазатор. Получается вода у такой установки с глубоким обессоливанием.

Прибор смешанного типа, представляет собой установку, где смолы перемешиваются между собой. Для восстановления таких препаратов, потом приходится прибегать к гидравлическому рыхлению. В процессе более тяжелый катионит оседает внизу, а более легкий анионит сверху. После этого восстанавливают и тот и другой слой, но по отдельности. Такая установка дает воду с очень высоким качеством. Только вот степень минерализации воды на входе должна быть невысокой, чтобы прибор сработал, как часы.

Обратноосматические приборы работают стандартно. То есть мембрана и давление, которое проталкивает воду обратно через мелкие поры. Требует в этом случае подготовки исходная вода, т.к. мембраны очень нежные субстанции и легко портятся. Зато качество воды в этом случае ни с чем не сравнимо. Но правда, оно может быть слишком высоким. Это играет злую шутку, т.к. для приведения воды в состояние «питьевая вода» придется восстанавливать минеральный баланс. И это тоже затраты.

Термическая же обработка, это обычное кипячение. Все соли осядут на поверхностях и потом их придется убирать вместе с солями жесткости. Это и труд неблагодарный, и затраты ненужные. В общем, термический метод – это прошлый век, который сегодня почти не применяется.

Катионит КУ-2-8чС в установках обессоливания воды.

Обессоливание воды – процесс уменьшения содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминирализацией. Для морских и засоленных (солоноватых) вод такой процесс называют опреснением. Качество обессоленной воды в установках обессоливания воды в первую очередь зависит от интенсивности регенерации катионита.

Действительно, любой проскок ионов в катионите приводит к образованию на анионите свободного основания NaOH. Следствием этого явления будет утечка диоксида кремния из анионита.

Таким образом, линия заключительной очистки установки обессоливания воды обязательно должна содержать катионит и анионит, размещенные по методу раздельных или смешанных слоев. Проектирование установки проводится после тщательных расчетов и отбора проб воды. Такой принцип реализован в деминерализаторе воды.

Установка частичного обессоливания воды

Установка обессоливания воды по принципу катионит КУ-2-8 + анионит АВ-17-8 включает два последовательно функционирующих аппарата ионного обмена, один из которых загружается сильнокислотным катионитом КУ-2-8 (регенерируемымсильной кислотой, а второй — анионитом АВ-17-8, регенерируемым каустической содой. Если после прохождения установки обессоливания воды карбонатная кислотность не превышает допустимого уровня, то обработанная вода может использоваться в том виде, в котором ее получают. В противном случае воду следует дегазировать в аппарате-удалителе СО 2 , устанавливаемом в установке обессоливания воды перед анионообменником или после него. Минусом установки частичного обессоливания воды можно назвать то, что в обработанной воде сохраняется весь диоксид кремния, присутствовавший в ней до обработки. Если вода подвергалась дегазации, то содержание углекислоты составит примерно 10-15 мг/л. В зависимости от принятой степени регенерации катионита КУ-2-8 удельная проводимость воды может изменяться от 2 до 20мкСм/см. После удаления С02 величина рН воды составит 6-6,5. На подобных установках водоподготовки получают воду для котлов среднего давления, а также для некоторых производственных процессов.

Установка полного обессоливания воды

В установках обессоливания воды этого типа при полном обессоливании удаляются все ионы, включая диоксид кремния. В большинстве случаев оказывается полезным уменьшать поток ионов, направляемых на анионит, для чего в установке обессоливания воды компонуют между анионо- и катионообменником устанавливают аппарат-удалитель СО2. Это позволяет снизить используемый объем сильноосновного анионита АВ-17-8чС и, следовательно, расход реагента для его регенерации. На выходе из установки обессоливания воды получается глубоко обессоленная вода, имеющую удельную проводимость от 1 до 10 мкСм/см, содержание кремнезема от 0,05 до 0,5 мг/л и величину рН от 7 до 9. Такая схема установки обессоливания воды наиболее проста, и она позволяет получать обессоленную воду, пригодную для использования по самым разным назначениям.

Установка обессоливания воды смешанными слоями

От рассмотренных ранее установок обессоливания воды данный тип отличается главным образом тем, что сильнокислотный катионит КУ-2-8чС и сильноосновный анионит АВ-17-8чС (ООО “СМОЛЫ”) помещены в один аппарат. Смесь продуктов подвергают тщательному перемешиванию. Зерна смолы, лежащие рядом друг с другом, могут рассматриваться как бесконечное множество последовательно соединенных катионитов и анионитов (рис.1).Для осуществления регенерации ионообменные смолы подвергают гидравлическому разделению в ходе разрыхления ионообменного слоя. Более легкая анионообменная смола – анионит АВ-17-8чС оказывается наверху, тогда как более тяжелый катионит КУ-2-8чС погружается вниз. После разделения ионообменных смол в установке обессоливания воды каждая из них регенерируется по отдельности (анионит АВ-17-8чС – каустической содой и катионит КУ-2-8чС – сильной кислотой). Избыток регенерирующего реагента затем удаляют путем промывки каждого слоя. После частичной разгрузки аппарата смолы перемешивают сжатым воздухом. Затем завершают промывку, после чего установка обессоливания воды готова к новому рабочему циклу.

Преимущества метода установки обессоливания смешанных слоев по сравнению с вариантом раздельных слоев заключаются в следующем:

— получение воды очень высокой чистоты с сохранением ее качества в течение всего рабочего цикла (удельная проводимость менее 0,2 мкСм/см, содержание диоксида кремния ниже 10 мкг/л);

— значение рН, близкое к нейтральному. Установки обессоливания воды со смешанным слоем могут использоваться для прямой обработки воды при условии невысокого уровня ее минерализации (вода после предварительной обработки обратным осмосом или дистилляцией, конденсированная вода, оборотная вода бассейнов дезактивации и т. п). Один-единственный ионообменник со смешанным слоем способен заменить целую линию аппаратов с раздельным слоем. Однако наиболее часто такие ионообменники применяют для доочистки воды, и в таких случаях их регенерацию производят через каждые 5-10 циклов первичной очистки, что объясняется низким ионным содержанием обрабатываемой ими воды.

Контроль установки обессоливания воды

Контроль над функционированием установки обессоливания воды заключается главным образом в измерении показателей воды:

— удельной проводимости воды на входе установки обессоливания воды (или удельного сопротивления);

— содержания диоксида кремния;

— концентрации натрия (при необходимости);

— величины рН (при необходимости).

Максимальная надежность процесса обеспечивается при непрерывном контроле, в особенности это касается измерений удельной проводимости и содержания диоксида кремния. Для правильной интерпретации результатов измерений удельной проводимости в целях определения ионного проскока следует помнить, что обессоленная вода содержит исключительно малые количества каустической соды.

Звоните, заказывайте и мы внимательно рассмотрим все Ваши предложения, направленные на установление долгосрочных взаимовыгодных отношений.