Технологии Dow Chemical для очистки воды

Громов С.Л. , к.т.н.

Dow Chemical , являясь одной из крупнейших химических компаний в мире с годовым оборотом порядка 30 млрд. долларов США, уделяет огромное внимание в своей деятельности вопросам охраны окружающей среды. Отделение Dow Liquid Separations выпускает продукцию (ионообменные смолы* и обратноосмотические мембраны**), а также разрабатывает технологии (например, UPCORE ) предназначенные для очистки жидких сред (главным образом водных).

* - торговые марки DOWEX, MARATHON, MONOSPHERE

**- торговая марка FILMTEC

В рамках одного короткого доклада невозможно охватить все многообразие технологических разработок Dow и областей применения их для целей очистки водных сред. Цель данного сообщения – познакомить аудиторию с возможностями имеющихся в арсенале Liquid Separations передовых технологий, ограничившись решением задач:

1. ПИТЬЕВАЯ ВОДА

Нанофильтрация ( NF ) – последние достижения в области приготовления воды питьевого качества.

Среди широкой палитры методов обработки природных вод, имеющих целью получение питьевой воды, особое место принадлежит мембранной технологии, в основу которой заложен принцип нанофильтрации (не путать с обратным осмосом !). На сегодняшний день именно это технологическое направление признается наиболее рациональным и отвечающим современным требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды.

Так, например, в Париже эксплуатируется установка питьевого водоснабжения на мембранах FILMTEC NF 200-400 производительностью более 5800 м3/ч; в Финляндии и Швеции работают установки водоподготовки производительностью 100-200 м3/ч на мембранах FILMTEC NF 270-400; в Норвегии готовится к вводу в эксплуатацию установка с мембранами FILMTEC NF 270-400 производительностью свыше 600 м3/ч.

Чем же обусловлен рост применения NF в мире?

Во-первых, NF позволяет вывести на новый технический уровень имеющиеся водоподготовительные мощности (ВПУ), обеспечив существенное улучшение качества обработанной воды.

Во-вторых, движущими силами процесса внедрения NF , являются:

а) ужесточение требований к содержанию в питьевой воде

- вторичных продуктов дезинфекции

- C rypto , Giardia , e - coli и др. вирусов

б) требование обеспечить высокую степень извлечения вредных компонентов (т.н. «барьерную сепарацию»)

в) сокращение природных ресурсов чистой воды

г) необходимость модернизации устаревающей инфраструктуры

Согласно современным требованиям, предъявляемым к установкам очистки воды из поверхностных и подземных источников ( Surface Water Treatment Rule 1989), степень разделения при фильтровании должна обеспечить:

  • снижение содержания вирусов в 10 000 раз
  • снижение содержания Giardia в 1 000 раз
  • полное удаление Legionella
  • мутность в пределах от 0,5 (95%) до 5,0 ( max ) единиц NTU

Вводятся также жесткие ограничения по остаточным количествам дезинфицирующих веществ (Stage 1 Disinfectants / Disinfectant Byproducts Rule , Feb . 1999):

  • требуется удалять общий органический углерод (ТОС) не менее, чем от 15 до 50 %
  • повышаются требования к эффективности коагуляции и умягчения
  • остаточное содержание тригалометанов (ТНМ) не должно превышать 80 мкг/л

В соответствии с нормами, применимыми к водоснабжению питьевой водой потребителей, чье число превышает 10 000 индивидуумов, ( Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule , Feb . 1999):

  • мутность должна быть обеспечена в пределах от 0,3 (95%) до 1,0 ( max ) единиц NTU
  • в 100 раз снижено содержание C ryptosporidum

Запланированы к введению в действие в 2002-2005 г.г. еще более жесткие нормативы:

  • ТНМ не более 40 мкг/л
  • более чем 100-кратное удаление C ryptosporidum
  • по содержанию радона
  • по содержанию мышьяка
  • по дезинфекции вод подземных источников

Чем же хороши мембраны?

Мембранная технология - это:

  • эффективный барьер от проникновения вирусов, бактерий, C rypto , Giardia , e - coli
  • возможность резко сократить потребность в дезинфекции, а, в случае применения NF , иногда и вовсе отказаться от нее
  • при применении NF , снижение общего солесодержания ( TDS ) и возможность селективного удаления жесткости

Если сопоставить возможности микро- ( MF ), ультра- ( UF ) и нанофильтрации ( NF ), то мы увидим, что только NF отвечает предъявляемым требованиям на перспективу.

Требования по:

 

Сейчас

2002

2005

NF

UF

MF

THM , мкг/л

 

100

80

40

+

 

 

Вирусы *

 

4

4

4

+

+?

 

Crypto *

 

2

2

3-4?

+

+

+

Giardia *

 

3

3

3

+

+

+

TOC

 

15-50%

 

+

 

 

NTU

 

 

0,5/5,0

0,3/1,0

+

+

+

TDS

 

 

 

+

 

 

* ед. измерения – Log степени извлечения

2. ПЕРЕРАБОТКА СТОКОВ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В настоящее время экономия потребления воды в значительной степени может быть достигнута за счет переработки и повторного использования стоков, образующихся в результате промышленной и хозяйственно-бытовой деятельности. Следует, правда, оговориться, что промышленные сточные воды требуют индивидуального подхода и, как правило, для их переработки весьма затруднительно предложить типовые решения.

Актуальность данного подхода объясняется не только тем обстоятельством, что ресурсы пресной воды ограничены и ее стоимость постоянно возрастает, но и тем, что повторное использование стоков может оказаться экономичнее, чем их сброс. Ведь нет секрета в том, что требования по защите окружающей среды постоянно возрастают и сброс загрязненных стоков может стоить даже дороже, чем их переработка для повторного применения.

Исторически, ранее разработанные технологии, основывались на процессах гравитационного осаждения (седиментации), механического фильтрования и стерилизации. Позднее в орбиту используемых методов были вовлечены флотация, аэрация и биоочистка. Развитие мембранных методов позволило применять MF для удаления взвесей, UF – для удаления коллоидов и бактерий, NF – для резкого снижения количества растворенной органики и, наконец, обратный осмос ( RO ) – для комплексного удаления органических и подавляющей массы неорганических компонентов, присутствующих в обрабатываемой воде.

Для целей ирригации преимущество RO перед другими мембранными методами заключается в том, что исключается риск повышения солесодержания почв. В США, в Юме, с 1992 г. эксплуатируется RO -установка с мембранами FILMTEC производительностью 11 500 м3/ч; другой пример – установка в Олимпийской деревне Сиднея (Австралия) – около 200 м3/ч.

RO нашел весьма широкое применение для переработки хозяйственно-бытовых стоков и повторного использования пермеата для промышленных нужд. Достаточно упомянуть завод по производству удобрений в Мадрасе (Индия – Madras Fertilisers Ltd .), который был первопроходцем в данной области, и где с 1993 работает установка мощностью 500 м3/ч; в Сингапуре ( JEWEL ) с 2000 г. функционирует установка производительностью 1250 м3/ч с мембранами FILMTEC BW 30-365 FR ; в Шанхае – 475 м3/ч и т.д.

Если рассматривать промышленные сточные воды, то к типовым примерам, где успешно применяется RO , можно отнести очистку конденсата (охлажденного!) и обработку стоков, содержащих в основном промывные воды, в гальванопластике.

RO позволяет перерабатывать стоки и до уровня требований, предъявляемых к качеству питьевой воды.

Примеры такого рода существуют в США ( WF 21, Orange County, California – 800 м3/ч): пермеат, полученный в результате обработки хоз-бытовых стоков смешивается в пропорции 3/10 с водой из других источников и закачивается в хранилища, из которых осуществляется забор исходной воды для приготовления питьевой.

Аналогичного типа установка производительностью 12 500 м3/ч по пермеату запланирована ко вводу в эксплуатацию в Кувейте в 2003 г.

В СССР с начала 70-х годов прошлого столетия проводились успешные работы по использованию RO в системах жизнеобеспечения с замкнутым циклом. Пока, однако, этот метод не сумел преодолеть психологического барьера в сознании потребителей.

3. МИНИМИЗАЦИЯ СТОКОВ

Одними из главных потребителей воды и, соответственно, наиболее крупными генераторами жидких стоков являются объекты тепловой и атомной энергетики.

Системы водоподготовки, применяемые на подавляющем большинстве ТЭЦ и АЭС, основаны на ионном обмене и используют морально устаревшую, крайне затратную и неэкономичную (с точки зрения расхода реагентов и потребления воды на собственные нужды) технологию прямоточной (параллельноточной) регенерации ионитов.

Реконструкция существующих прямоточных схем в противоточные по технологии UPCORE позволяет с минимальными затратами для потребителей обеспечить:

  • повышение производительности существующего оборудования
  • снижение расхода реагентов на регенерацию в 1,5-2 раза
  • снижение количества стоков на 30-80%

при одновременном повышении качества обессоленной или умягченной воды.

Яркой иллюстрацией к изложенному выше служат приведенные ниже примеры внедрения UPCORE на НПЗ в г. Плоцк (Польша) и ТЭЦ-12 МОСЭНЕРГО.

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.