ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ПРЕДПОДГОТОВКИ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Представлены результаты внедрения интегрированных мембранных систем на основе технологии ультрафильтрации и обратного осмоса в химическом цехе Новочеркасской ГРЭС

Громов С.Л., Ковалев М.П., Сидоров А.Р. ЗАО «НПК Медиана-Фильтр», Лысенко С.Е., Самодуров А.Н. ОАО «Новочеркасская ГРЭС»
Пантелеев А.А., ГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ

Опыт внедрения и эксплуатации технологии ультрафильтрации перед установками обратного осмоса

Установка обратного осмоса для частичного обессоливания воды на Новочеркасской ГРЭС, производительностью до 150 м3/час была введена в эксплуатацию в конце 2004 года. Общий вид трех модулей обратного осмоса показан на рис. 10 .

Как указывалось выше, предподготовка воды перед обратноосмотической системой изначально состояла из осветлителя, работавшего в режиме известкования с коагуляцией, с двухступенчатым фильтрованием воды на механических фильтрах с антрацитовой загрузкой. Качество и стабильность осветленной воды часто не соответствовали расчетным, в силу того, что осветлитель уже выработал свой ресурс. Высокое содержание органики, проскок взвешенных веществ, нестабильные значения коллоидного индекса и температуры воды, а также высокое значение рН, приводили к значительному осадкообразованию на поверхности обатноосмотических элементов. Снижение рН подкислением и дозирование ингибитора стабилизировало осадкоотложение, однако удельный съем с поверхности мембраны был снижен с 28 до 18 л/м2/час. Кроме того, за счет периодического выноса осадка с осветлителей, происходило зашламление мембран и приходилось досрочно проводить химические мойки обратноосмотических элементов. Руководство НчГРЭС и ОГК-6 приняли решение о замене устаревших осветлителей. В качестве альтернативы было принято рассмотреть возможность внедрения технологии ультрафильтрации для предварительной подготовки воды перед установками обратного осмоса. На первом этапе в 2005–2006 годах на НчГрЭС были проведены пилотные испытания двух установок ультрафильтрации вакуумного и напорного типа.

На рис 1.а схематически изображен напорный тип ультрафильтрации «изнутри – наружу». Этот способ является наиболее распространенным, его главное достоинство состоит в возможности организации режима активного тангенциального фильтрования. Безнапорная (вакуумная) ультрафильтрация «снаружи – вовнутрь», показанная на рис. 1.б , формально обеспечивает возможность тангенциального фильтрования, но значительно уступает напорной по достижимым скоростям потоков над мембраной. Существенным достоинством вакуумной ультрафильтрации является возможность использования существующих отстойников, т.к. эти мембранные элементы работают в погружном режиме. Обязательными требованиями, предъявленными потребителем к пилотным установкам, было то, что установки должны полностью воспроизводить все технологические процессы и условия эксплуатации, реализуемые в промышленных аналогах. В качестве рабочих элементов должны были быть использованы те же мембранные элементы, которые применяются и в промышленных установках. Никаких экстраполяций по результатам пилотных испытаний для проектирования промышленных систем не допускалось. Значения удельного съема фильтрата с единицы поверхности мембраны, расходов потоков воды в мембранном элементе, степени концентрирования взвесей и прочие показатели для пилотной и промышленной установок должны были быть одинаковыми. Такие же требования предъявлялись и к системам управления – они должны были быть максимально близкими для пилотной и промышленной установок. Испытания проводились на промышленной площадке НчГРЭС, в качестве исходной была использована вода из реки Дон. На рисунке 2 и 3 представлены соответственно вакуумная и напорная пилотные установки. В результате пилотных испытаний были определены технологические параметры, использованные в качестве исходных данных для проектирования промышленной установки, и оптимизированы режимы предварительного коагулирования и химической промывки мембранных модулей.

Проведенные пилотные испытания показали несомненное преимущество технологии ультрафильтрации перед обычной технологией осветления воды. Полученные результаты по мутности, взвешенным веществам, железу и органике значительно превосходят требования заказчика, см.рисунки 4–6. После анализа всех факторов, выбор был сделан в пользу напорного типа системы ультрафильтрации. Упрощенная гидравлическая схема установки представлена на рисунке 7 .

очистка воды от органики

очистка воды от взвесей

уменьшение мутности воды в результате ультрафильтрации

Промышленная установка ультрафильтрации была спроектирована на среднюю/пиковую производительность 255/270 м3/час (часть воды предполагалось использовать для питьевых целей). В основу проектирования были положены результаты пилотных испытаний. Установка была запущена в опытную эксплуатацию в декабре 2006 года. Установка ультрафильтрации состоит из 7 основных блоков – блока дозирования коагулянтов, 3-х комплектных модулей ультрафильтрации, насосной станции обратной промывки, станции дозирования химреагентов, блока химической мойки, станции для измерения коллоидного индекса SDI, а также блока тестирования и ремонта мембранных элементов. Кроме того, в отличие от классической технологии тупиковой фильтрации, каждый модуль установки был укомплектован блоком рециркуляции. Использование фильтрации с рециркуляцией позволило обеспечить более высокий съем с мембран, низкое зашламление мембран и обеспечило устойчивую работу установки в широком диапазоне содержания взвешенных веществ в исходной воде. Кроме того, удалось исключить кислотную промывку (CEB3) из процесса очистки, что значительно сократило экологически небезопасные стоки.

гидравлическая схема системы ультрафильтрации воды

Технические характеристики промышленной установки ультрафильтрации на НчГРЭС:

  • Количество ультрафильтрационных модулей в установке – 3 шт.
  • Тип ультрафильтрационных мембран DIZZER 5000.
  • Количество ультрафильтрационных мембран в установке – 96 шт.
  • Производительность по фильтрату установки – не менее 270 м3/час, в том числе каждого модуля – 90 м3/ч.
  • Трансмембранное давление при фильтрации 0,17 – 0,3 бар.
  • Максимальное трансмембранное давление при обратной промывке – 0,8 бар.
  • Расход обратной промывки – 300 м3/чна один блок в течение 30–50 секунд.
  • Периодичность промывок – 3–4 раза в час.
  • Режим работы – непрерывный с остановкой на регламентные работы.
  • Периодичность регламентных работ – не чаще 1 раза в 3 месяца.
  • Продолжительность регламентных работ – не более 6 часов.
  • Установленная мощность – до 90 кВт
  • Удельное энергопотребление установки ультрафильтрации – до 0,2 кВт/(м3/ч).
  • Габаритные размеры мембранного модуля: длина 7000 мм , ширина 4000 мм , высота 2500 мм .
  • Занимаемая площадь остального оборудования – 100 м2 .

На рисунке 8 представлены мембранные блоки установки ультрафильтрации.

Процесс работы и промывки модулей установки ультрафильтрации полностью автоматизирован. Химическая мойка отдельного модуля проводится в полуавтоматическом режиме. Показатели качества выходной воды после установки ультрафильтрации в течение одного месяца эксплуатации показаны на рисунке 9. Коллоидный индекс (SDI) пермеата стабилизировался на уровне 2. Мутность пермеата была стабильна на уровне 0,2 мг/л и не зависела от мутности исходной воды. Содержание железа на выходе так же было стабильно в пределах 20–30 мкг/л. Показатель рН пермеата колебался в пределах 8,15–8,35, что является оптимальным для обратноосмотических мембран. Осветленная вода, получаемая на установке ультрафильтрации, отличается высоким качеством и стабильностью, что, несомненно, повлияло на условия эксплуатации установки обратного осмоса.

параметры работы системы ультрафильтрации воды

Внедрение технологии ультрафильтрации, позволило увеличить съем фильтрата с обратноосмотических мембран до 29 л/м2/час прежде всего за счет снижения коллоидного индекса до 2 (см. таблицу 1) , сократить частоту химических промывок установок обратного осмоса с одного раза в 3–4 недели до одного раза в 6 месяцев. Кроме того, высвободились значительные производственные площади, значительно сократилось потребление химических реагентов (извести и коагулянта), которые использовались в классических осветлителях.

ВЫВОДЫ

Внедрение современных интегрированных мембранных технологий значительно улучшает качество получаемой воды на предприятиях энергетики. Существенно снижаются эксплутационные расходы, возрастает надежность системы водоподготовки, резко сокращаются кислотные и щелочные стоки. Переход на мембранные технологии очистки воды позволил сократить ежегодное потребление кислоты на 150 тонн, щелочи – на 100 тонн и предотвратить образование 30 тыс. м3 загрязненных сточных вод в условиях Новочеркасской ГРЭС. Выбор мембранных технологий для подготовки котловой питательной воды на Новочеркасской ГРЭС – это первый шаг на пути создания экологически безопасного, экономически эффективного современного предприятия. Следующий шаг – это внедрение установок непрерывного обессоливания на основе мембранных электродеионизационных установок, что позволит полностью отказаться от использования кислот и щелочей в процессе подготовки котловой воды. Уже были проведены предварительные пилотные испытания, которые показали высокую эффективность и надежность таких установок.

В заключение, мы благодарим всех сотрудников Новочеркасской ГРЭС, а особенно Медведеву Л.Г. и Кучеренкову Е.И. за активное участие и искреннюю заинтересованность в проведении пилотных испытаний и внедрении новых мембранных технологий на предприятии .

1. Water Desalination Report, V.43, No.3, 22 January , 2007

2. Glen P .Sundstorm and Dean M. Weyenberg. Use of Membrane Filtration to improve Water Quality at Point Beach Nuclear Power Plant. Ultrapure Water.

December, 2006

3. Steve Siverns, M.Eng, P.Eng. Using Ultrafiltration as Pretreatment before RO. Ultrapure Water. May/June, 2006

4. А . Г . Первов , В . И Бондаренко , И . С . Балаев , Д . А . Кукушкин . Обратный Осмос и ионный обмен: Какая технология побелит в водоподготовке ХХI века. Экология производства. Энергетика. №1(2) 2006.

5. Самодуров А.Н., Лысенко С.Е., Громов С.Л., Пантелеев А.А., Федосеева Е.Б. Использование метода обратного для водоподготовки в энергетике. Теплоэнергетика, №6, 2006.

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