info@medfilter.ru

Установки серии УВОИ-«МФ»-1812 для получения «Воды очищенной» по ФС 2.2.020.15

Для обеспечения длительной стабильной эксплуатации обратноосмотических и нанофильтрационных установок необходимо, чтобы вода, поступающая на мембраны, соответствовала определенным нормам, устанавливающим предельное содержание в ней компонентов (загрязнений), способных нарушить нормальную работу мембранного элемента. Гидравлический режим работы элемента должен соответствовать заданным изготовителем параметрам и следует принять меры к предотвращению выпадения осадков на поверхности мембран [6, 96–100, 129, 151, 176–184]: Исходная вода должна содержать:

• взвешенных веществ – не более 0.1 мг/л;
• коллоидных загрязнений по показателю КИ 15   <   5, а для промышленного применения (16–24 часа в сутки) КИ 15 < 3;
• железо, алюминий, марганец – в количестве менее 0,1 мг/л;
• микробиологические загрязнения желательно минимизировать;
• органические загрязнения – в количестве не более 3 мг/л по ТОС;
• температура подаваемой воды, в зависимости от рН, не должна превышать 30–45 ° С;
• рН исходной воды должен находиться в пределах 3,5–7,2 для ацетатцеллюлозных мембран и 2,0–12,0 – для полиамидных мембран (см. рекомендации фирм-производителей мембран);
• свободного хлора – менее 0,1 мг/л – для тонкопленочных композитных полиамидных мембран, и не более 0,6 мг/л – для ацетатцеллюлозных мембран.

НПК "Медиана-фильтр" представляет современные системы очистки воды и водоподготовки:

Лабораторные установки

Засыпные фильтры

Промышленные системы

Мобильные системы

Взвешенные вещества, присутствующие в питательной воде, представляют серьезную угрозу для работы мембранных элементов: во-первых, крупные частички взвеси могут блокировать каналы между мембранными пакетами, во-вторых, твердые частицы, движущиеся с большой скоростью вдоль поверхности мембраны, способны механически повредить барьерный слой за счет абразивного воздействия. И то, и другое может привести к необратимому повреждению мембранного элемента, поэтому крупные взвеси полностью должны быть отсеяны системами предподготовки.

Более мелкие взвеси и коллоиды могут участвовать в формировании осадка на поверхности мембран, препятствующего ее нормальной работе. Поэтому нельзя ограничиться требованиями к качеству воды перед установками обратного осмоса и нанофильтрации только по содержанию взвешенных веществ. Осадкообразование, вызванное осаждением компонентов, присутствующих в питающей воде в нерастворенном состоянии (взвесей, коллоидов, высокомолекулярной органики), обозначается термином «засорение» (или, иногда, «отравление», если вызвано, главным образом, органическими компонентами), происходящим от английского «fouling ».

Количество взвешенных частиц размером более 1–3 мкм определяются оптическими и фотометрическими методами (см. главу 2) и контролируется по показателю мутности. Если измерительным прибо ром является глаз человека, то его реальная разрешающая способность – 2–3 мкм. Для приборов, использующих лазеры, реальная разрешающая способность составляет 1–1,5 мкм. Частицы размером менее 1 мкм, в том числе коллоиды, этими методами не регистрируются. Единственная, хоть и не ГОСТированная, методика, позволяющая количественно охарактеризовать присутствие мелких частиц в воде – это методика измерения коллоидного индекса.

Коллоидный индекс КИ или SDI ( Silt Density Index – индекс плотности осадка, иловый индекс) – это показатель, введенный стандартами AS Т M как характеристика степени загрязнения воды механическими и коллоидными примесями и ее пригодности для подачи в обратноосмотическую установку. При определении коллоидного индекса производится моделирование процессов осадкообразования с использованием микрофильтра с размером пор 0,45 мкм (см. Приложение 5).

Коллоидный индекс дает представление о скорости роста гидравлического сопротивления мембранного элемента в результате засорения его рабочей поверхности. Скорость отложения осадка определяется концентрацией коллоидов в приповерхностном слое, которая в силу эффекта концентрационной поляризации (см. главу 2) зависит от потока через мембрану и скорости ее омывания, т.е. от рабочей производительности и гидравлического КПД. По этой причине значение коллоидного индекса в питательной воде определяет допустимые значения этих величин (табл. 5.11).

5.11а. Значения допустимого гидравлического КПД элемента и удельной производительности в л/(м 2 ·ч) для 8" обратноосмотических мембран Filmtec типоразмера 8040 в зависимости от источника воды и значения КИ 15 в питающей воде

5.11б. Значения допустимой удельной производительности
в л/(м 2 •ч) в зависимости от значения коллоидного индекса в питающей воде, рекомендуемые разными производителями

Если в питающей обратноосмотическую установку воде превышено значение коллоидного индекса, рекомендованное в качестве допустимого производителем мембранных элементов, то это может привести к снижению показателей надежности работы установки и резкому росту эксплуатационных затрат.

Другим источником загрязнения мембран является повышение содержания малорастворимых солей в концентрате и в пограничном слое над поверхностью мембраны. Уровень содержания солей в концентрате определяется гидравлическим КПД мембранной установки (или элемента), т.е. соотношением потоков пермеата и исходной воды, или фактором концентрирования – отношением расхода питающей воды к расходу концентрата. При типичном значении гидравлического КПД установки 60–75 % фактор концентрирования равен 2,5–4, т.е. содержание солей в концентрате увеличивается в 2,5–4,0 раза. Кроме того, в процессе обработки воды методом обратного осмоса (или нанофильтрации) через мембрану происходит преимущественный перенос молекул Н2О, что ведет к концентрационной поляризации и к росту концентрации солей в пограничном слое. Именно в пограничном слое и наблюдается активное образование кристаллов малорастворимых солей с последующим их осаждением на мембрану.

Формирование осадка, образующегося в результате фазового перехода (кристаллизации) веществ, содержавшихся в питающей воде в растворенном состоянии; характеризуется термином «отложение» (англ. – scaling ). Наиболее распространенными веществами, участвующие в этом процессе, являются следующие.

Карбонат кальция – наиболее широко распространенное осадкообразующее вещество. Граница его выпадения в осадок с хорошей точностью определяется по индексу насыщения Ланжелье (Langelier Saturation Index – LSI).

Знак индекса Ланжелье определяет стабильность воды в отношении образования осадка карбоната кальция.

J L > 0 – раствор имеет тенденцию к образованию осадка,

J L = 0 – раствор нейтральный,

J L < 0 – раствор не склонен к образованию осадка.

Например, в артезианских и морских водах содержание кальция, находящегося в равновесии с бикарбонатными и сульфатными ионами, может быть весьма значительным – до 300–400 мг/л сульфата и карбоната кальция. Помимо концентрирования, формированию отложений карбоната кальция способствует и переход через мембрану в пермеат части свободной углекислоты. В результате углекислотное равновесие в воде сдвигается с образованием избытка карбонатных ионов, которые, реагируя с ионами кальция, образуют малорастворимый карбонат кальция, выпадающий в осадок.

Сульфат кальция является распространенным осадкообразующим веществом. Высокие уровни кальция и/или сульфата кальция могут естественным образом присутствовать в исходной воде или образовываться при работе в режиме с высокой конверсией. Сульфат кальция трудно удалять, и потенциально его отложения на мембранах обратного осмоса являются большей проблемой, чем отложения карбоната кальция. Для предотвращения выпадения осадка требуется специфический ингибитор.

Сульфат бария/стронция мало распространен за исключением нескольких районов в мире, где наблюдается высокий уровень этих веществ. Чтобы предотвратить выпадение осадка на обратноосмотических мембранах, также требуется специальный ингибитор.

Кремневая кислота часто оказывается связанной с трехвалентными ионами, такими как алюминий и железо. Отложение на обратноосмотических мембранах солей кремниевой кислоты приводит к формированию чрезвычайно трудноудаляемого осадка.

Железо является распространенным загрязнителем. Мелкие частицы этого вещества или коллоидное железо могут проходить через фильтры предподготовки. Железо часто присутствует в форме растворимых солей Fe 2+ , которые затем окисляются до нерастворимых солей Fe 3+ . Загрязнения железом относительно легко удаляются.

Соли марганца менее распространены, чем соли железа, и обладают лучшей растворимостью, чем эквивалентные им соли железа, но удалять их труднее.

Фосфат кальция играет все большую роль по мере того, как обратный осмос все чаще применяется для повторного использования воды. Когда растворимость вещества превышена, образуется быстро формирующийся осадок (часто он имеет микроскопические размеры и невидим невооруженным глазом). Фосфат кальция легко удаляется кислотной химической мойкой.

Гидроксид магния обычно не является проблемой для мембран обратного осмоса за исключением случаев, когда перед второй ступенью двухступенчатой установки обратного осмоса повышают рН для увеличения очистки от бора.

При неточном технологическом расчете или неправильной эксплуатации могут возникнуть ситуации, когда содержание растворенных веществ в концентрате может достичь предела растворимости (табл. 5.12 ) с локальной кристаллизацией в примембранном слое, что приведет к загрязнению мембран . Кристаллические осадки могут прочно связываться с мембранной поверхностью, ухудшая ее основные разделительные характеристики – производительность и селективность.

5.12. Пределы растворимости при 25 °C некоторых солей, определяющих осадкообразование, мг/л

Скорость образования отложений (например, сульфатных и карбонатных) зависит от содержания в исходной воде солей жесткости, сульфатов, карбонатов, от величины рН и гидродинамической обстановки над поверхностью мембраны.

Следует отметить, что загрязнение мембран представляет собой комплексный процесс, зависящий от содержания всех нежелательных примесей. Так, выпавшие в осадок частицы взвесей и коллоидов становятся центрами кристаллизации и приводят к интенсификации отложений, вызванных малорастворимыми солями. Отложения гидроокисей железа и марганца на мембранах не только снижают производительность и селективность, но и катализируют процессы окисления (разрушения) барьерного слоя полиамида. Кроме того, алюминий в виде его соединений с кремнием способен формировать отложения алюмосиликатной структуры, которые склонны к полимеризации, образуя малорастворимые осадки, удаление которых становится весьма непростой задачей.

Другим примером такой комплексности является взаимообусловленность органических отложений и биозагрязнения, что приводит к соответствующим ограничениям на качество питательной воды. Сама по себе органика не представляет непосредственной угрозы для мембран, т.к. осадки и отложения органической природы можно эффективно удалять с поверхности мембран щелочными моющими растворами. Однако присутствие в питающей воде микроорганизмов серьезно осложняет решение данной задачи. Микробы и бактерии, питаясь органическими соединениями на поверхности мембран, активно размножаются, формируют колонии и образуют так называемые биопленки, способные полностью заблокировать поверхность мембраны. К тому же, удаление биопленок является весьма трудоемким процессом, требующим значительных затрат времени, применения специальных реагентов и технологий, и, соответственно, сопровождается существенным ростом эксплуатационных затрат. Анализ опыта эксплуатации мембранных установок свидетельствует, что выполнение требований по минимизации микробиологических загрязнений в питающей воде в сочетании с соблюдением ограничений по органической нагрузке, является наиболее рациональным подходом, нацеленным на оптимизацию затрат при создании и использовании мембранной установки.

Последние из указанных в начале этого раздела ограничений связаны со стойкостью мембран. Так, комплекс ограничений по показателям температуры и рН связан с показателями термической и химической стойкости материалов, которые используются при изготовлении мембран. Воздействие сильных окислителей (свободного хлора, озона и др.) вызывает разрушение полиамидного барьерного слоя ТПК мембран, результатом чего являются необратимые нарушения целостности мембраны и ее селективности.

Для выполнения указанных требований необходима предварительная обработка воды перед ее подачей на мембранную установку. В соответствии с изложенным выше, предочистка, как правило, должна включать следующие узлы: механического фильтрования, удаления взвешенных и коллоидных частиц, обезжелезивания, обеззараживания, удаления органики, дехлорирования, умягчения, систему, предотвращающую отложение солей жесткости. Во многом схема предподготовки воды перед обратным осмосом подобна схемам приготовления воды, применяемым в типовых технологиях водоподготовки. Следовательно, при наличии у потребителя установки, обеспечивающей достижение указанных выше параметров, она может использоваться в целях предподготовки воды для питания мембранной установки.