Мембранные технологии: УФ, обратный осмос, нанофильтрация
Готовим воду заданного солесодержания для котлов и технологии и доводим очищенный сток до качества оборотной воды. Подбираем ступени под вашу воду, считаем предочистку и сразу решаем, куда девать концентрат.
Мембрана работает как сито с очень мелкими отверстиями, и процессы различаются тем, что она задерживает. Микро- и ультрафильтрация отделяют взвесь, коллоиды, бактерии и ил; вода проходит при небольшом давлении. Нанофильтрация задерживает двухзарядные ионы — жёсткость, сульфаты — и крупные органические молекулы. Обратный осмос задерживает почти все растворённые соли: насос продавливает воду через мембрану против осмотического давления, и чем солонее вода, тем выше нужное давление.
Любая мембранная установка делит поток надвое: пермеат — очищенная вода — и концентрат, где остаётся всё задержанное. Концентрат надо куда-то деть: сбросить, если он укладывается в нормы, вернуть в процесс или упарить. ИТС 8-2022 описывает схемы, где концентрат обратного осмоса направляют на выпарку, — так строят нулевой сброс.
Мембраны чувствительны к предочистке. Обратноосмотические элементы не выдерживают свободного хлора и других окислителей (СП 31.13330.2021, п. 9.194), взвесь и железо забивают поверхность, соли жёсткости кристаллизуются в концентрате. Поэтому установку проектируем вместе с предочисткой и узлом химических промывок. ООО «ПЛАЗКАТ» работает с 2006 года и ведёт объект полным циклом: проектирование, изготовление, строительно-монтажные и пусконаладочные работы. Задача целиком — на странице технологической воды.
Когда применять и когда нет
Подходит
- Нужна обессоленная или умягчённая вода для котлов, парогенераторов, технологии
- Исходная вода с солесодержанием до 30 г/л и жёсткостью до 35 мг-экв/л — диапазон обратного осмоса по СП 31.13330.2021
- Очищенный сток хотят вернуть в оборот: ультрафильтрация после биологии, затем обратный осмос
- Ил нужно отделять без вторичного отстойника — мембранный биореактор
- Стоки гальваники и металлообработки после реагентной очистки: нанофильтрация и обратный осмос входят в НДТ В-8 по ИТС 8-2022
- Регенерационные воды ионного обмена нужно сократить в объёме — их концентрируют обратным осмосом (ИТС 8-2022, НДТ В-12)
Не подходит
- В воде окислители — хлор, озон, перманганат, — и убрать их перед установкой нельзя: обратноосмотические мембраны их не выдерживают
- Много взвеси, нефтепродуктов, жиров, а предочистки нет — мембраны забиваются за дни
- Концентрат некуда деть: сброс запрещён, а выпарка не заложена в схему
- Солесодержание выше 30 г/л — за пределами диапазона обратного осмоса по СП 31.13330.2021, нужна выпарка
- Нужно только умягчить мягкую водопроводную воду для водогрейного котла — проще натрий-катионирование
Типовая схема очистки
- Механический фильтр предочисткиСетчатый или дисковый фильтр защищает ультрафильтрацию от песка и крупной взвеси.
- Ультрафильтрационная установкаСнимает взвесь, коллоиды и бактерии, готовит воду для обратного осмоса.
- Станция дозирования антискалантаНе даёт солям жёсткости и кремнию выпадать на мембранах. При остаточном хлоре сюда же добавляют восстановитель.
- Насос высокого давленияПродавливает воду через мембраны против осмотического давления.
- Установка обратного осмосаДелит поток на пермеат и концентрат. Концентрат уходит на сброс, в процесс или на выпарку.
Параметры
Таблица Б.3 СП 31.13330.2021 составлена для природных вод. Для сточных вод границы уточняем пилотными испытаниями и расчётом в программе производителя мембран.
| Параметр | Значение | Где установлено |
|---|---|---|
| Обратный осмос: исходная вода | общая жёсткость менее 35 мг-экв/дм³; солесодержание менее 30 г/дм³; перманганатная окисляемость менее 7 мг O₂/л; взвесь менее 0,5 мг/дм³ | СП 31.13330.2021, табл. Б.3 |
| Ультрафильтрация: исходная вода | взвесь менее 100 мг/л; перманганатная окисляемость до 80 мг O₂/л | СП 31.13330.2021, табл. Б.3 |
| Окислители перед обратным осмосом | не допускаются: свободный хлор, перманганат, озон, бром, йод | СП 31.13330.2021, п. 9.194 |
| Запас производительности мембранной ступени | плюс 15 % к расчётной | СП 31.13330.2021, п. 9.192 |
| Срок службы мембран для технико-экономических расчётов | 4 года; в проекте — ненагруженный резерв законсервированных элементов | СП 31.13330.2021, п. 9.198 |
| Состав мембранной ступени | реагентное хозяйство (ингибиторы, промывочные и нейтрализующие растворы), узел обращения с концентратом, оборудование промывок | СП 31.13330.2021, п. 9.195 |
| Процеживание перед мембранным биореактором | сита с отверстиями 1–3 мм | СП 32.13330.2018, п. 9.2.1.1 |
Источник: СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», пп. 9.192–9.198, табл. Б.3; СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения», п. 9.2.1.1; ИТС 8-2022, НДТ В-8, В-12
Сравнение
| Критерий | Обратный осмос | Ионный обмен | Выпарка |
|---|---|---|---|
| Что убирает | Почти все соли, органику, бактерии | Жёсткость или все ионы при обессоливании; органику почти не задерживает | Всё нелетучее; летучие вещества уходят с дистиллятом |
| Солесодержание исходной воды | До 30 г/л (СП 31.13330.2021) | До 2–3 г/л для обессоливания (СП 31.13330.2021) | Выше, вплоть до кристаллизации солей |
| Реагенты | Антискалант и промывочные растворы | Соль, кислота, щёлочь на регенерацию; расход растёт с солесодержанием | Немного: против накипи и пены |
| Энергия | Электроэнергия насосов высокого давления | Минимальная | Выше всех: пар или электроэнергия на испарение |
| Отходы | Концентрат | Солёные регенерационные стоки | Рассол или сухая соль |
Где применяли
Водоканал города-миллионника: электролизная установка гипохлорита, 8 ячеек 8 электролизных ячеек по 6,0–6,5 кг активного хлора в час. Поставка, монтаж и пусконаладка с подтверждением проектных показателей. НПЗ в Орске: озонаторная установка для очистки технологических стоков Поставили озонаторную установку для блока озонирования технологических стоков нефтеперерабатывающего завода. Водоканал города-миллионника: цех термической сушки осадка, 340 т/сут Две линии барабанной сушки перерабатывают 340 тонн осадка в сутки. На выходе — до 100 тонн сухого гранулята в сутки. Вопросы и ответы
Чем ультрафильтрация отличается от обратного осмоса?
Размером того, что задерживает мембрана. Ультрафильтрация снимает взвесь, коллоиды, бактерии и работает при небольшом давлении, соли проходят. Обратный осмос задерживает почти все растворённые соли, и для этого воду продавливают насосом высокого давления. Поэтому ультрафильтрацию часто ставят предочисткой перед обратным осмосом.
Почему мембраны забиваются и как этого избежать?
Поверхность мембран забивают взвесь и коллоиды, накипь из солей жёсткости и кремния, биообрастание и органика. Против них работают предочистка, дозирование антискаланта, регулярные химические промывки и правильный выход по пермеату. Всё это закладываем в проект сразу, а не после первых засоров.
Нужен ли запас мембранных элементов?
Да. СП 31.13330.2021 требует увеличивать производительность мембранной ступени на 15 % (п. 9.192) и держать ненагруженный резерв законсервированных элементов (п. 9.198). Без резерва замена элементов останавливает подачу воды.
Куда девать концентрат?
Варианты зависят от состава и места: сброс в канализацию или водоём, если укладывается в нормативы; возврат в процесс; упаривание до рассола или сухой соли. ИТС 8-2022 описывает схемы, где концентрат обратного осмоса уходит на выпарку.
Что нужно для подбора установки?
Полный анализ воды: кальций, магний, натрий, калий, железо, марганец, барий, стронций, кремний, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, нитраты, фториды, pH, температура, окисляемость, взвешенные вещества. Плюс требования к пермеату и расход по часам.