4.7. Примеры использования ультрафильтрации в технологии водоподготовки

4.7.3. Пилотные испытания систем водоподготовки питьевой воды

  К оглавлению книги

На описанной выше пилотной установке (рис. 4.34) были проведены исследования по перспективам использования различных мембранных элементов для систем водоподготовки питьевой воды.

Назначение систем – получение питьевой воды заданного качества из воды поверхностных источников. Вода должна отвечать всем требованиям СанПиН по содержанию таких загрязнений, как органика, железо, взвеси и быть микробиологически безопасной.

Последнее достигется при использовании стандартных элементов с рейтингом 0,02–0,05 мкм, что обеспечивает эффективный барьер для большинства вирусов (на 4 порядка), бактерий (на 6 порядков) и Cryptosporidium oocysts , но большинство органических загрязнений свободно проходит через мембрану. Поэтому для их задержания практически всегда требуется применение предварительной коагуляции.

При очистке воды реки Москва на ультрафильтрационных мембранах были уточнены основные показатели работы установки водоподготовки, такие как удельный съем фильтрата с поверхности мембранного элемента, доза коагулянта, уровень pH исходной воды и воды полученной в результате ультрафильтрации.

Для обеспечения более полного удаления органических веществ из исходной воды проводилось дозирование полиоксихлорида алюминия (Аурат-18) и/или хлорида железа. Использование этих коагулянтов позволило добиться снижения уровня органических веществ в воде не менее чем на 60%.

Оптимальная доза составила 4 мг/л по Al для полиоксихлорида алюминия и 6 мг/л по Fe для хлорида железа. По результатам химических анализов фильтрата с установки ультрафильтрации, концентрация остаточного алюминия составила менее 0,05 мг/л, железа – менее 0,1 мг/л.

Качество воды после ультрафильтрации по взвешенным веществам, практически не зависело от качества исходной воды и находилось на уровне 0,1–0,2 мг/л. Содержание железа в выходной воде не превышало 100 мкг/л и определялось, в основном, количеством дозируемого в поток исходной воды хлорного железа. Эффективность удаления окисляющейся органики (перманганатная окисляемость) составила около 60%. Она сильно зависит от условий коагуляции (температура, рН, время коагуляции) и типа коагулянта.

Проверялись режимы фильтрации с рециркуляцией воды и без рециркуляции. В результате оказалось, что при предварительной коагуляции наименьшее загрязнение мембран происходит в первом режиме (рис. 4.41). Такой режим обеспечивает стабильное и наименьшее трансмембранное давление.

Изменение трансмембранного давления при фильтрации на одном мембранном элементе с рециркуляцией исходной воды и без рециркуляции

Рис. 4.41. Изменение трансмембранного давления при фильтрации на одном мембранном элементе с рециркуляцией исходной воды и без рециркуляции

В 2008 году были проведены пилотные испытания для определения эффективности внедрения на Среднеуральской ГРЭС системы ультрафильтрации с открытым водозабором воды из Исетского озера. Очищенная вода предназначалась для подпитки теплосети и должна была иметь питьевое качество.

На Среднеуральской ГРЭС вода для подпитки теплосети горячего водоснабжения, проходит следующие стадии подготовки: первичное хлорирование, коагуляция, фильтрация на контактных осветлителях типа КО-3, вторичное хлорирование. При этом ее качество не всегда соответствует нормам.

Исходя из анализов, воду Исетского озера можно охарактеризовать как среднецветную (цветность до 80 градусов) с мутностью 3–5 мг/л, в отдельные периоды до 15 мг/л. Окисляемость находится в пределах 6–20 мгО 2 /л.

Вода Исетского озера на момент начала пилотных испытаний 17.05.08 г. имела следующий состав:

4.14. Состав воды Исетского озера

Параметры

Значения

Мутность, мг/л

4,52

Цветность, градусы

около 50

рН

7,8

Окисляемость перманганатная, мг О 2 /л

12,23

Щелочность, мг-экв/л

0,67

Жесткость общая, мг-экв/л

1,2

Железо общее, мг/л

1,51

Алюминий, мг/л

0,29

Хлориды, мг/л

6,28

Марганец, мг/л

0,44

Первоначально, путем пробной коагуляции был осуществлен подбор коагулянтов и их оптимальных доз. В качестве коагулянтов были опробованы следующие соединения: сернокислый алюминий, полиоксихлорид алюминия (БОПАК), хлорное железо, органический коагулянт-флокулянт полиДАД МАХ FL 45 C и их сочетания.

После оптимизации процесса коагуляции и выбора оптимального режима отмывки ультрафильтрационного элемента проницаемость мембраны составила около 200–250   л /(м 2 ? ч ? атм). Удельный расход на промывку – 250 л/(м 2 ? ч). Трансмембранное давление во время фильтроцикла находилось в пределах 0,15–0,2 атм, но дальнейшего роста не наблюдалось и проведение ХОП2 вернуло перепад давления к начальному значению.

На рисунках 4.42 и 4.43 приведены показатели работы установки в течение испытаний.

Изменение окисляемости исходной воды и фильтрата в процессе работы установки водоподготовки

Рис. 4.42. Изменение окисляемости исходной воды и фильтрата в процессе работы установки водоподготовки.

Изменение цветности исходной воды и фильтрата в процессе работы установки водоподготовки

Рис. 4.43. Изменение цветности исходной воды и фильтрата в процессе работы установки водоподготовки

На рисунках 4.44 и 4.45 представлены усредненные показатели очистки исходной воды Исетского озера на пилотной установке ультрафильтрации.

Усредненные показатели очистки воды от мутности, органики и цветности

Рис. 4.44. Усредненные показатели очистки воды от мутности, органики и цветности

Усредненные показатели очистки воды от марганца, железа и алюминия

Рис. 4.45. Усредненные показатели очистки воды от марганца, железа и алюминия

Путем бактериального анализа установлено полное отсутствие бактерий в фильтрате.

Испытания показали, что применение технологии напорной ультрафильтрации с предварительной коагуляцией для очистки воды Исетского озера обеспечивает получение воды питьевого качества по требованиям СанПиН 2.1.4.1071-01. При этом в качестве коагулянта возможно использование сернокислого алюминия и полиоксихлорида алюминия или их смеси. Использование органических катионных коагулянтов-флокулянтов совместно с неорганическими алюминиевыми коагулянтами позволит снизить дозу последних в полтора раза.

По результатам проведенных испытаний была спроектирована система промышленной ультрафильтрации производительностью 1000 м 3 /ч.

Результаты расчетов себестоимости воды, исходя из данных, полученных в результате пилотных испытаний, приведены в табл. 4.15. Данные по затратам на основные расходные материалы приведены по состоянию на 01.09.2008 года.

4.15. Сравнение себестоимости очищенной воды, получаемой на промышленной установке ультрафильтрации с применением различных коагулянтов

Тип коагулянта

Доза коагулянта по Al (г/м 3 )

Себестоимость очищенной воды (руб/м 3 )

Al 2 (SO 4 ) 3 + NaOH (подщелачивание)

8,00

2,46

Al 2 (SO 4 ) 3 + Ca(OСl) 2 (предварительное хлорирование)

6,00

2,40

Al 2 (SO 4 ) 3 + FL45

4,00

2,13

BOPAK+ Al 2 (SO 4 ) 3

3,50

2,12

BOPAK+FL45

3,00

2,38

Как показали расчеты, около 60% себестоимости очищенной воды составляют стоимость мембранных элементов, около 15–25% – стоимость коагулянтов и около 10% – стоимость исходной воды. Себестоимость получаемой воды может быть снижена при правильной эксплуатации и продлении срока службы мембранных элементов.

Rambler's Top100 Rambler's Top100