Повышение надежности установок микро-
и ультрафильтрации, являющихся ступенью
предподготовки в системах опреснения морской воды,
путем использования новейших технологий
предварительной фильтрации. Ч.1

Системы ультрафильтрации

Системы предварительной фильтрации

Общие положения

Большинство объектов опреснения морской воды в Северной Америке имеют ограниченный доступ к открытым водным источникам по экономическим и экологическим соображениям. Хотя открытые водные источники широко использовались на Ближнем Востоке, Карибском бассейне и других регионах, в Северной Америке есть ограниченное число полномасштабных объектов, использующих такие источники. Открытые водные источники часто ассоциируются с высоким уровнем таких загрязнений, как фитопланктон, водоросли, морская растительность и другие примеси, содержащиеся в морской воде. Во время недавних испытаний мембран низкого давления (микрофильтрация и ультрафильтрация) при очистке морской воды из открытого источника, исследователи столкнулись с некоторыми эксплуатационными проблемам, включая рост степени загрязнения мембран и их повреждения частицами. Для решения этой проблемы исследователи решили применить системы дисковой фильтрации вместо мелкоячеистых сетчатых фильтров перед мембранными системами. Использование дисковой фильтрации в качестве предварительной очистки морской воды, имеющей высокое содержание примесей, водорослей и т.д., позволило значительно увеличить эффективность работы систем микро- и ультрафильтрации. Во время второго исследования было отмечалось негативное влияние на целостность мембран частиц из питающей воды (в основном ракушек моллюсков), что приводило к росту эксплуатационных расходов. Применение дисковой фильтрации стабилизировало работоспособность системы, поскольку были эффективно удалены субстанции, приводившие к сбою в работе мембран. Вдохновленные успехом, авторы провели исследование о влиянии тонкости фильтрации при предварительной очистке на эффективность функционирования мембран. Результаты показали, что использование предварительной очистки тонкостью фильтрации 65 мкм дает рост эффективности работы мембранной системы на 5% по сравнению с 400 мкм предподготовкой.

I. Введение

Использование мембранных технологий опреснения, в частности морской воды, растет на 10% ежегодно. Стоимость систем опреснения морской воды на основе обратного осмоса значительно снизилась в течение последнего десятилетии, что заставило потребителей в Северной Америке рассматривать системы опреснения морской воды на основе обратного осмоса как один из вариантов обработки воды.

1.1 Базовые принципы

Хотя эффективность технологии мембран низкого давления для обеспечения предварительной водоподготовки перед системой опреснения морской воды на основе обратного осмоса документально подтверждается, высокие капитальные и эксплуатационные расходы не позволяют применять ее на большинстве объектов. К тому же испытания показали, что использование мембран низкого давления проблематично в связи с высоким уровнем их загрязнения и частым повреждением фильтрующего элемента. Результаты исследований приведены

1.1.1 Усовершенствованная предварительная фильтрация - На объекте водоснабжения в Техасе, недалеко от Корпус Кристи, проводились испытания нескольких технологий предварительной фильтрации, которые частично финансировались Бюро США по Рекламациям. Во время исследований проводилась оценка работы мембран микро- и ультрафильтрации в сравнении с обычными способами предварительной фильтрации для систем опреснения морской воды на основе обратного осмоса по влиянию на работоспособность мембран обратного осмоса и степени улучшения качества воды на выходе. Также сравнивались эксплуатационные расходы с обычными технологиями предварительной фильтрации.

В течение первоначального тестирования возникло несколько сложностей, причиной которых послужил высокий уровень содержания примесей, водорослей и песка в воде, забираемой непосредственно из океана. Эти проблемы были особенно сложны для установок ультрафильтрации, которые испытывались в качестве ступени предварительной фильтрации для систем опреснения морской воды на основе обратного осмоса. Испытывались также многочисленные сетчатые системы, но без какого-либо успеха в решении данной проблемы. В начале февраля 2003 вместо сетчатых фильтров тонкостью фильтрации 400 мкм, был установлен дисковый фильтр (130 мкм). Несмотря на то, что анализ воды показал на присутствие в питающей воде примерно 10% частиц размером 130 мкм и больше в период низкого уровня мутности (<5 NTU), измерения примесей не учитывали водоросли и большие частицы песка, которые не могли быть зафиксированы во время анализа. Использование дисковой фильтрации во время эксплуатации микро- и ультрафильтрации в период с февраля по май 2003 г. позволило системе предварительной фильтрации работать без сбоев. Процесс ультрафильтрации стал давать отличные результаты после внедрения дисковой фильтрации (за время работы имелся всего лишь один незначительный сбой). Этот сбой был вызван временным прекращением промывки системы ультрафильтрации, а не работой дискового фильтра.

Проницаемость мембран ультрафильтрации достигала от 150 до 190 л/кВ. фут и с экспериментальными 230 л/кВ. фут. Во время работы системы ультрафильтрации проводились химические промывки продолжительностью 20 минут с добавлением кислоты и хлора. Установки оборудованные сетчатыми фильтрами с ручной промывкой требовали, особенно после ливней и штормов, регламентного обслуживания, что было практически невозможно.

Установка дисковой фильтрации позволила установкам работать без перебоев во время различных погодных условий.

1.1.2. Надежность системы – В связи с успешными результатами использования дисковой фильтрации в Сан Патрицио, системы дисковой фильтрации также были установлены в качестве предподготовки для систем опреснения морской воды в West Basin Municipal Water District, El Segunda, California. Исследования проводились на электростанции El Segunda для того, чтобы определить возможность использования установки системы опреснения для электростанции. Исследования проводились с сетчатым фильтром 800 мкм и систему микрофильтрации2 в погруженном состоянии, установленные перед системой опреснения на основе обратного осмоса. Во время эксперимента команда проектировщиков наблюдала за целостностью мембран. Осмотр мембран показал, что на мембранах скопился песок и фрагменты сломанных ракушек, что привело к местной закупорке волокон. На рисунке 1 показано волокно с дыркой, нарушающей ее целостность. На рисунке 1 (b) волокно, имеющее трещину на поверхности.



Рис. 1. Волокно мембраны (a) с дыркой (b) механическое повреждение, включающее трещину.


Дополнительные исследования, проведенные проектировщиками, показали, что нарушение целостности вызвано несколькими разовыми отдельными случаями, а не одним постоянным фактором. Периодически электростанции применяют термическую обработку труб конденсоров для удаления биологических загрязнений. Во время такой обработки горячая вода из систем охлаждения прогоняется по конденсорам. После термической обработки наблюдался рост содержания примесей в питающей воде (раковины моллюсков и другие виды твердых частиц), поступающей из трубы забора.

После обследования с помощью микроскопа было установлено присутствие многочисленных сломанных раковинок моллюсков. После этого были документально подтверждены многочисленные случаи повреждения волокон мембран обломками раковин моллюсков. Для того чтобы исключить повреждение мембран была установлена система дисковой фильтрации в качестве предварительной очистки перед системой микрофильтрации, были установлены новые мембраны 02.06.2004

На Рис. 2 показан уровень повреждения волокон мембран микрофильтрации до и после установки дисковой фильтрации. До установки дисковой фильтрации по результатам проводившихся тестов целостности системы наблюдалась полная деградация системы с течением времени. После установки системы дисковой фильтрации тесты показали значительное снижение случаев повреждения волокон мембран. Как только показатели стабилизировались, стали наблюдаться типичные колебания и искажения показателей.



Рис. 2. Влияние системы дисковой фильтрации на уровень повреждения волокон мембран.


1.2 Цели исследования

Целью настоящего исследования было определить возможность использования дисковой фильтрации в качестве оборудования предподготовки перед микро- или ультрафильтрацией в системах опреснения морской воды. Такая возможность определялась в два этапа. Этап 1, стояла задача определить, возможно ли, путем установки усовершенствованной системы предварительной очистки, повысить производительность систем микро- и ультрафильтрации. На втором этапе проводился анализ расходов на внедрение усовершенствованной системы предварительной очистки для объекта опреснения морской воды.

Продолжение следует

Все публикации

Вверх