Умягчение воды методом нанофильтрации. Достоинства и недостатки октября 2014 года ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева» кафедра мембранной технологии Доцент кафедры мембранной технологии к.т.н., Фарносова Елена Николаевна

2 Методы умягчения воды 1. Реагентные методы а) Известкование – добавление гашеной извести (Ca(OH) 2 ) до рН=10 Используется при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости воды, если требуется одновременное снижение жесткости и щелочности. Остаточная жесткость на 0,4–0,8 мг-экв/л б) Содо-известкование – добавление Ca(OH) 2 и Na 2 CO 3 до рН=10 Повышение температуры до 70–80 ° С или увеличение доз реагентов свыше стехиометрических показателей позволяет довести остаточную жесткость до 0,35–1,0 мг-экв/л. Недостатки: Расход реагентов Увеличение величины рН очищаемой воды Большая площадь, занимаемая оборудованием Необходимость утилизации шламов Необходимость в тщательном контроле (температура, величина рН, доза реагента, исходная мутность и т.д.)

3 Достоинства: Позволяет практически полностью снизить жесткость воды вплоть до 0,1-0,2 мг-экв/л. Недостатки: Увеличение содержания натрия и общего солесодержания очищенной воды; Высокие расходы реагентов на регенерацию ионообменных смол; Необходимость утилизировать большие объемы солевых концентратов (после регенерации); Не снижает показатель щелочности. 2. Ионный обмен (Na-катионирование)

Обратный осмос Достоинства: Снижение общего солесодержания обрабатываемой воды, в том числе и по солям жесткости. Недостатки: Относительно высокие рабочие давления (затраты энергии); Необходимость дозирования ингибиторов осадкообразования (антискалантов); Относительно низкие удельные производительности мембранных модулей; Проблемы использования концентрата.

Нанофильтрация НФ мембраны более селективный по двухвалентным катионам, нежели по одновалентным. Такая особенность связана со спецификой механизма разделения в нанофильтрации. В случае нанофильтрации к капиллярно-фильтрационному и диффузионному механизму разделения (характерному для обратного осмоса) добавляется электростатическое взаимодействие ионов разделяемого раствора с заряженной поверхностью мембраны.

6 Влияние природы соли и её концентрации на удельную производительность НФ мембраны: а) по магнию; б) по кальцию; рН = 5–6

7 Влияние природы соли и её концентрации на селективность НФ мембраны: а) по магнию; б) по кальцию; рН = 5–6 а) б)

8 Зависимость остаточной жесткости пермеата от исходной концентрации: а) остаточная концентрация солей Mg 2+ ; б) остаточное содержание солей Са 2+

9 Влияние температуры на селективность и удельную производительность НФ мембраны по CaCl 2

а) Влияние величины рН на селективность НФ мембран по хлоридам а) и нитратам б) магния и кальция 10

Влияние величины рН на селективность НФ мембран по сульфату: а) Mg 2+ б) Са 2+. С = 4 мг-экв/л а) б)

схема промывки деталей – погружная одноступенчатая; график работы предприятия – 16 ч/сут.; объём промывных вод – 10 м 3 /ч (160 м 3 /сут. при графике работы предприятия 16 ч/сут.); состав сульфатного электролита цинкования – 3 (ZnSO 4 – 430 мг/л, Al 2 (SO 4 ) 3 – 25 мг/л); pH=3,8 (кислотность обусловлена только гидролизом сульфата алюминия); концентрация катиона цинка после промывной ванны – 6,0 мг/л; предельно-разрешенная концентрация сульфата цинка в промывных водах – 15 мг ZnSO 4 /л. Технико-экономический анализ

Схема очистки промывных вод 1 – ванна промывки; 2 – блок приготовления и дозирования NaOH; 3 – механический фильтр; 4 – установка НФ; 5 – блок реагентной очистки; 6 – блок фильтрации

Стоимость водозабора исходной питьевой воды – 1 ед./м 3 ; стоимость сброса сточных вод в канализацию г. Москвы, не превышающих ПДК – 1,5 ед./м 3 ; себестоимость деминерализации воды методом ОО – 0,4 ед./м 3 очищенной воды; годовая экономия от применения усовершенствованной схемы очистки – $; капитальные затраты на установку деминерализации – $; окупаемость инвестиций (без учета инфляции) – месяцев.

Основное достоинство нанофильтрации: возможность эксплуатации при обработке вод с высоким значением жесткости – 15 мг-экв/л и выше. При этом сохраняется высокая до 97% эффективность (степень) очистки от солей жесткости. Основные области применения для решения задач умягчения: Умягчение питьевой воды до норм физиологической полноценности; В качестве переподготовки перед стадией обратного осмоса в процессах получения деминерализованной воды (например, для микроэлектроники, теплоэнергетики, медицины и т.д.); В процессе уменьшения объемов солевых стоков после регенерации ионообменных фильтров.

Благодарю за внимание Вопросы? 10 октября 2014 года