Предочистка воды методом ультрафильтрации в схемах водоподготовительных установок

Фильтрат после мембранных блоков УФС-02-30 поступает в накопительные емкости, в качестве которых используются корпуса 3-х фильтров объемом 30 м3 каждый, и далее насосной станцией подается на обратноосмотические установки.

Для промывки мембранных элементов установки УФС-02-30 используется фильтрат из указанных выше накопительных емкостей. Для проведения CEB УФУ была оснащена станциями дозирования гипохлорита натрия, щелочи и кислоты. Однако в процессе эксплуатации выяснилось, что в условиях НчГРЭС наиболее ощутимым эффектом обладают кислотные CIP, частота проведения которых зависит от изменения качества исходной воды (составляет в среднем один раз в месяц), а проведение кислотных СЕВ не является целесообразным.

Основные технические характеристики и результаты от внедрения первой очереди системы ултрафильтрации на НчГРЭС по итогам трехлетней эксплуатации приведены ниже:

• производительность – 250 м3 /ч;
• трансмембранное давление – 240-300 мбар;
• продолжительность цикла фильтрования – 20 мин; продолжительность промывки обратным током – 50 с;
• расход воды при промывке обратным током – 280 м 3 /ч;
• доза коагулянта – до 6 мг/л;
• периодичность CEB – не применяется; периодичность CIP – 1 раз/месяц;
• продолжительность CIP модуля – 4 час; расход воды на CIP модуля – 6 м 3 ;
• потребление электроэнергии – 0,12 кВт/м3 (по фильтрату);
• годовой расход кислоты (в пересчете на 100 % вещество) – 714 кг ; годовой расход щелочи (в пересчете на 100 % вещество) – 1785 кг ; годовой расход гипохлорита натрия (в пересчете на 100 % вещество) – 52 кг ; годовой расход воды на собственные нужды – 242 тыс. м 3 ;
• доля воды на собственные нужды – 12 %;
• себестоимость фильтрата – 3,39 руб/м 3 ;
• характеристики фильтрата перестали зависеть от колебаний качества исходной воды, а значение SDI стабилизировалось в пределах ≤ 2;
• производительность блоков на установке обратного осмоса увеличилась на 30% (т.е. удельный съем пермеата с единицы площади поверхности обратноосмотической мембраны увеличился на треть) при сохранении энергопотребления неизменным;
• продолжительность межпромывочных интервалов для установки обратного осмоса увеличилась в 6 раз (с одного месяца до шести);
• благодаря полностью автоматизированному технологическому циклу УФУ резко сократились затраты ручного труда операторов на стадии предподготовки (ручные операции сохранились только при периодических догрузках коагулянта и моющих растворов);
• потребление воды на собственные нужды снизилось в 1,5 раза; - суммарные энергозатраты уменьшились в 2 раза.

Но в процессе эксплуатации проявились и дополнительные достоинства водоподготовительной установки ультрафильтрации воды, спроектированной и изготовленной НПК «Медиана-Фильтр».

Напомним, что в соответствии с требованиями технического задания на проектирование и изготовление УФУ для НчГРЭС предусматривалось, что содержание взвешенных веществ в исходной воде не будет превышать 25 мг/дм3. Считается, что при вертикальном расположении УФ-элементов со стандартными полыми волокнами (внутренний диаметр канала от 0,8 мм до 1 мм, рейтинг фильтрования 0,02-0,03 мкм) предельно допустимым является содержание взвесей до 50 мг/дм 3 , а при превышении указанного порогового значения необходимо использовать либо УФ-элементы с большим внутренним диаметром канала (от 1,5 мм и более – см., например, [18]), либо вообще переходить на керамические УФ-элементы, применяемые в практике обработки сточных вод.

Система ультрафильтрации на НчГРЭС комплектовалась стандартными половолоконными УФ-элементами с вертикальной компоновкой, поскольку технические характеристики этих элементов полностью соответствовали требованиям, сформулированным в техническом задании. Однако в течение двух последних лет эксплуатации системы водоподготовки неоднократно возникали обстоятельства, под воздействием которых характеристики исходной воды выходили далеко за рамки показателей качества, оговоренных в техническом задании.

Так в летний период 2008 г ., из-за установившейся сухой и жаркой погоды, наблюдалось значительное снижение уровня воды в реке Дон, результатом которого стало возрастание концентрации взвешенных веществ до значения 60 мг/дм3 в отводном канале, обеспечивающем питание НчГРЭС исходной водой. На указанном уровне концентрация взвешенных веществ сохранялась в течение двухмесячного периода, что, однако, никак не отразилось ни на качестве фильтрата после установки УФ, ни на показателях ее производительности.

В декабре 2009 г . в течение нескольких дней концентрация взвесей в исходной воде колебалась на уровне 200 мг/дм3 . При этом установка УФ не только не утратила своей работоспособности, но и оказалась в состоянии обеспечить те же качественные характеристики фильтрата, что и в условиях нормального режима эксплуатации (т.е. соответствующего параметрам, зафиксированным в техническом задании). Правда, следует отметить, что производительность модулей по рекомендации завода-производителя системы водоподготовки (НПК «Медиана-Фильтр») была снижена на 10-15 % по сравнению с номинальной.

Технологическая устойчивость и надежность работы установки водоподготовки в условиях, когда параметры исходной воды по содержанию взвешенных веществ существенно превысили пределы, допускаемые компанией-изготовителем УФ-элементов, были достигнуты за счет технологических и конструктивных решений, реализованных при разработке и наладке оборудования.

Приобретенный опыт эксплуатации установки УФ в экстремальных условиях позволяет сделать следующие выводы:

• для предприятий энергетики основополагающими факторами в области водоподготовки являются технологическая устойчивость и надежность применяемых технических решений;
• технология ультрафильтрации при ее грамотной реализации является надежным средством, обеспечивающим предподготовку воды из поверхностных источников и оптимальным методом предочистки для схемных решений на основе интегрированных мембранных технологий;
• применение УФ на стадии предподготовки воды из поверхностных источников позволяет снизить эксплуатационные затраты и одновременно получать осветленную воду стабильно высокого качества вне зависимости от изменения параметров исходной воды;
• технология УФ, реализуемая на оборудовании, использующем стандартные элементы (т.е. относительно недорогие по уровню капитальных затрат), может с успехом применяться для обработки поверхностных вод, содержащих взвешенные вещества в количестве до 200 мг/дм 3 .

В декабре 2008 года на НчГРЭС была запущена вторая очередь установок ультрафильтрации, которая включает два блока УФС-02-32 на основе мембранных элементов Dizzrer 5000 plus. Производительность второй очереди составляет 200 м3/ч, общая производительность всей системы – 450 м3/час. Следует отметить, что почти три года система ультрафильтрации на НчГРЭС работала без резервирования, подчас в сложных условиях – при сильном изменении параметров исходной воды в худшую сторону по сравнению с проектируемыми. Тем не менее, высокий уровень надежности оборудования и примененные технические решения [12-17], позволяющие работать при высоком уровне загрязняющих веществ, обеспечили стабильность функционирования всей системы водоподготовки. Введение второй очереди установок ультрафильтрации повысило надежность системы и сняло ограничения на производительность водоподготовительного оборудования в целом. Это обстоятельство стало особенно актуальным в связи с планируемым пуском нового девятого энергоблока на НчГРЭС.

Дальнейшее усовершенствование систем ультрафильтрации связано с уменьшением расхода воды на собственные нужды установок, который в ряде случаев бывает значительным (до 20%). Для достижения указанной цели используются различные методы обработки промывочной воды [12,14-17] , что позволяет сократить расход воды на собственные нужды установки ультрафильтрации до 1-3%. Такие технологические решения были реализованы и на ряде других предприятий энергетики и нефтехимической промышленности, таких как ТЭЦ-16 и ТЭЦ-21 «МОСЭНЕРГО», Невинномысской ГРЭС, Ноябрьской ПГЭС, Путиловской ТЭЦ (Первомайскоая ТЭЦ-14), а так же ВПУ Кирово-Чепецкого Завода минеральных удобрений .

Авторы выражают благодарность Б.С. Федосееву за обсуждение результатов пилотных испытаний и полезные замечания по технологическому проектированию промышленных установок ультрафильтрации.

[1] Громов С. Л., Пантелеев А. А. Технологии противоточной регенерации ионитов для водоподготовки. Часть 1 // Теплоэнергетика. 2006. - № 8. – С. 33-37.

[2] Громов С. Л., Пантелеев А. А. Технологии противоточной регенерации ионитов для водоподготовки. Часть 2 // Теплоэнергетика. 2006. - № 11. – С. 50-55.

[3] Громов С., Пантелеев А., Сидоров А. Современные технологии водоподготовки в промышленности и энергетике // АКВА- Magazine . – 2007. - № 1 (2). – С. 14-15.

[4] Громов С.Л., Пантелеев А.А., Сидоров А.Р. Опыт применения интегрированных мембранных технологий / Материалы конференции International Water Association Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод ЭКВАТЭК-2008 (Москва 02-04 июня 2008). – М.: SIBICO International Ltd . 2008. на CD .

[5] Самодуров А. Н., Лысенко С. Е., Громов С. Л., Пантелеев А. А., Федосеева Е. Б. . Использование метода обратного осмоса для водоподготовки в теплоэнергетике // Теплоэнергетика. - 2006. - №6. – С. 26-30.

[6] R . Kr ü ger , A . Ososkov , S . Gromov , A . Panteleev , A . Sidorov , A . Rjabuha Innovative and Cost Saving Ultrafiltration Pre - treatment in Russian Power Plants // / Материалы конференции International Water Association Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод ЭКВАТЭК-2008 (Москва 02-04 июня 2008). – М.: SIBICO International Ltd . 2008. на CD .

[7] Громов С.Л., Ковалев М.П., Сидоров А.Р., Лысенко С.Е., Самодуров А.Н., Пантелеев А.А. Использование современных интегрированных мембранных технологий для улучшения качества питательной воды на предприятиях энергетики. Часть 1 // Водоочистка. – 2007. - № 8. С. 13-21.

[8] Громов С.Л., Ковалев М.П., Лысенко С.Е., Пантелеев А.А., Самодуров А.Н., Сидоров А.Р. Использование современных интегрированных мембранных технологий для улучшения качества питательной воды на предприятиях энергетики // Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение. – 2008. - № 2. – С. 20-29.

[9] А. А. Пантелеев , Е.Б. Аржанова , С. Л. Громов , С.А. Углов , М.П. Ковалев , А.А. Неборако , Б.С.Федосеев. Возможности интегрированных мембранных технологий (ИМТ) для минимизации объема стоков. журнал «Энергетика», № 2 (29), с.72-75, Алматы, 2009

[10] Громов С.Л. . Критические параметры обратного осмоса и противоточного ионного обмена // Энергосбережение и водоподготовка. – 2004. - №5. С. 13-14.

[11] Рябчиков Б.Е., Сибирев А.В., Корзина Ю.Е., Ларионов С.Ю. Сравнительные исследования эффективности регенерации ионообменного фильтра различными способами // Энергосбережение и водоподготовка. – 2006. - № 5 (43). – С. 2-6.

[12] Громов С.Л., Пантелеев А.А., Федосеева Е.Б., Углов С.А. Малосточная и экологически чистая технология получения воды для подпитки теплосетей // Энергетик. - 2005. - №3. - С. 30-32.

[13] Патент РФ на изобретение №2298529 «Способ водоподготовки», приоритет от 08.10.2005г. // Пантелеев А.А., Громов С.Л, Сидоров А.Р., Углов С.А.

[14] Патент РФ на полезную модель № 68501 « Установка для водоподготовки», приоритет от 21.02.2007г. // Пантелеев А.А., Громов С.Л, Сидоров А.Р., Неврев Е.В.

[15] Патент РФ на полезную модель № 78183 «Установка для подготовки глубоко обессоленной воды», приоритет от 25.06.2008г. // Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е, Громов С.Л, Сидоров А.Р.

[16] Патент РФ на полезную модель № 88664 «Установка для очистки воды микро- ультрафильтрацией», приоритет от 18.06.2009г. // Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Громов С.Л., Сидоров А.Р.

[17] Патент РФ на полезную модель № 89097 «Установка для получения обессоленной воды», приоритет от 18.06.2009г. // Пантелеев А.А., Рябчиков Б.Е., Громов С.Л., Сидоров А.Р., Аржанова Е.Б.

[18] «Ультрафильтрация Inge Руководство по эксплуатации» I nge AG, Flurstraße 27, D-86926 Greifenberg, Germany, 61 стр.