Ефективни технологии за пречистване на водаПречистването на водите е актуална тема в съвременния живот. Стремежът за устойчиво развитие налага тенденцията за запазване на комфорта на живот, при икономично и разумно използване на природните ресурси. Водата, като жизненоважен фактор, е в основата на много съвременни технологии.
текст инж. Вера Ангелова
Обратната осмоза, известна още като реверсивна осмоза, е метод за пречистване на водата за индустриални процеси и потребителска консумация. Чрез този процес може да се отстранят минералните соли и замърсителите като бактерии и пестициди. Модерните технологии за пречистване на вода са подобрили и допълнили конвенционалния процес на обратната осмоза, намалявайки консумацията на енергия и вода, понижавайки капиталовите и текущите разходи, като при това се произвежда по-чиста вода. Тази публикация представя процеса обратна осмоза, като разглежда ползите от високоефективната обратна осмоза (HERO – High efficiency reverse osmosis) и сравнява HERO с конвенционалната технология на обратна осмоза/електродейонизацията.
Обратна осмоза
Обратната осмоза често се използва за пречистване на морска вода или вода с леко солен вкус, за да се получи питейна вода. Тя се използва и в някои промишлени процеси за производство на вода с високо ниво на чистота като редуцира разтворените минерали и замърсители в пречистваната вода. В системата се подава водна струя наричана захранваща вода, която се поставя под налягане в полупропусклива мембрана.
Основен елемент на тези системи е тънкослойната мембрана, както и филтрите за предварително пречистване. Работа на системите за обратна осмоза се основава на прост метод за пречистване и зависи от качеството на постъпващата към тях вода. За разлика от обикновените методи за пречистване на вода системата за обратна осмоза разделя входящата вода на два потока: пречистена вода и отпадна вода. В отпадната вода остават замърсявания, които са се намирали във водата преди процеса.
От системата за обратна осмоза излизат два водни потока – концентрирана струя (отпадна вода) и ултрафилтрат (пречистена вода). Концентратът е отделена вода с високо съдържание на разтворени минерали. Концентратът се изхвърля или част от него се рециклира обратно към захранващата струя, за да се повиши цялосното рециклиране на системата. Нормата на рециклиране (т.е. съотношението между обема на ултрафилтрата и обема на захранващата вода) обикновено е около 75% при конвенционалните системи за обратна осмоза, действащи в градските водоснабдителни мрежи.
Високоефективна обратна осмоза
Високоефективната обратна осмоза е патентована система първоначално разработена с цел осигуряване на ултра чиста вода за индустрията на микроелектрониката. HERO има няколко потенциални предимства пред конвенционалната обратна осмоза: по-голямо рециклиране на водата, по-високо качество на ултрафилтрата, и като цяло – по-ниски разходи. Системите HERO имат най-големи предимства при „предизвикателни” захранващи води (т.е. със съдържание на сяра по-голямо от 20 ppm) или области с големи разходи за вода, ограничено наличие на вода, високи изисквания към качеството на водата или нулеви изисквания към отвеждането на течностите. HERO обикновено се използва за индустриални процеси. Системата произвежда вода, която е с много по-високо качество от необходимото за питейна вода.
Как работи
Основна характеристика и предимство на системата HERO е предварителното химическо очистване, през което минава захранващата вода преди обратната осмоза. Предварителното пречистване премахва твърдостта на захранващата вода и повишава нейният водороден показател рН, което осигурява високоефективна обратна осмоза.
Захранващата вода подавана към системата обикновено съдържа много разтворени и суспендирани замърсители като магнезий, калций, силициев двуокис, хлор и бактерии. Магнезият и калцият са основните елементи, които правят водата „по-твърда”. Ако не бъде очистена, твърдата вода води до образуване на накип по мембраната на обратната осмоза (т.е. калциевите и магнезиевите съединения се утаяват по мембраната. Образуването на накип по мембраната съкращава нейния живот и увеличава разходите за поддръжка.
За да бъдат отстранени съставки като калция и магнезия към захранващата вода могат да бъдат добавени химикали, които да повишат алкалността до нивото на твърдост в концентрата. Този баланс между твърдостта и алкалността повишава ефективността на слабокиселинния катион (WAC), който е резултат от процеса на омекотяване. За да се получи мека вода, водородните йони от WAC смолата се обменят с твърдите йони на водата. Добавянето на водородни йони (Н+) намалява рН на захранващата вода, което превръща голяма част от подаваната алкалност във въглеродна киселина и въглероден двуокис. Към тази вода може да бъде добавена допълнителна киселина, която напълно да превърне оставащата алкалност в свободен въглероден двуокис, който след това може да бъде отстранен чрез дегазификация. Тази стъпка подобрява качеството на крайната вода и намалява количеството на химикалите, необходими за повишаването на рН при следващата стъпка. Следващата стъпка е повишаване на рН на захранващата вода до 10.5 с цел повишаване на разтворимостта на силициевия двуокис и разграждане на биологичните организми в захранващата вода. След това захранващата вода се подава към системата за обратна осмоза.
Ползи и разходи
Ползите от HERO системата са няколко. Например, тя редуцира образуването на накип по мембраната за реверсивна осмоза. Разтвореният силициев двуокис е една от основните причини за образуване на накип по мембраната. Повишаването на рН на водата, подавана към обратната осмоза, силно повишава разтворимостта на силициевия двуокис като елиминира потенциала му за образуване на накип. Повишаването на рН води до разрушаването на много бактерии и създава слабо отрицателен заряд, който отблъсква колоидите; и двете понижават задръстването на мембраната. Обикновено при HERO процеса 95-99% от водата (в зависимост от специфичните характеристики на обекта) се използват повторно. За сравнение нормата за повторно използване на водата при конвенционалната обратна осмоза е приблизително 75%. Освен това, чрез HERO се произвежда по-чиста вода отколкото чрез конвенционалната обратна осмоза и работната струя при е почти два пъти по-голяма.
Тъй като процесът на предварително очистване елиминира много от причините, на които се дължи замърсяването и накипа по мембраната, в HERO не използват химикали срещу накип и процесът изисква по-малко почистване и поддръжка, в сравнение с конвенционалната обратна осмоза. HERO има и определени свойства за „самолечение” и в резултат на това малките проблеми не могат да доведат до големи нарушения в системата. Също така има и екологични ползи като спестяване на вода и енергия, както и възможност HERO да използва ултрафилтрата (който е мека вода с високо рН) за направата на киселинен газов скрубер или за неутрализиране на газови отпадъци.
Капиталовите разходи за HERO обикновено са по-високи от тези за система на база на конвенционалната обратна осмоза за малки системи, поради необходимостта от предварително очистване. Обаче за големи системи, инвестиционните разходи за HERO са около 15% по-ниски поради по-голямата струя, което позволява да се използват по-малко мембрани за обратна осмоза. Поради по-високите норми за повторно използване на водата и по-слабото замърсяване и образуване на накип по мембраните, текущите и енергийните разходи обикновено са по-ниски от същите при конвенционалната обратна осмоза. Проучванията сочат, че в зависимост от характеристиките на захранващата вода и разходите за вода, текущите разходи за системата за високоефективна обратна осмоза са около 20-40% по-ниски в сравнение с разходите за конвенциоална система.
Обратна осмоза/Електродейонизация
Обратна осмоза/електродейонизация е друга технология за пречистване на вода. При нея захранващата вода първо се пречиства като преминава еднократна или двукратна обратна осмоза. След това водата преминава през камера за електро дейонизация.
По време на електродейонизацията пречистената чрез обратна осмоза захранваща вода се отвежда към клетка за дейонизация. По клетката се подава напрежение, което предизвиква миграция на йоните (т.е. разтворени соли) извън захранващата вода, през мембраните на клетката и в концентрирания поток от ултрафилтрат. Токът е движещата сила за отвеждане на йоните, но също и разделя водните молекули на въглеродни (Н+) и хидроксилни (ОН-) йони за пълна регенерация на йонообмена в края на клетката за дейонизация.
Големите енергийни изисквания на електродейонизацията могат да бъдат смекчени чрез проектирането на система с по-дълъг път (повече мембрани), за който е необходим по-малко ток за всеки пречистен литър вода. Необходима е координация между по-ниските първоначални инвестиционни разходи и по-ниските текущи разходи и разходите за поддръжка. С други думи, по-дългият път изисква повече мембрани (допълнителни капиталови разходи), но води до по-занижени изисквания за поддръжка на мембраните и до използване на по-малко енергия.02/03/2013 |
