В процессе работы системы мембранного разделения (обратный осмос/нанофильтрация) происходит увеличение солесодержания в концентрате и в пограничном слое на поверхности мембраны.
За счет концентрирования солей, содержание которых увеличивается в 2–4 раза по сравнению с исходной водой, имеет место образование труднорастворимых соединений с последующим их выпадением в осадок. К таким соединениям относятся — карбонаты и сульфаты кальция, сульфаты бария и стронция, соли кремниевой кислоты.
Образование отложений на поверхности мембран может привести к снижению производительности системы, росту перепада давления на мембранах и электропроводности пермеата, к увеличению количества химических промывок и снижению срока службы элементов.
Таким образом, необходимо предотвратить, либо минимизировать образование труднорастворимых соединений на поверхности мембран. На данный момент известны и применяются следующие методы:
– Корректировка pH исходной воды
– Умягчение исходной воды методом ионного обмена
– Дозирование антискаланта (ингибитора осадкообразования)
Каждый из вариантов применим для снижения отложений солей жесткости, и имеет как преимущества, так и ряд недостатков. На сегодняшний день все большее распространение получает метод ингибирования, который является комплексной мерой воздействия, тормозящей процессы кристаллизации всех видов малорастворимых соединений, и требует существенно меньших затрат.
В данной статье рассматривается применение ингибиторов осадкообразования на основе практического опыта.
Принцип действия антискалантов, препятствующих росту кристаллов и выпадению осадков, достаточно сложный. Наибольшее распространение получили вещества на основе фосфатов и фосфонатов и производных акриловой кислоты. Такие реагенты использовались компанией БВТ до 2012 года.
В 2012 году подразделением BWT Франция был выпущен антискалант нового поколения Fumados® SG33. На основе практического опыта компании БВТ, можно утверждать, что данный реагент обладает выраженным стабилизирующим и диспергирующим свойствами. Дополнительным преимуществом реагента является отсутствие фосфора в сточных водах установок обратного осмоса при его использовании, что снижает загрязнение поверхностных водоемов биогенными элементами.
Химическое соединение, которое лежит в основе ингибитора Fumados® SG33 представляет собой натриевую соль сополимера акриловой и малеиновой кислоты, имеет ветвистое строение (так называемый дендример — разветвленная макромолекула) и отличается трехмерной объемной структурой, устойчивым молекулярным весом и минимальной полидисперсностью. На рис 1 и 2 схематически показана структура дендримера.
Антискалант поставляется в виде жидкости светло-янтарного цвета (pH 2,2–2,5), и, как правило, дозируется в питательную воду перед установкой обратного осмоса (перед фильтром тонкой очистки 5 мкм) в количестве 2–6 мг/л в зависимости от состава исходной воды.
Применимо к каждому отдельному случаю доза определяется с помощью специальной компьютерной программы и консультаций специалиста. Отличительной особенностью ингибитора является то, что превышение дозы не вызывает негативных последствий.
Антискалант Fumados® SG33 обладает следующими свойствами:
– оказывает стабилизирующее действие на следующие вещества:
- карбонат кальция
- фосфат кальция
- сульфат кальция
- сульфат стронция
- сульфат бария
- кремний
- железо
- коллоиды
– совместим со всеми типами обратноосмотических мембран
– обеспечивает качество обработки при экстремальных значениях рН и температуры, сохраняет стабильность в присутствии многовалентных ионов, таких как железо
– поставляется в виде суперконцентрата (удельная плотность 1,05–1,2 г/л), что делает удобным его транспортировку
– не содержит фосфаты и производные фосфатов, поэтому не стимулирует осаждение ионов металлов и биологический рост в емкостях, трубопроводах, обратноосмотических модулях
– соответствует требованиям стандарта ANSI/NSF 60 и может использоваться в системах подготовки питьевой воды (с максимальной дозой до 10 мг/л)
– может использоваться для воды различного состава
Рассмотрим применение антискаланта Fumados® SG33 на примере его использования на предприятии ООО «Саф-Нева» в г. Узловая. Исходная вода на заводе отличается солесодержанием до 2 г/л, высокой общей жесткостью (до 30 мг-экв/л) и повышенной концентрацией железа (до 12 мг/л).
Система водоподготовки на этом объекте состоит из блока обезжелезивания, блока дозирования бисульфита натрия и антискаланта (предварительная подготовка питательной воды), блока системы обратного осмоса общей производительностью 12 м³/ч (две установки с расчетной производительностью 6 м³/ч), блока дозирования корректирующих реагентов подпиточной воды котлов. Параметры качества питательной воды, поступающей на установки обратного осмоса (УОО), представлены в табл.1.
Исходя из параметров качества питательной воды, на мембранных элементах был повышен риск образования карбонатов и сульфатов кальция, сульфатов стронция.
Перед установками обратного осмоса первоначально использовалось дозирование антискаланта на основе акриловой кислоты производства Avista Tech. Однако в связи с достаточно быстрым снижением характеристик работы систем обратного осмоса и увеличением частоты химических промывок было принято решение об использовании ингибитора Fumados® SG33.
На протяжении первых недель после первоначального запуска системы ВПУ наблюдалось постепенное ухудшение параметров работы установок обратного осмоса - снижение производительности, увеличение перепада давления на мембранах и электропроводности пермеата. Так, в течение 3 недель электропроводность пермеата повысилась с 30 мкСм/см до 90 мкСм/см, производительность каждой системы снизилась до 5,2–5,8 м³/час. После проведения кислотно — щелочной промывки показатели кратковременно улучшались. Однако, характеристики системы начинали снижаться уже в течение 4 дней после проведения CIP мойки.
При использовании реагента Fumados® SG33, показатели установок обратного осмоса плавно стабилизировались, значительного снижения производительности, и увеличения перепада давления не наблюдалось. Значение электропроводности в течение последних 8 месяцев до замены мембран повышалось незначительно (в пределах 15 %), производительность держалась на отметке 5,6–5,9 м³/час. Потребность в кислотно-щелочных промывках сократилась в 2–3 раза.
После эксплуатации системы в течение одного года, была произведена замена комплекта мембранных элементов. Ингибирование исходной воды проводится антискалантом Fumados® SG33. Обе системы стабильно работают с расходом пермеата 6–6,2 м³/час, электропроводность находится на уровне 30–40 мкСм/см. Периодичность химических промывок составляет 1 раз в 2 месяца.
Технологические параметры работы одной системы обратного осмоса (расчетная производительность по пермеату 6 м³/ч) в течение первых двух месяцев после запуска в эксплуатацию и после замены антискаланта (без замены мембран) представлены ниже.
Примечание: На графике приведены параметры работы системы с использованием разных антискалантов до замены комплекта мембран.
Необходимо уточнить, что дозирование антискаланта производится без предварительной установки умягчения. Fumados® SG33 может дозироваться как в чистом, так и в разбавленном виде. Активное вещество можно для этого разбавлять обессоленной водой.
Дозирование можно производить, например, с помощью дозировочных станций Medomat FP 60,100,200.
В течение 3-х лет реагент Fumados® SG33 применяется компанией BWT на таких объектах, как «Саф-Нева» Узловая, «Воронежские дрожжи», «Синтез» Курган, «Саф-Нева» Курган, «Чеченские минеральные воды» и др. и подтверждает свои свойства. Следует отметить, что некоторые предприятия приняли решение перейти на антискалант Fumados® SG33 вместо использования иных ингибиторов.
В процессе эксплуатации установок обратного осмоса антискалант Fumados® SG33 подтвердил соответствие заявленным свойствам на высоком уровне, особенно в условиях сложных составов исходной воды с повышенным солесодержанием, жесткостью, солями кремниевой кислоты и других соединений, способных образовывать труднорастворимые отложения.
