Система глубокого обессоливания пресных и соленых вод с установками обратного осмоса и катионирования

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для получения глубоко обессоленной воды из природных пресных и соленых вод для питания котлов высокого и сверхкритического давления тепловых электростанций, а также энергоблоков газотурбинных установок. Достигаемым результатом полезной модели является повышение глубины обессоливания воды до норм качества добавочной воды котлов высокого давления, энергоблоков сверхкритического давления и газотурбинных установок. Это обеспечивается тем, что, в системе с по меньшей мере одноступенчатой обратноосмотической установкой и установкой для коррекционной обработки пермеата согласно полезной модели, последняя выполнена в виде Na-, или NH₄-, или Н- катионитного фильтра, подключенного по входу к линии пермеата за предпоследней или последней ступенью обратноосмотической установки. 1 нез., 3 доп. п. ф-лы, 8 ил.

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для получения глубоко обессоленной воды из природных пресных и соленых вод для питания котлов высокого (ВД) и сверхкритического (СКД) давления тепловых электростанций (ТЭС), а также энергоблоков газотурбинных установок (ГТУ).

На ряде ТЭС применяют системы глубокого обессоливания, содержащие последовательно включенные установку предварительной подготовки воды, обратноосмотическую установку (ООУ) в качестве первой ступени обессоливания и ионообменную установку на Н- ОН- фильтрах в качестве второй ступени обессоливания [1, 2, 3] - аналоги. Недостатком системы по [1, 2, 3] является применение ионообменной установки в качестве второй ступени обессоливания, что связано с расходом реагентов (кислоты и щелочи) на регенерацию Н- ОН- фильтров, сбросом отработанных регенерационных растворов, содержащих высокие концентрации реакционноспособной кислоты и щелочи, необходимостью создания кислотного и щелочного хозяйств.

Известна система глубокого обессоливания природных вод, содержащая двухступенчатую ООУ и устройство для ввода в обрабатываемую воду перед ООУ добавки веществ, ионы которых обладают отрицательными гидратационными постоянными [4] - аналог. Недостатком системы согласно [4] является необходимость ввода веществ, увеличивающих солесодержание исходной воды, и малый межрегенерационный период (время между промывками мембран) - не более 94 суток.

Известна принимаемая в качестве ближайшего аналога полезной модели система глубокого обессоливания пресных и соленых вод, содержащая по меньшей мере одноступенчатую обратноосмотическую установку и установку для коррекционной обработки пермеата [5]. Согласно [5] установка для коррекционной обработки пермеата представляет собой дозатор раствора едкого натра в исходную воду второй ступени ООУ. Это позволяет переводить растворенную CO₂ в бикарбонат-ионы, которые эффективно задерживаются второй ступенью ООУ, в результате чего качество пермеата по электропроводимости улучшается. К недостаткам системы согласно [5] следует отнести:

- недостаточно глубокое удаление катионов жесткости и натрия, что требует традиционно применяемого в теплоэнергетике дообессоливания пермеата на Н- ОН- фильтрах и связанных с этим расхода реагентов кислоты и щелочи, сброса минерализованных (кислых и щелочных) стоков, необходимости создания кислотного и щелочного реагентных хозяйств;

- увеличение концентрации натрия в питательной воде второй ступени ООО и соответственно повышение его содержания в пермеате;

- ненадежность щелочной коррекции рН пермеата первой ступени ООО, при которой возможно как передозирование раствора NaOH, разрушающе воздействующего на материал мембранных элементов, так и недодозирование с неполным связыванием свободной СО ₂.

Достигаемыми результатами полезной модели являются:

- повышение глубины обессоливания воды с уменьшением ее электропроводимости, а также уменьшением содержания катионов жесткости и натрия до норм качества добавочной воды котлов ВД, энергоблоков СКД и ГТУ;

- устранение необходимости в ионообменном дообессоливании пермеата, требующего применения реагентов (кислоты и щелочи) и сброса концентрированных кислых и щелочных растворов;

- устранение необходимости в дозировании раствора NaOH в исходную воду второй ступени ООУ.

Указанные результаты обеспечиваются тем, что в системе глубокого обессоливания пресных и соленых вод, содержащей по меньшей мере одноступенчатую обратноосмотическую установку и установку для коррекционной обработки пермеата, согласно полезной модели, установка для коррекционной обработки пермеата выполнена в виде Na-, или NH₄-, или Н- катионитного фильтра, подключенного по входу к линии пермеата за предпоследней или последней ступенью обратноосмотической установки.

При этом катионитный фильтр может быть включен в линию пермеата последовательно со ступенями обратноосмотической установки и снабжен байпасной линией. Катионитный фильтр может быть также подключен параллельно к последней ступени обратноосмотической установки.

В отличие от приведенных выше аналогов, где применяются ионообменные фильтры в качестве полноценных ступеней химического обессоливания пермеата, согласно полезной модели предусматриваются фильтры, в основном, для частичного, и реже, полного катионирования пермеата. Причем в варианте Na- или NH ₄- катионирования для регенерации фильтров применяется натриевая или аммонийная соль. Таким образом, в отличие от ступени химического обессоливания в данном случае применяются только фильтры с катионообменной смолой и не применяются фильтры с дорогостоящей анионообменной смолой. Соответственно, в качестве регенеранта не используется дорогостоящая каустическая сода.

Рассмотрим исходные данные для обоснования преимуществ системы глубокого обессоливания согласно полезной модели.

Основные типы природных пресных вод характеризуются следующим диапазоном концентраций компонентов, которые лимитируются в обессоленной воде: жесткость Ж=1÷5 мг-экв/дм³, Na=4÷100 мг/дм³, SiO₂=3÷15 мг/дм³ , солесодержание=100÷550 мг/дм³, электропроводимость æ=200÷1100 мкСм/см.

В случае Na- или Н- Na- катионирования исходной воды перед ООУ ее жесткость будет Ж=10÷100 мкг-экв/дм³, а содержание натрия Na=27÷215 мг/дм³. Для природных соленых и морских вод характерные содержания тех же примесей составляют: Ж=60÷80 мг-экв/дм ³, Na=2000÷4000 мг/дм³, SiO₂ =3÷10 мг/дм³, солесодержание=5÷18 г/дм ³. После первой ступени ООУ содержание этих компонентов в опресненной соленой или морской воде составит: Ж=0,8÷2,0 мг-экв/дм³, Na=30÷100 мг/дм³, SiO ₂=0,05÷0,15 мг/дм³, солесодержание=250÷400 мг/дм³, æ=500÷800 мкСм/см, т.е. состав опресненной соленой или морской воды соответствует характерному диапазону содержания этих примесей в природных пресных водах.

Основные показатели качества обессоленной воды, лимитируемые при подготовке добавочной воды котлов ВД в теплоэнергетике и других отраслях промышленности, следующие:

Ж1,0÷3,0 мкг-экв/дм³, Na 80÷100 мкг/дм³,

SiO25÷100 мкг/дм³, Ж1,0÷2,0 мкСм/см,

а для котлов СКД и ГТУ:

Ж0,1÷05 мкг-экв/дм³, Na10÷20 мкг/дм,³

SiO210÷20 мкг/дм³, æ0,5 мкСм/см.

В таблице 1 приведены возможные минимальные и максимальные значения указанных показателей пермеата первой и второй ступеней ООУ при соответственно минимальных и максимальных характерных показателях исходной пресной воды.

Таблица 1
Показатели качества	Значения	Исходная вода перед ООУ	Пермеат ООУ-1 ст.	Пермеат ООУ-2 ст.
Ж, мг-экв/дм3	min
max
Na, мг/дм3	min
max
SiO2, мг/дм3	minmaxmin	3÷415÷20100÷150	0,05÷0,0650,25÷0,32÷3	0,005÷0,00650,025÷0,030,2÷0,3
Солесодержание,мг/дм 3	max min	500÷600 200÷300	10÷12 4÷6	0,5÷0,6 0,4÷0,6
æ, мкСм/см	max	1000÷1200	2÷24	1,0÷1,2
*Примечание: числитель - показатели состава исходной воды после предочистки; знаменатель - показатели состава исходной воды после предочистки и Na- катионирования

В таблице 2 приведены характерные показатели качества пермеата первой, второй и третьей ступеней ООУ, полученного из Каспийской морской воды.

Как видно из табл.1, из всех лимитируемых показателей только содержание кремнекислоты и электропроводимость пермеата после второй ступени ООУ соответствуют требуемым нормам. Для морской воды (табл.2) это достигается после третьей ступени ООУ. Другие показатели - жесткость и содержание Na близки к нормам, но не во всех случаях соответствуют им.

Следовательно, необходимо увеличение степени удаления именно этих катионов - Ж и Na. Введение для этого еще одной ступени ООУ (третьей на пресной воде и четвертой на морской воде) нерационально по технико-экономическим соображениям и неэффективно по технологической сути процесса мембранного обессоливания. При низком солесодержании (менее 1 мг/дм³) обратный осмос перестает работать, так как с увеличением диссоциации молекул воды происходит повышение проницаемости гидрофильных мембран.

Решение этой проблемы согласно полезной модели обеспечивается повышением качества пермеата в необходимом (относительно узком) диапазоне концентрации жесткости и натрия.

Приведенные диапазоны расходов подаваемого на катионирование пермеата последней или предпоследней ступеней ООУ требуют соответствующего обоснования их граничных значений. Ниже приведены значения показателей качества исходной воды по жесткости и натрию, выше которых обосновано применение предлагаемой системы обессоливания.

Для котлов ВД при обычном двухступенчатом обратноосмотическом обессоливании требуемое качество добавочной воды (Ж1 мкг-экв/дм³ и Na80 мкг/дм³) будет достигаться при содержании в исходной воде Ж1,0 мг-экв/дм³ и Na50 мг/дм³ и соответственно после первой ступени ООУ при Ж10 мкг-экв/дм³ и Na800 мкг/дм³.

Для блоков СКД и ГТУ при обычном двухступенчатом обратноосмотическом обессоливании требуемое качество добавочной воды (Ж0,1 мкг-экв/дм³ и Na10 мкг/дм³) будет достигаться при содержании в исходной воде Ж0,1 мг-экв/дм³ и Na7 мг/дм³ и соответственно после первой ступени ООУ при Ж0,1 мкг-экв/дм³ и Na100 мкг/дм³.

Как видно из приведенных данных, обессоливание в двухступенчатой ООУ обеспечивает требуемое качество добавочной воды для котлов ВД только в очень узком диапазоне состава исходных маломинерализованных вод, для некоторых природных вод либо для вод после их известковокоагуляционной обработки. Для блоков СКД и ГТУ указанная задача вообще не обеспечивается из-за непомерно высоких требований к качеству исходной воды. Таким образом, в основном диапазоне характерных составов природных вод обессоливание в традиционной двухступенчатой ООУ недостаточен, и требуется ее усиление установкой катионирования, обеспечивающей необходимую коррекцию качества обессоленной воды по Ж и Na.

На фиг.1-8 приведены схемы, иллюстрирующие различные возможные варианты реализации системы глубокого обессоливания согласно полезной модели. Установка глубокого обессоливания содержит линию 1 подвода осветленной воды (OВ), обратноосмотическую установку первой ступени обессоливания (ООУ-1 ст.) 2, линию 3 отвода пермеата первой ступени, Na-катионитный фильтр (Na) 4 (фиг.1, 3), NH ₄-катионитный фильтр (NH₄) 5 или Н-катионитный фильтр (Н) 6 (фиг.2, 4, 5, 6, 7, 8), линию 7 байпасирования Na-или NH₄-катионитного фильтра 4, 5, обратноосмотическую установку второй ступени обессоливания (ООУ-2 ст.) 8, линию 9 отвода пермеата второй ступени, линию 10 отвода концентрата ООУ-1 ст., линию 11 отвода концентрата ООУ-2 ст., линию 12 отвода обессоленной воды после Na-, или NH₄-, или Н-катионитного фильтра, обратноосмотическую установку третьей ступени обессоливания (ООУ-3 ст.) 13, линию 14 отвода пермеата третьей ступени, линию 15 отвода концентрата ООУ-3 ст.

Рассмотрим соответствующие этим схемам варианты реализации способа согласно изобретению для котлов ВД (варианты 1-6, табл.3-8) и блоков СКД и ГТУ (варианты 7, 8, табл.9, 10) в зависимости от качества исходной воды и способа комбинирования OOO и катионирования.

Вариант 1 (фиг.1) - Na-катионирование (в фильтре 4) 20÷100% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2) перед подачей его на ООУ последней ступени (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Na-катионирования приведены в таблице 3.

Вариант 2 (фиг.2) - NH₄-катионирование (в фильтре 5) 20÷100% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2) перед подачей на ООУ последней ступени (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH₄-катионирования приведены в таблице 4.

Вариант 3 (фиг.3) - Na-катионирование (в фильтре 4) 20÷100% расхода пермеата последней ступени ООУ (на чертеже - ООУ-3 ст.13, но это может быть и вторая ступень 8). В таблице 5 приведены показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Na-катионирования применительно к варианту с последней второй ступенью ООУ-2 ст 8.

Вариант 4 (фиг.4) - NH ₄-катионирование (в фильтре 5) 20÷100% расхода пермеата последней ступени ООУ (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NН₄ -катионирования приведены в таблице 6.

Вариант 5 (фиг.5)- NH₄-катионирование (в фильтре 5) 20÷80% расхода пермеата предпоследней ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH₄-катионирования приведены в таблице 7.

Вариант 6 (фиг.6) - NH₄-катионирование 100% расхода пермеата одной ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH₄-катионирования приведены в таблице 8.

Вариант 7 (фиг.7) - NH₄-катионирование 100% расхода пермеата первой ступени ООУ (ООУ-1 ст.2). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH₄-катионирования приведены в таблице 9.

Вариант 8 (фиг.8) - NH₄-катионирование 100% расхода пермеата второй ступени ООУ (ООУ-2 ст.8). Для этого варианта показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и NH₄-катионирования приведены в таблице 10.

Показатели составов исходной и очищаемой воды по ступеням ООУ и Н-катионирования не приводятся, так как при этом обеспечиваются аналогичные показатели составов очищаемой воды, что и по ступеням ООУ и NH₄-катионирования, при тех же границах расходов пермеата, подвергаемого катионированию.

Таблица 3
Наименование потока	Показатели состава	Доля Na-катионированного пермеата ООУ 1 ст. в питательной воде ООУ 2 ст., %
0	10	20	50	80	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3 Na, мг/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	3,0	3,2	3,2
50	50	48	48	37	16	7	10
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,01	0,012	0,012	0,02	0,03	0,032	0,032
Na, г/дм 3	0,8	0,8	0,72	0,72	0,56	0,24	0,105	0,15
Перм. ООУ 1 ст. после Na-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	-	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na,мкг/дм3	-	930	1000	1000	1015	930	790	860
Питат. вода ООУ 2 ст. (смесь перм. ООУ 1 ст. с.	Ж, мкг-экв/дм3	-	9,1	10,9	10	10	9	-	-
Na-кат. перм	Na, мкг/дм3	-	13	750	780	780	790	-	-
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	1	1	1,1	1	1	1	1	1
	Na, мкг/дм 3	80	81,3	80	80	80	80	80	86

Таблица 4
Наименование потока	Показатели состава	Доля NH4-катионированного пермеата ООО 1 ст. в питательной воде ООУ 2 ст., %
0	10	20	50	80	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,0	1.2	1.2	1,8	3,4	4,0	4,0
Na, мг/дм3	50	50	60	60	90	160	260	280
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,01	0,012	0,012	0,018	0,034	0,04	0,04
Na, мг/дм3	0,8	0,8	0,9	0,9	1,3	2,2	3,9	4,2
Перм. ООУ 1 ст. после NH4-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	-	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na, мкг/дм3	-	160	180	180	260	440	780	840
Питат. Вода ООУ 2 ст. (смесь перм. ООУ 1 ст. с NН4 -кат-ным пермеатом)	Ж, мкг-экв/дм3	-	9,1	10,9	10	10	10	-	-
Na, мкг/дм3	-	736	828	770	780	780	-	-
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж,мкг-экв/дм3	1	1	1,1	1	1	1	1	1
	Na, мкг/дм3	80	80	82,8	80	80	80	80	84
Таблица 5
Наименование потока	Показатели состава	Доля Na-катионированного пермеата ООУ 2 ст. в обессоленной воде, %
0	10	20	50	80	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	2,7	3,0	3,5	3,0
Na, мг/дм3	50	50	39	39	38	20	7	7	10
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,01	0,012	0,012	0,02	0,027	0,03	0,035	0,03
Na,мкг/д3	0,8	0,8	0,59	0,59	0,57	0,3	0,1	0,1	0,15
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	2,7	3,0	3,5	3,0
Na, мкг/м3	80	80	59	59	57	30	10	10	15
Пермеат ООУ 2 ст. после Na-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	-	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na,мкг/д3	-	101	84	84	98	90	80	91	82
Обессол. вода (смесь пермеата ООУ 2 ст. с Na-катион. пермеатом)	Ж, мкг-экв/дм3	-	1	1,1	1	1	1	-	-	-
Na, мкг/дм3	-	98,9	80	80	80	80	-	-	-

Таблица 6
Наименование потока	Показатели состава	Доля NН4-катионированного пермеата ООУ 2 ст. в обессоленной воде, %
0	10	20	50	80	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	5,0	20,0	20,0
Na, мг/дм3	50	50	60	60	90	150	270	280
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,01	0,012	0,012	0,02	0,05	0,2	0,2
Na, мг/дм3	0,8	0,8	0,9	0,9	1,35	2,3	4,0	4,2
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	5,0	20	20
Na, мкг/дм3	80	80	90	90	130	230	400	420
Пермеат ООУ 2 ст. после NН4-катион.	Ж, мкг-экв/дм3	-	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	1	1
Na, мкг/дм3	-	16	18	18	26	46	80	84
Обес. вода (смесь перм. ООУ 2 ст. с NH4-кат. пермеатом)	Ж, мкг-экв/дм3	-	1	1,1	1	1	1	-	-
Na, мкг/дм3	-	80	82,8	80	80	80	-	-
Таблица 7
Наименование потока	Показатели Состава	Доля NН4-катионированного пермеата ООО 2 ст. в обессоленной воде, %
0	10	20	50	80	90	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,0	1,2	1,2	2,0	2,5	2,5	3,0	3,0
Na, мг/дм3	52	45	45	45	40	35	35	30	30
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,01	0,012	0,012	0,02	0,025	0,025	0,03	0,03
Na, мг/дм3	0,78	0,67	0,67	0,67	0,52	0,45	0,45	0,4	0,4
Пермеат ООУ 1 ст. после NH4-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	-	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	1,0
Na, мкг/дм3	-	130	130	130	100	90	90	80	80
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	1	1,0	1,2	1,2	2,0	2,5	2,5	30	-
Na, мкг/дм3	80	67	67	67	50	45	45	40	-
Обессол. вода (смесь перм. ООУ 2 ст. с NH4-кат. перм. ООУ 1 ст.)	Ж, мкг-экв/дм 3	-	1	1	1	1	1	1	1	-
Na, мкг/дм3	-	80	80	80	80	80	85	80	-

Таблица 8
Наименование потока	Показатели состава	NH4-катионированный пермеат ООУ 1 ст.
100	100	100	100	100	100	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	4,5
Na, мг/дм3	7	15	20	25	30	30	30	32
Пермеат ООУ	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,045	0,045
Na, мг/дм3	0,105	0,22	0,3	0,37	0,4	0,4	0,4	0,416
Перм. ООУ после NH4-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na, мкг/дм3	20	42	55	74	80	80	80	83,2
Таблица 9
Наименование потока	Показатели состава	NН4-катионированный пермеат ООУ 1 ст.
100	100	100	100	100	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
Na, мг/дм3	10	15	20	30	40	50	60
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04
Na, мг/дм3	0,15	0,23	0,3	0,45	0,6	0,75	1,0
Пермеат ООУ 1 ст. после NH4-кат-ния	Ж, мкг-экв/дм3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na, мкг/дм3	30	46	60	90	120	150	200
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na, мкг/дм3	3,0	4,6	6,0	9,0	12,0	15,0	20,0
Таблица 10
Наименование потока	Показатели состава	NH4-катионированный пермеат ООУ 2 ст.
100	100	100	100	100	100	100	100
Исходная вода	Ж, мг-экв/дм3	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,0
Na, мг/дм3	10	15	20	30	35	40	50	60
Пермеат ООУ 1 ст.	Ж, мг-экв/дм3	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,05	0,06
Na, мг/дм3	0,15	0,23	0,3	0,45	0,52	0,6	0,75	0,9
Пермеат ООУ 2 ст.	Ж, мкг-экв/дм3	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,0
Na, мкг/дм3	10,5	23	30	45	52	60	75	90
Пермеат ООУ 2 ст. после NH4-катион.	Ж, мкг-экв/дм3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Na, мкг/дм3	2,0	4,6	6,0	9,0	10,4	12,0	15,0	18,0

Как видно из таблиц 3 и 5, содержание Ж и Na в обессоленной воде взаимосвязано. При повышении Ж в исходной воде увеличение доли Na-катионируемой воды возможно лишь при условии пониженного содержания в ней Na, так как Na-катионирование пермеата ООУ 1 ст. или ООУ 2 ст. приводит к тем большим концентрациям Na, чем выше содержание исходной Ж.

Как видно из таблиц 4, 6, 7, 8, 9, 10 при NH ₄-катионировании этот процесс не зависит от соотношения Ж и Na.

Граничные значения рассмотренных выше вариантов комбинированной обработки воды обусловлены показателями состава исходной воды, требуемыми показателями качества обессоленной воды и технико-экономической и технологической целесообразностью организации процессов обратноосмотического обессоливания и катионирования в определенном диапазоне расходов обрабатываемой воды.

Рекомендуемый диапазон расходов пермеата, подаваемого на Na-, или NH₄-, или Н-катионирование, составляет 20÷100%.

Как видно из таблиц 3, 4, 5, 6, 7, 8 при дальнейшем увеличении Na и/или Ж в исходной воде даже 100% катионирование уже не обеспечивает требуемое качество добавочной воды котлов ВД, а как видно из таблиц 9, 10 - не обеспечивает требуемое качество добавочной воды также для блоков СКД и ГТУ. Для получения добавочной воды применительно к блокам СКД и ГТУ (табл.9 и 10) необходимо NH₄- катионирование 100% расхода пермеата.

Исключением является вариант 5, для которого оптимальный предел верхнего граничного значения NH₄-катионирования составляет 80% расхода пермеата. В таблице 7 (вариант 5) приведены показатели по ступеням ООУ только в сочетании с NH₄-катионированием, так как обработка пермеата по байпасу к ООУ 2 ст. Na-катионированием не обеспечивает нормативного качества воды даже при минимальных исходных содержаниях Ж и Na.

Таким образом, при работе по варианту 5 целесообразно NH₄-катионирование максимум 80% расхода пермеата ООУ 1 ст., так как при NH₄ -катионировании 100% расхода пермеата ООУ 1 ст. вторая ступень ООУ исключается, и схема превращается в вариант 4, то есть NH ₄-катионирование 100% расхода пермеата последней ступени ООУ. Для пресных природных вод в этом случае ступень ООУ является первой и последней, но для минерализованных и морских вод она может быть, например, второй (вариант 8) и, следовательно, последней ступенью ООУ.

В таблице 8 приведены показатели одноступенчатой ООУ в сочетании с NH₄-катионированием 100% расхода пермеата ООУ. Диапазон применения указанного варианта реализации предлагаемого способа (вариант 6) обусловлен показателями исходной воды. Нижняя граница диапазона соответствует минимально возможным содержаниям Ж - 1,0 мг-экв/дм³ и Na - 7 мг/дм³ (природные воды с меньшим содержанием Ж и Na практически отсутствуют). Верхняя граница диапазона ограничена суммарными технологическими возможностями ООУ и установки NH ₄-катионирования по удалению натрия. Исходя из этого, при исходном содержании Na более 30 мг/дм³ остаточное его содержание в NH₄-катионированном пермеате будет превышать требуемую для котлов ВД концентрацию 80 мкг/дм ³.

Изложенное подтверждается приведенными ниже примерами.

Пример 1. Исходную водопроводную воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают по линии 1 осветленной воды (OВ) на ООУ-1 ст.2 (фиг.1). 80% расхода пермеата первой ступени подают в фильтр 4 на Na-катионирование, после чего умягченный пермеат смешивают с оставшимися 20% расхода неумягченного пермеата ООУ-1 ст., подаваемого по линии 7. Полученная смесь поступает на ООУ-2 ст.8. Пермеат ООУ-2 ст. по линии 9 направляют в пароводяной цикл котлов ВД (14 МПа). Концентрат ООУ-2 ст. по линии 11 подают на разбавление OВ перед ООУ-1 ст.2. В таблице 11 приведены показатели состава OВ, пермеата ООУ-1 ст., Na-катионированного пермеата ООУ-1 ст., смеси Na-катионированного и неумягченного пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-2 ст.

Как видно из табл.11, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды для котлов ВД.

Пример 2. Исходную подземную соленую воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают на первую ступень ООУ-1 ст.2, пермеат которой подают на вторую по пермеату ступень ООУ-2 ст.8 (фиг.3), пермеат последней подают на третью по пермеату ступень ООУ-3 ст.13. На фиг.3 представлены только вторая и третья ступени ООУ. 40% пермеата ООУ-3 ст.13 подают в фильтр 4 на Na-катионирование, после чего катионированный пермеат смешивают с оставшимися 60% расхода необработанного пермеата ООУ-3 ст. Полученную смесь направляют в пароводяной цикл котлов ВД (14 МПа). Концентраты второй и третьей по пермеату ступеней ООУ подают по линиям соответственно 11 и 15 на разбавление исходной воды предыдущей ступени ООУ.

В таблице 12 приведены показатели состава OВ, пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-3 ст., Na-катионированного пермеата ООУ-3 ст. и смеси Na-катионированного и необработанного пермеата ООУ-3 ст.

Как видно из табл.12, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды котлов ВД.

Пример 3. Исходную пресную воду после осветления и стабилизационной обработки ингибитором солеотложений (антискалантом) подают на первую ступень ООУ-1 ст.2. 65% пермеата первой ступени подают на вторую ступень ООУ-2 ст.8 (фиг.5), а оставшиеся 35% пермеата - по байпасной линии 12 к ООУ-2 ст.8 на NH₄-катионирование. Далее NH ₄-катионированный пермеат ООУ-1 ст. смешивают с пермеатом ООУ-2 ст. Полученную смесь направляют в пароводяной цикл котлов ВД. Концентрат ООУ-2 ст.8 подают на разбавление ОВ перед ООУ-1 ст.2.

В таблице 13 приведены показатели состава ОВ, пермеата ООУ-1 ст., пермеата ООУ-2 ст., NH₄-катионированного пермеата ООУ-1 ст., и смеси NH₄-катионированного пермеата ООУ-1 ст. и пермеата ООУ-2 ст.

Как видно из табл.13, качество полученной обессоленной воды соответствует нормам качества добавочной воды котлов ВД.

Источники информации:

1. Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС.- Мамет А.П., Ситняковский Ю.А.- Теплоэнергетика, 2000, 7, с.20-22.

2. Сравнение экономичности ионитного и обратноосмотического обессоливания воды. - Мамет А.П., Ситняковский Ю.А.- Электрические станции, 2002, 6, с.63-66.

3. Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО - 166 на Нижнекамской ТЭЦ-1. - Ходырев Б.Н. и др. Электрические станции, 2002 6, с.54-62.

4. Патент RU 2129527, 6 С02F 1/00, 1996.

5. В.И.Федоренко, И.Е.Карякин, С.Е.Бурковский. Производство ультрачистой воды с применением двухступенчатого обратного осмоса. Серия. Критические технологии. Мембраны, 2004, 4 (24), с.1-15.

Формула полезной модели

1. Система глубокого обессоливания пресных и соленых вод, содержащая, по меньшей мере, двухступенчатую обратноосмотическую установку и установку для коррекционной обработки пермеата, отличающаяся тем, что установка для коррекционной обработки пермеата выполнена в виде Na- или H-катионитного фильтра, подключенного по входу к линии пермеата за предпоследней ступенью обратноосмотической установки или NH₄-катионитного фильтра, подключенного по входу к линии пермеата за предпоследней или последней ступенью обратноосматической установки.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что катионитный фильтр включен в линию пермеата последовательно со ступенями обратноосмотической установки.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что катионитный фильтр снабжен байпасной линией.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что катионитный фильтр подключен параллельно к последней ступени обратноосмотической установки.