9. Методы опреснения и обессоливания подземных вод и области их применения

В подземных водах, которые могут служить источником для хозяйственно-питьевого водоснабжения, весьма часто в избыточном количестве встречаются и хлориды кальция, магния, железа и других металлов, придающих воде горький неприятный вкус. Эта вода не пригодна к использованию без предварительного ее обессоливания. Обессоливание – это извлечение из воды солей в зависимости от глубины осуществления процесса – называется либо опреснением, либо обессоливанием.

Для хозяйственно-питьевой воды концентрация сульфатов разрешается ≤ 500 мг/л; хлоридов ≤ 350 мг/л; концентрация кальция и магния ≤ 7 мг-экв/л (10 мг-экв/л), а в теплосиловых установках ≤ 0,001 мг/л.

Имеется много способов обессоливания воды, однако, в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения используется ионный обмен и обратный осмос (загрязнения IV группы).

9.1. Ионнообменный метод опреснения воды

Он основан на последовательном фильтровании воды через катионитовые, а затем анионитовые фильтры. Эти фильтры напорного типа.

В Н-катионитовом фильтре, содержащиеся в воде катионы, главным образом, Ca²⁺_, Mg²⁺, Fe²⁺, обмениваются на Н или Na катионы, входящие в состав ионообменной смолы, служащей фильтрующей загрузкой ионообменного фильтра.

Катионитовую смолу можно представить в таком виде:

( I этап) [К]Н + MgCl₂ [К]Mg + 2HCl – вода стала кислая

[К]Н – катионитовая смола

(II этап) Удаление хлоридов. При дальнейшем пропускании воды через ОН-катионитовые фильтры, анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы (ОН^-) ионообменной смолы.

[A]OH + HCl [A]Cl + H₂O

[A]OH – ионообменная смола

Схема ионного обессоливания представлена на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема ионного обессоливания воды:

1 – подача воды на обессоливание; 2 – Н-катионитовый фильтр; 3 – дегазатор; 4 – промежуточная накопительная емкость; 5 – насос; 6 – ОН-анионитовый фильтр; 7 – буферный Na-катионитовый фильтр; 8 – отвод обессоленной воды (к потребителю)

Область применения: на обессоливающую установку может подаваться вода с солесодержанием до 3 г/л, с цветностью ≤ 30^о, взвешенные вещества до 8 мг/л, перманганатная окисляемость должна быть ≤ 7 мг/л О₂.

Через ионитовую ионообменную установку пропускают только часть воды, с тем, чтобы после смешивания с неопресненной водой, общее солесодержание, считая по сульфатам и хлоридам, было не более 850 мг/л (хлориды ≤ 350 мг/л, сульфаты ≤ 500 мг/л).

Регенерация состоит из трех этапов: 1) взрыхление загрузки водой в направлении снизу вверх; 2) активация а) Н-катионит – соляной кислотой (НСl); б) ОН-анионит – щелочным раствором NaОН, Na₂SO₄ – кальцинированной содой; 3) отмывка загрузки водой от регенерационных растворов.

Все отходы от регенерации: вода, раствор активатора – должны собираться в отдельные емкости и утилизироваться, т.к. хвосты экологически грязные.

9.2. Опреснение воды обратным осмосом

Обратным осмосом называется процесс разделения растворов (соленой воды) путем фильтрования жидкости через полупроницаемую мембрану, пропускающую только молекулы воды и задерживающую гидратированные ионы (катионы и анионы). Для осуществления процесса разделения к очищаемой жидкости нужно приложить давление (разделение жидкости идет в напорном режиме).

Давление для разделения может достигать до 5 МПа (50 кг/см²). Основными узлами обратно-осмотических установок являются устройства для создания давления (насосы) и разделительные ячейки с мембранами.

Полупроницаемые мембраны изготавливают из различных полимерных метериалов.

Устройство модуля обратно-осмотического аппарата представлено на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Фильтр-прессовый аппарат:

1 – отвод обессоленной воды; 2 – соединительные болты с гайками; 3 – подача соленой воды; 4 – опорные металлические листы; 5 – напорная камера; 6 – мембраны; 7 – жесткая подложка (давление с обеих сторон одинаковое) – пористая НЖ; 8 – отвод рассола

В целом комплекс сооружений станции с обратно-осмотической установкой представлен на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Комплекс сооружений с опреснительной станцией

1 – насосная станция I подъема; 2 – резервуар исходной воды; 3 – здание станции опреснения; 4 – блок реагентов и насосов; 5 – блок обеззараживания; 6 – блок фильтров; 7 – блок высоконапорных насосов; 8 – блок опреснения (обратноосмотические установки); 9 – трубопровод исходной воды; 10 – трубопровод пресной воды; 11 – водонапорная башня; 12 – отвод рассола

Учитывая, что для питьевой воды концентрация солей может достигать 1 г/л на обратноосмотическое обессоливание требуется подавать только часть воды.

Область применения в питьевом водоснабжении: концентрация солей в воде до 20 г/л (очень большая); окисляемость перманганатная до 8 мг/л по кислороду; Взвешенные вещества до 10 мг/л.

Мембраны очень чувствительны к коллоидным веществам загрязнений и быстро выходят из строя в случае их наличия в воде.

Отводящийся рассол можно утилизировать, например, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄. Полученные вещества пригодны для активации (ААА).