Термические методы опреснения

В настоящее время наиболее распространенным методом опреснения вод с солесодержанием более 7 г/л следует считать термический, обеспечивающий получение опресненной воды и концентрата с солесодержанием 150—180 г/л, который может быть переработан в товарные солепродукты.

Выпарные установки широко применяются для опреснения морской воды с целью получения питьевой воды и высококачественного дистиллята, для концентрирования растворов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

Впервые в отечественной практике опреснение минерализованных шахтных вод осуществлено в 1971 г. на адиабатной опытно-промышленной установке на шахте «Терновская» ПО "Павлоградуголь" производительностью 24 м³/сутки. Установка представляет собой четырехступенчатый агрегат с предварительным нагревом рассола вторичными парами и последующим нагревом его паром (t=115°) при расходе 350 кг/ч. Выход дистиллята составляет 800 кг/ч.

В настоящее время завершена реконструкция этой опытной установки, где предусмотрен дополнительный узел утилизации сбросных рассолов хлоридно-натриевого типа.

Учитывая накопленный опыт применения опреснительных установок в нашей стране и за рубежом, а также положительные результаты исследований по утилизации рассолов, образующихся при термической деминерализации шахтных вод хлоридно-натриевого типа, разработана технология для головной промышленной установки на шахте «Красноармейская-Западная» № 1 ПО «Красноармейскуголь» по безотходной термической деминерализации шахтных вод производительностью 7200 м³/сутки.

Технологическая схема установки включает в себя очистку шахтных вод от взвешенных веществ с солесодержанием 30 г/дм³, подкисление соляной кислотой и декарбонизацию, подогрев в системе подогревателей, меловую заправку и опреснение в 10-корпусной прямоточной испарительной установке. Образующийся при испарении водяной пар конденсируется и в виде дистиллята направляется потребителю, а рассол подается на кристаллизацию хлорида натрия в выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Годовой выход продуктов: дистиллята 2,2 млн. м³, хлорида натрия 45 тыс. т, хлорида кальция 5 тыс. т, оксида магния 560 т, мела и гипса 1,5 тыс. т.

В реализации и усовершенствовании дистилляционного метода основные усилия направлены на повышение эффективности различных типов выпарных аппаратов и снижение тепловых затрат за счет использования вторичного тепла и дешевой тепловой энергии, вырабатываемой атомными электростанциями. Анализ современных тенденций в технологии опреснения морской воды показывает, что многостадийные испарители с вертикальными трубами работают надежнее других и более предпочтительны в отношении предотвращения образования накипи. Испарители мгновенного вскипания наиболее эффективны для высоких производительностей. Интенсивно развиваются методы дистилляции, основанные на применении пленочных испарителей в восходящем и нисходящем потоках, а также горизонтально-трубчатых пленочных испарителей. Сжатие пара, использование тепла вторичного пара применяется в условиях ограниченных ресурсов тепловой энергии для средних и малых установок.

Важной проблемой при дистилляционном методе опреснения минерализованных вод является необходимость предотвращения отложений сульфата кальция (сульфатной накипи) на поверхности теплообмена выпарных аппаратов. Методы борьбы с накипеобразование по принципу их воздействия на пересыщение можно разделить на 2 группы.

Первая группа — методы, не допускающие кристаллизацию вещества, предупреждающие возникновение пересыщения или ограничивающие его в пристенном слое аппаратуры метастабильной зоной, в которой невозможно гомогенное зародышеобразование. Это - ионообменная и химическая очистки растворов, определенные режимные методы проведения технологических процессов: концентрационные, температурные, тепловые (пузырьковое кипение, конвективный теплообмен, пленочное испарение), гидродинамические (турбулентный, ламинарный), ввод ПАВ, тормозящих зародышеобразование, методы специальной обработки или подбора материала поверхности аппаратуры, улучшающие ее микрогеометрию, коррозионное состояние, придающие свойство гидрофобности и, таким образом, воздействующие на пристенный пограничный слой.

Вторая группа — методы проведения технологических процессов в условиях кристаллизации накипеобразующих веществ. Образующая при этом твердая фаза действует как затравка и определяет многие особенности этапов процесса кристаллизации: возникновение пресыщения, зародышеобразования, роста кристаллов. К методам 2-й группы относятся ввод специально получаемых затравочных кристаллов, электромагнитная и УЗ-обработка растворов, ввод ПАВ, сдвигающих процесс кристаллизации в сторону зародышеобразования и роста кристаллов, изменения их формы.