Мембранные методы опреснения

Высокие технико-экономические показатели мембранных мето­дов опреснения (электродиализа и обратного осмоса) вызвали в последние годы их бурное развитие. По ориентировочным данным при опреснении солоноватых вод капитальные затраты и себестоимость опреснения электродиализом соответственно в 6,9 и в 6,3, а обратным осмосом в 5,9 и в 4,6 раза меньше, чем при дистилляции.

В прогнозах развития мировой экономики мембранные технологии характеризуются как технологии будущего. Объем использования мембранных технологий в экономически развитых странах возрастая ежегодно на 20—25%.

Применение метода обратного осмоса, обеспечивающего одновре­менную очистку воды от органических, неорганических и бактериаль­ных загрязнений, в настоящее время в нашей стране сдерживается из-за отсутствия обратноосмотических установок опреснения-концентрирования большой производительности, а также недостаточной термо- и химостойкости обратноосмотических полимерных мембран.

Наиболее крупные обратноосмотические установки построены в местах с засушливым климатом; самая большая из них эксплуатируется в США для обессоливания воды реки Колорадо в одну ступень с 2,4 г/л до 0,3 г/л. Мощность ее -300 тыс. м³/сут (планируется увеличить до 700 тыс. м³/сут.). Образующийся концентрат захоранивается в подземные горизонты. В число ведущих стран в развитии обратноосмотического метода опреснения кроме США входят также Япония и ФРГ.

Другой мембранный метод опреснения — электродиализ — основан на явлении переноса диссоциированных ионов растворенных в во­де соединений через полупроницаемые ионоселективные мембраны под действием постоянного электрического тока. Преимущества этого метода заключаются в простоте аппаратуры, сравнительно легкой автоматизации, малой энергоемкости, экономичности, резком снижении потребления химических реагентов и возможности осуществления процесса в режиме опреснения-концентрирования.

Переработка концентратов опреснения минерализованных вод сульфатно-хлоридно-натриевого типа

При опреснении шахтных вод сульфатно-хлоридно-натриевого типа (96,5 % минерализованных шахтных вод) образуются рассолы (концентраты), обезвреживание которых может быть решено захоро­нением, переработкой в товарные солепродукты или сухие соли, на­правляемые на захоронение. В нашей стране и за рубежом практически отсутствуют сведения по обезвреживанию концентратов опресне­ния этого типа вод на предприятиях угольной промышленности. При рассмотрении данной проблемы приходится ориентироваться на опыт утилизации аналогичных рассолов в химической и других отраслях промышленности.

Известны три альтернативных решения:

- глубокое концентрирова­ние и сброс упаренных рассолов в соленакопители или закачка их в глубокие подземные горизонты;

- глубокое концентрирование и обезво­живание их до сухих смешанных солей методом сушки с последующим захоронением в солемогильниках;

- раздельное выделение солей с пол­учением товарных продуктов, отвечающих требованиям ГОСТов.

Закачка минерализованных стоков в глубокие горизонты возмож­на при наличии соответствующих геологических условий. Однако в большинстве районов расположения шахт и разрезов в настоящий мо­мент горизонты для приема стоков не обнаружены.

Выделение из рассолов смеси солей — наиболее простой вариант с технологической точки зрения, но реализация смешанной соли за­труднена из-за отсутствия потребителей. В связи с этим встает вопрос об их захоронении, что является дорогостоящим мероприятием, значи­тельно увеличивающим себестоимость угля.

Раздельное выделение солей товарного качества, соответствующе­го требованиям ГОСТов, позволяет не только ликвидировать их вред­ное воздействие на природу, но и частично снизить затраты на обезв­реживание рассолов за счет реализации получаемых продуктов, таких как декагидрат сульфата натрия (мерабилит Na₂SO₄*10H₂O), сульфат натрия технический (тенардит Na₂S0₄), хлорид натрия технический (галит NaCl).

Для ускорения практического решения вопроса деминерализации шахтных вод с солесодержанием 7—20 г/л в 1991—1992 гг. предусмот­рено строительство головной промышленной установки с обратноосмотическим узлом опреснения на шахте «Октябрьская-Южная» ПО «Ростовуголь» производительностью 7200 м³/сутки. Технология разрабо­тана фирмой «Пройсаг» (ФРГ) и отделом деминерализации шахтных вод института ВНИИОСуголь. Комплекс включает узел реагентной обработки воды с целью удаления взвешенных веществ и умягчения, отстаивание в радиальном осветлителе, фильтрование на скорых на­порных фильтрах, двухступенчатое опреснение обратным осмосом с получением пресной воды и концентрата, переработку концентрата выпариванием и низкотемпературной кристаллизацией с получением товарных солей. Выход товарных продуктов: опресненной воды 295 т/ч; сульфата натрия 850 кг/ч (99,5%); хлорида натрия 330 кг/ч (99,5%).

Для концентрирования сульфатно-хлоридных растворов до 100— 120 г/л многие зарубежные фирмы используют выпарные аппараты пленочного типа с турбокомпрессией вторичных паров.

Для концентрирования сульфатно-хлоридных растворов до мине­рализации выше 100—120 г/л с выделением кристаллических солей в промышленной практике как в СНГ, так и за рубежом применяются циркуляционные выпарные аппараты с вынесенной камерой нагрева. Однако разработанный к настоящему времени ряд серийных аппаратов Укрниихиммаша и Свердловниихиммаша превышает по производительностям требуемые для деминерализационных установок шахтных вод. Кроме того, уменьшение типоразмера и опыт эксплуатации выя­вил необходимость их конструкторской доработки и последующих ис­пытаний в реальных условиях.