два

пористые пластины; 2 — мембраны.

Соленая

Фильтрат

■я 1 2 3 и 5

Концентрат

..........Г|"...........
Рис. 19.22. Схема аппарата рулонного типа: 1 — керпус; 2 — рулонный фильтрующий элемент; 3 — уплотняющее кольцо; 4 — водоотводная трубка; Б — муфта.

Мембраны изготовляют из полимерных материалов, пористого стекла, графитов, металлической фольги и др.
Отечественной промышленностью выпускаются мембраны УАМ (мембраны ультрафильтрационные ацетатные) и МГА (мембраны гиперфильтрационные ацетатные). Рядом зарубежных фирм выпускаются ацетатные мембраны типов КО-90, КО-95, КО-97, РО-98 (США), КК-94, КК-97 (Франция) и др. V
По виду мембранных элементов обрат-ноосмотический и ультрафильтрационный аппараты делятся на плоскокамерные, рулонные, трубчатые, с полыми волокнами.
В аппаратах с плоскокамерными элементами (рис. 19.21) соленая вода опресняется при движении вдоль мембран параллельными потоками. Полезная поверхность аппарата увеличивается многокамерной укладкой мембран по типу фильтр-пресса.
Аппараты рулонного типа (рис. 19.22) состоят из корпуса 1, представляющего собой трубу длиной до 9 м диаметром 7—■ 20 см, в которую вставляются рулонные фильтрующие элементы 2, соединенные между собой муфтами 5. Поступающая в корпус аппарата соленая вода попадает в напорные каналы фильтрующих элементов, движется вдоль их образующих, опресняется и в виде концентрата отводится. Опресненная вода направляется

по спиралевидным каналам к центру фильтрующего элемента и трубой 4 отводится из аппарата. Попадание соленой зоды в зазор между фильтрующими элементами 2 и корпусом аппарата 1 предотвращается установкой уплотняющих колец 3.
На рис. 19.23 приведена схема аппарата с трубчатыми мембранами, помещаемыми внутри пористых труб из стеклопластика и способными выдерживать давление 10 МПа. Установка состоит из 100 сборок труб диаметром 13 мм и длиной 2,5 м. На первой ступени установки концентрация солей снижается с 35 до 2 г/л (давление 5,6 МПа), на второй — с 2 до 0,2 г/л (давление 3,5 МПа). Расход электроэнергии с учетом работы ре-куперационной турбины составляет 5,4 кВт • ч/м3.
Аппараты с мембранами из полых волокон (рис. 19.24) являются наиболее перспективными. Они представляют собой полимерные трубки диаметром 50— 200 мкм (отношение диаметра к толщине равно 4—5), которые способны выдерживать большое давление и поэтому не требуют монтажа поддерживающих дренажных устройств. Такие волокна наматываются слоями вокруг центральной пористой трубы диаметром 120—220 мм и помещаются в напорный цилиндрический контейнер. Концы волокон закрепляются в пробке из эпоксидной смолы, образуя в торце камеру фильтрата, а концентрат солей отводится из корпуса контейнера.
Соленая 2
вода. /+у!1 ' —1Ьч

Рис. 19.23. Схема аппарата с трубчатым креплением мембран:

/ — насос; 2 — пористая труба; 3 — мембрана; 4 — турбина; 5 — сборник пресной воды.

Рис.
/

19.24. Схема аппарата с полыми волокнами:
подача исходной воды; 2 — распределительная

трубка исходной воды; 3 — корпус; 4 — полое волокно; 5 — перегородка камеры фильтрата: 6 — выход фильтрата; 7 — выход концентрата.

277

— перекачивающий насос; 2 — хлоратор; 3 — фильтр механической очистки; 4 — подкислитель; 5 — питательный насос; 6 — обратноосмотический аппарат; 7 — регулирующий клапан; 8, 9 — сборники пресной воды; 10 — ионнтовый фильтр смешанного действия; // — сборник глубоко обессоленной воды; 1 — исходная вода; II — пресная вода; IV — обессоленная вода; //" — глубоко обессоленная вода; III — концентрат

Плотность размещения мембран достигает 20 ООО м2/м3 камеры.
На рис. 19.25 представлена принципиальная схема трехступенчатой обратноосмотической установки для получения пресной и обессоленной воды.
Исходный раствор, например соленая природная вода, хлорируется и подается в высокоскоростной самоочищающийся фильтр. Очищенный раствор насосом высокого давления перекачивается в об-ратноосмотические аппараты первой ступени. Опресненная вода через расходомер и датчик солемера сливается в промежуточный бак, откуда часть ее подается потребителю, а другая часть направляется на дальнейшее обессоливание на вторую ступень. Фильтрат второй ступени сливается в емкость, откуда, как и после первой ступени, часть его подается потребителю, а другая часть поступает на третью ступень — фильтр смешанного действия, позволяющий получить глубоко обессоленную воду. Концентрированный раствор, выходящий из аппаратов первой ступени, либо подается на испарение, либо спускается в канализацию в зависимости от условий производства. Установка имеет узлы автоматического контроля и регулирования параметров процесса очистки.
^ Анализ стоимости установок в зависимости от их производительности показывает, что обратный осмос по сравнению с дистилляцией наиболее экономичен на установках производительностью до 100 тыс. м3/сут, а по сравнению с электродиализом — на установках производительностью до 10 тыс. м3/сут.

В ряде случаев, весьма эффективным является сочетание обратного осмоса с другими процессами. Так, например, при содержании солей в исходной воде 0,9— 1,0 г/л установки обратного осмоса могут применяться как предварительная ступень перед ионообменными фильтрами. Применение такой схемы для обработки добавочной питательной воды позволяет снизить себестоимость обессоленной воды на 26, а осмос солевых растворов — на 50 %.
Рабочее давление в установках по опреснению воды обратным осмосом рекомендуется поддерживать 5 МПа при опреснении вод с солесодержанием до 15 и 10 МПа — до 40 г/л (морские и океанские воды).
Ультрафильтрацию осуществляют при давлениях 0,1—0,6 МПа.
19.7. Опреснение воды экстракцией
Экстракция из растворов представляет собой физический метод разделения жидких смесей, основанный на неодинаковом равновесном распределении компонентов раствора между двумя фазами, образующимися при введении добавочного вещества — экстрагента.
Экстракционный процесс опреснения состоит из трех основных стадий: собственно экстракции, заключающейся в смешении исходной воды и экстрагента с последующим разделением водной и органической фаз; сепарации — отделения экстрагированной воды и рассола от растворителя предварительным расслаи-

278

конечная концентрации солей в воде, г-экв/л.
В обычных трехкамерных электродиализаторах с пористыми диафрагмами выход по току очень низкий вследствие бесполезного переноса Н+- и ОН^-ионов, перемещения ионов растворенных солей из электродных камер через среднюю камеру, диффузии катионов и анионов в средний объем и др. Поэтому электродиализ начали использовать для опреснения воды лишь с появлением селективных мембран — анионо- и катионопрони-цаемых, обладающих хорошей электропроводимостью и большим сопротивлением диффузии. Их применение позволило создать многокамерные электродиализаторы (до 100—200 камер в одной ванне) с приемлемым для практики расходом электроэнергии.
Селективные мембраны изготовляют из ионитовых материалов — катионитов и анионитов. Такие мембраны могут быть гомогенными, гетерогенными и пропиточными. Первые целиком состоят из иони-тового материала, вторые приготовляют из тонкоизмельченного ионита и пленкообразующего вещества, третьи получают пропиткой пористых листовых материалов веществами, способными образовывать ионообменные смолы. Электропроводимость ионитовых мембран часто выражают их поверхностной электропрово-Вканализацию

Рис. 19.15. Схема многокамерного электродиализатора: В — камеры для воды; Р — камеры для рассола; / — анод; 2 — катод; 3 — анионоактивная мембрана; 4 — катионоактивная мембрана.

димостью (электропроводимостью мембраны при фактической ее толщине и площади 1 см2); в расчетах удобнее применять обратную величину — удельное поверхностное сопротивление. Селективность мембран характеризуют числом переноса; для идеально селективной мембраны оно равно 1. Отечественной промышленностью выпускаются катионито-вые мембраны МК-40, МК-ЮО, аниони-товые МА-40, МА-100 и др.
Основным элементом электрохимической опреснительной установки является многокамерный электродиализатор, обычно фильтр-прессового типа (рис. 19.15).
Каждая камера ограничена с одной стороны анионитовой, а с другой — ка-тионитовой мембранами, разделенными рамками из диэлектрика. Чередуясь, они используются для циркуляции опресняемой воды (диализата) и рассола, в котором накапливаются извлекаемые из воды ионы. При протекании через такую ванну постоянного электрического тока катионы растворенных в воде солей, двигаясь в камерах В в направлении катода, проходят через катионопроницаемые мембраны в камеры рассола Р, находящиеся справа. Одновременно анионы, двигаясь в камерах В в направлении анода, проходят через анионопроницаемые мембраны в камеры Р, находящиеся слева. Дальнейшему продвижению катионов препятствуют непроницаемые для них анионопроницаемые мембраны, продви-

Рис. 19.16. Схема прямоточной электродиализной установки: а — одноступенчатой; б — многосту. пенчатой.

274