Введение к работе
Актуальность
Восточное побережье Каспийского моря является типичным представителем района, где дефицит пресной воды в перспективе на 15-20 лет составляет до 50тыс. м3/сутки.
Для решения задач, связанных с подготовкой воды питьевого назначения в этом регионе может быть использован обратноосмотический метод.
При использовании опреснительных технологий весьма остро стоит вопрос качества получаемого продукта, поскольку требования к составу воды отличаются в зависимости от целей ее использования.
Одним из нежелательных элементов, от которых требуется глубокая очистка воды, применяемой для многих целей, является бор. Бор является биологически активным элементом, и в соответствии с принятой классификацией его соединения можно отнести к очень токсичным веществам. Всемирная Организация Здравоохранения установила предельно допустимую концентрацию бора в питьевой воде 0,5 мг/л.
Токсичность соединений бора является сдерживающим фактором широкомасштабного внедрения в практику бытового водоснабжения мембранной технологии, так как при обратноосмотическом опреснении морской воды содержание этого элемента в пермеате значительно превышает предельно-допустимую концентрацию.
Учитывая тот факт, что обратный осмос является наиболее экономичным и перспективным методом получения пресной воды из минерализованной, разработка методов и приемов, позволяющих снизить содержание бора до норм ПДК(0,5мг/л) в питьевой воде в процессе обратноосмотического разделения, является важной задачей, решение которой имеет большое значение в экологическом и технологическом аспектах.
Настоящая работа была посвящена изучению возможности очистки воды Каспийского моря от соединений бора обратноосмотическим методом.
Наряду с задачей по снижению содержания бора в каспийской морской воде до норм ПДК, актуальна задача по насыщению воды после опреснения необходимыми ионами до норм питьевого качества. Для выполнения данной задачи предлагается проводить кондиционирование опресненной БОДЫ.
Цель - разработка технологии очистки воды Каспийского моря от соединений бора и промышленное получение воды, отвечающей нормам питьевого качества.
Направления исследования 1. Рассмотреть и изучить влияние различных физико-химических факторов на
селективность низконапорных мембран по бору.
Выбрать оптимальные параметры процесса, позволяющие снизить концентрацию бора в конечном продукте ниже норм, установленных СанПиН (0,5мг/л).
Определить оптимальные параметры на стадии кондиционирования воды, позволяющие довести обессоленную и очищенную от соединений бора воду до норм питьевого качества.
На защиту выносятся
Результаты исследований по определению зависимости селективности низконапорных обратноосмотических мембран от различных физико-химических факторов: водородного показателя, температуры, содержания бора в исходной воде;
Разработанная двухступенчатая схема удаления бора из воды Каспийского моря.
Результаты исследований по насыщению деминерализованной воды солями кальция.
Результаты, полученные в ходе эксплуатации технологического оборудования комплекса опреснения каспийской морской воды в г.Актау.
Технико-экономическая оценка эффективности разработанной технологической схемы удаления бора.
Научная новизна результатов исследования
Впервые предложена методика расчета соотношения различных форм бора в зависимости от величины рН для слабоконцентрированных по бору растворов. Расчетным путем найдено соотношение комплексов бора В(ОН),»" и В(ОН)з в растворе в зависимости от величины рН.
Установлено, что в процессах очистки воды от примесей бора селективность выделения бора на низконапорных обратноосмотических мембранах зависит от соотношения содержания химических форм бора В(ОН).Г и В(ОН)з. Увеличение задерживающей способности мембраны (селективности) по отношению к соединениям бора достигается при переходе борной кислоты В(ОН)з в моноборат-ион В(ОН)4~.
3. Дано обоснование закономерности изменения селективности низконапорной
обратноосмотической мембраны в зависимости от перераспределения различных форм бора
в растворе и в зависимости от температуры раствора.
4. Экспериментально установлено, что содержание бора в исходной воде в диапазоне
їлоіпіаіітппішіі 1^ '0 ^ xiitvtt иго г>*атіеи^ттжтіи«лг»тц цтїчг^гїхтоттгьгчиоїд г»Лп«э ти ґ»/лр»*г»ти и wvfvti
мембраны по бору и его соединениям не влияет и селективность мембраны определяется только соотношением форм нахождения бора в растворе.
5. Посредством математической обработки данных экспериментальных исследований по
изучению влияния величины рН и температуры на селективность низконапорной
обратноосмотической мембраны по бору, впервые получены эмпирические зависимости для
расчета селективности мембраны по отношению к соединениям бора в широком диапазоне
изменения рН при разных температурах.
6. Впервые предложена методика расчета суммарной селективности низконапорной
обратноосмотической мембраны по всем формам бора для слабоконцентрированных по бору
растворов.
Практическая полезность работы
Массив значений селективности низконапорной мембраны по бору, определенный по эмпирическим зависимостям, полученным математической обработкой экспериментальных данных, послужил основой для разработки схемы удаления бора из воды Каспийского моря до предельно-допустимой концентрации (0,5 мг/л), и может быть рекомендован в качестве методологической основы для разработки технологических схем извлечения микропримесей бора на низконапорных обратноосмотических мембранах из природных вод в диапазоне температур 5-25С.
По результатам экспериментальных исследований по насыщению деминерализованной воды солями кальция, установлен оптимальный диапазон значений рН (2,7<рН<3,2) для подкисления деминерализованной воды перед стадией кондиционирования на заводе опреснения в г. Актау, обеспечивающий содержание ионов кальция в питьевой воде в соответствии с санитарными нормами (30мг/л<Са +<140мг/л).
3. На основе проведенного сравнительного анализа характеристик микрофильтров
различных производителей, автором предложена новая концепция по усовершенствованию
участка микрофильтрации комплекса опреснения в г. Актау, заключающаяся в замене
использующихся в настоящее время картриджных полипропиленовых фильтров на рулонные
микрофильтры нового поколения на основе трековых мембран. Конструкция микрофильтров
на основе трековых мембран позволит выйти на более низкие показатели эксплуатационных
характеристик стадии микрофильтрации и существенно снизить удельную стоимость
осветленной воды.
4. Выполненная технико-экономическая оценка разработанной схемы опреснения и очистки
от бора воды Каспийского моря методом обратного осмоса на низконапорных мембранах
показала ее эффективность, что расширяет возможности разработчиков опреснительной
техники по проектированию и организации технологического процесса опреснения вод с
повышенным солесодержанием.
Реализация результатов работы
Разработанная двухступенчатая схема обратноосмотической очистки на низконапорных
мембранах воды Каспийского моря от соединений бора с успехом реализована на заводе опреснения в республике Казахстан на территории г.Актау.
Апробация работы
Материалы исследования докладывались и получили положительную оценку на научных форумах: Международная научно-практическая конференция « Технологии и оборудование для опреснения морской воды применительно к условиям каспийского региона»; Международный научно-практический семинар «Мир воды-2003»; Всероссийская научная конференция «Мембраны-2007»; Международное совещание «Микро и нанотехнологии с использованием пучков ионов, ускоренных до малых и средних размеров».
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе в 3 статьях в российских научных журналах, в тезисах 6 докладов на международных и всероссийских конференциях и в 3 научно-технических отчетах.
По теме диссертации делались сообщения и доклады на научно-практических совещаниях в 2002-2008 гг.
Структура и объем работы
