Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования»

Вид материала

Доклад

Содержание Разработка нового ингибитора в твердом виде

Подобный материал:

• Комплексная программа по предотвращению процессов коррозии и накипеобразования в теплообменном, 1017.43kb.
• Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии, 1036.07kb.
• Удмуртским Государственным Университетом и нпк «Вектор». На чтениях прозвучал 41 доклад, 1249.61kb.
• Основные вопросы, которые планируется затронуть: Нормативно-правовое и нормативно-техническое, 49.05kb.
• Vi методы защиты от коррозии металлов и сплавов, 783.92kb.
• Ооо «интехэко» инновационные технологии и экология, 194.03kb.
• Защиты от коррозии и старения, 844.02kb.
• Защиты от коррозии и старения, 1104.68kb.
• Методическая разработка урока химии по теме: «понятие о коррозии металлов, способы, 159.91kb.
• Коррозии, виды коррозийных повреждений на газопроводах. Стресс-коррозия на газопроводах,, 549.97kb.

РАЗРАБОТКА НОВОГО ИНГИБИТОРА В ТВЕРДОМ ВИДЕ И КОМПАКТНЫХ ДОЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В УСТАНОВКАХ ОБРАТНОГО ОСМОСА И СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. Первов А.Г., ФГУП НИИ ВОДГЕО; Рудакова Г.Я., ФГУП ИРЕА; Рудомино М.В., НПФ “Поликом”; Ефремов Р.В., МГСУ В настоящее время мембранные системы обратного осмоса и нанофильтрации находят все большее применение в системах водного хозяйства предприятий, жилых и административных зданий, системах теплоснабжения. Обратный осмос – известный процесс, эффективно применяющийся в пищевой промышленности, подготовке особо чистой воды, опреснении. Однако, ввиду сложностей предочистки и эксплуатации, а также высокой стоимости, мембранные установки применяются еще недостаточно широко. Благодаря своей универсальности в очистке воды от ионов жесткости, железа, органических соединений, применение мембран перспективно как в подготовке питьевой воды, так и для приготовления глубоко умягченной и обессоленной воды, используемой для водоподготовки и подпитки контуров охлаждения, горячей воды и автономных источников тепла. Отличительной чертой современного подхода к организации водного хозяйства жилых зданий и предприятий является создание автономных систем очистки воды, подготовки горячей воды, подпитки систем водоснабжения. Однако создание малых систем водоподготовки требует и нового подхода к разработке технологий изготовления и эксплуатации. Главным отличием таких технологий является простота и компактность, малые габариты, минимум затрат на эксплуатацию, автоматизированная работа, минимальное время на обслуживание. Наиболее «существенной» проблемой эксплуатации небольших систем обратного осмоса (производительностью от 250 до 1500 л/час) является образование на мембранах осадка карбоната кальция, что укорачивает срок работы мембранных установок. Если на ряде систем обратного осмоса, применяемых в пищевой и медицинской промышленности, используются системы ионообменного умягчения в качестве предварительной обработки воды, то для широкого применения систем обратного осмоса для подготовки питьевой и технической воды такой подход оказывается неоправданным. Ионообменные умягчители с автоматизированной системой регенерации производства иностранных фирм по стоимости приближаются к стоимости мембранных установок, а по эксплуатационным затратам, особенно на покупку таблетированной соли, сильно «проигрывают» мембранным системам. Эффективность использования ингибиторов солеотложений в качестве предварительной обработки воды перед ее подачей на мембранные установки доказано уже давно. Если раньше (20 лет назад) для ингибирования эффективно применялся гексаметафосфат натрия, то за последние 10–15 лет его полностью вытеснили современные ингибиторы на основе фосфоновых или акриловых кислот, благодаря удобству растворения и дозирования, а так же стойкости к гидролизу. В отечественной практике применение ингибиторов для работы мембранных установок первые шаги по обоснованию эффективности ингибиторов были сделаны специалистами НИИ ВОДГЕО и ИРЕА [1, 2]. Как было показано в работе [2], отечественные ингибиторы ИОМС и «Фосфанол», разработанные в ИРЕА, по эффективности применения в эксплуатации обратноосмотических установок не уступают лучшим образцам ингибиторов производства крупнейших зарубежных фирм поставщиков (BIOLAB – Великобритания, ARGO–Scientific – США, и др.). Проведенные исследования ЯМР–спектров [3] показали, что по своему химическому составу и содержанию основного компонента ИОМС приближается к широко используемому в зарубежной практике ингибитору Permatreat (Nalco) и Flocon (Biolab). Ингибиторы, разработанные ИРЕА, достаточно широко применяются при эксплуатации обратноосмотических установок, используемых в различных отраслях промышленности. Дозирование ингибитора производится с помощью насоса–дозатора. Однако, современное дозирующее оборудование достаточно дорого. Для установок малой производительности (при дозировании не более 5 г/ч) насос–дозатор с расходной емкостью ингибитора оказывается экономически невыгодным и неудобным с точки зрения эксплуатации. Для обеспечения малых доз ингибитора требуется разбавление. При длительном нахождении разбавленного ингибитора в расходных баках происходит его бактериальное заражение. Жидкие ингибиторы обычно имеют низкое содержание продукта (порядка 20%), что усложняет их транспортировку и использование. Указанные недостатки современных жидких ингибиторов при их применении в установках малой производительности заставляют искать новые решения [4]. Известны патроны–дозаторы сухого ингибитора, эффект растворения ингибитора в которых основано на контакте массы ингибитора с проточной водой. Ингибитор представляет собой обработанные по специальной технологии полифосфаты натрия, позволяющей обеспечить его медленное равномерное растворение. Ингибитор поставляется в виде сменных картриджей, которые устанавливаются в корпусе патронного фильтра и заменяются после использования ингибитора. Главным недостатком импортных “твердых” ингибиторов является чрезвычайно высокая стоимость, на порядок превышающая стоимость жидкого ингибитора. К числу недостатков твердых ингибиторных фосфатных картриджей можно отнести “затухание” со временем интенсивности растворения массы ингибитора вследствие образования на поверхности растворения “корочки” нерастворимого осадка фосфатных соединений железа и кальция. Для систем очень малой производительности (менее 100 л/ч) возможно использовать картриджи, заполненные гранулами гексаметафосфата и триполифосфата натрия. Эффективность таких ингибиторов для отработки воды, поступающей на обратноосмотические установки, проверена достаточно длительным зарубежным опытом их применения, а также экспериментально подтверждена в работах [1] и [2]. Однако возможность применения таких ингибиторных патронов ограничена очень слабой растворимостью фосфатов и вследствие этого медленным их растворением в проточном режиме. Применение их для обратного осмоса возможно только при малых производительностях систем. Поэтому такие фосфатные патроны традиционно используются для бытовой техники – посудомоечных и стиральных машин. К недостаткам фосфатных патронов следует прибавить и известную склонность фосфатов к гидролизу, ведущую к потере ингибирующих свойств. Для удобства эксплуатации небольших систем обратного осмоса авторами проведены исследования по разработке и получению твердого ингибитора с набором заданных свойств, по испытаниям эффективности его растворения в дозаторах специальных конструкций, а также по сравнительной оценке ингибирующих свойств. Основной целью работы было добиться следующих свойств продукта: ! высокая эффективность в снижении скоростей образования на мембранах осадков карбоната кальция для различных условий; ! хорошая растворимость в воде; ! стабильное и полное растворение в течение длительного периода; ! биологическая стойкость; ! низкая стоимость, соизмеримая со стоимостью отечественных, жидких ингибиторов. Разработанный продукт представляет собой смесь органических и неорганических соединений фосфора. По физическим свойствам полученный продукт обладает достаточной для нашего случая скоростью растворения. Сравнительные испытания нового продукта и существующего ингибитора (ИОМС) производились по методике, разработанной в ВОДГЕО [1, 2] для количественной оценки скоростей роста осадков карбоната кальция в мембранных обратноосмотических аппаратах. Испытания проводились на воде московского водопровода. В экспериментах использовались рулонные элементы типоразмера 1212 (площадь мембран 0,5 м2) с обратноосмотическим мембранами ESPA производства фирмы Hydranautics (США) и нанофильтрационными мембранами ОПМН–К производства ЗАО “Владипор” (Владимир). Скорости накопления осадка карбоната кальция в мембранных аппаратах определяются на основе массового баланса ионов кальция в процессе циркулирования замкнутого объема воды через аппарат. На рис. 1 показаны результаты сравнительных определений интенсивностей осадкообразования карбоната кальция в аппаратах с обратноосмотическими мембранами. Значения скоростей осадкообразования представлены в зависимости от кратностей объемного концентрирования исходной воды в аппарате. Расчеты скоростей осадкообразования проведены для доз ингибиторов 5 мг/л (а) и 10 мг/л (б) для известного ингибитора ИОМС и новых ингибиторов «Продукт 1» и «Продукт 2». Интенсивность осадкообразования зависит от величины селективности мембран. В аппаратах с высокоселективными обратноосмотическими мембранами (99% и выше) накопление карбоната кальция идет значительно интенсивнее, чем в аппаратах с нанофильтрационными мембранами с величиной селективности на уровне 70%. В зависимости от состава исходной воды и типов применяемого ингибитора и мембран составляется прогноз снижения производительности мембранной установки с течением времени [1, 4] и составляется график проведения эксплуатационных мероприятий. Для дозирования «сухого» ингибитора в исходную воду перед мембранными установками разработаны патроны–дозаторы. Патроны–дозаторы изготавливаются на базе прозрачных корпусов–держателей патронных фильтров. Ингибитор засыпается в корпус патронного фильтра и его расход замечается по уровню. По мере прохождения воды через патронный фильтр ингибитор медленно растворяется. Разработаны типоразмеры патронов–дозаторов для установок производительностью от 5 л/час до 10 м3/час. Скорость растворения ингибитора в ингибиторном патроне и доза ингибитора зависят от расхода воды через патрон. Для каждого типоразмера патрона–дозатора и типа ингибитора исследован режим растворения ингибитора. На рис. 2 представлены зависимости дозы ингибитора в прошедшей через патрон воде от расхода. Различные составы ингибиторов («Продукт 1» и «Продукт 2») дают несколько отличающиеся дозы. Зная дозу ингибитора и расход воды, проходящей через патрон, можно определить время работы патрона и максимальный объем пропущенной через патрон воды до полного растворения ингибитора. Как показали предыдущие исследования [1], оптимальная доза ингибитора для установок обратного осмоса лежит в пределах 5–10 мг/л. Поэтому для каждого требуемого номинального расхода подбирается патрон–дозатор и «корректирующее» дозу устройство, вставляемое в патрон. Как уже говорилось выше, одним из основных свойств «твердого» ингибитора является способность не образовывать нерастворимых соединений, замедляющих процесс растворения. Результаты ресурсных испытаний новых ингибиторов на подземной воде с высокой кальциевой жесткостью (6,5 мг–экв/л) и высоким содержанием железа (2,2 мг/л) показаны на рис. 3. На рисунке показана динамика изменения дозы ингибитора в зависимости от объема пропущенной через патрон воды. Как видно из рисунка, «Продукт 2» обладает большей «стабильностью» растворения и может намного эффективнее применяться для «жестких» вод с высоким содержанием железа. Разработанные патроны–дозаторы находят применения не только в качестве «предфильтров» в установках обратного осмоса. Для небольших объектов, например, автономных источников тепла и бойлерных, применение мини–дозаторов эффективно для дозирования ингибиторов отложений в подпиточную воду котлов и ингибиторов коррозии в контуры горячей или охлаждающей воды. ВЫВОДЫ: За последние годы растет число потребителей малых систем водоподготовки для получения питьевой и технической воды. Для эксплуатации таких систем необходимо применение ингибиторов солеотложений и дозирующих устройств. Представлены результаты испытаний новых разработанных ингибиторов и простых дозирующих устройств для них, убедительно демонстрирующие эффективность и надежность работы. ЛИТЕРАТУРА: Pervov A. Scale formation prognosis and Cleaning Procedure Schedules in RO systems operation: Desalination 83 (1991) 77–118. Pervov A.G., Rudakova G.J. Development of new Phosphonic acid–based scale inhibitors and evaluation of their perfomance in RO applications. Mineral Scale formation and inhibition, 1995, Plenum Press, New York and London. 111–120 Рудакова Г.Я., Попов К.И. и др. «Исследование состава выпускаемых промышленностью фосфонатов». Химическая промышленность №12, 1998 г, стр. 31–34 Первов А.Г. и др. «Производство и сервис систем водоподготовки с применением мембран». Водоснабжение и санитарная техника, №5, 2000 г., с.17–19.