Переработка отходов после реверсного осмоса солоноватой

Переработка отходов после реверсного осмоса солоноватой колодезной воды из водная скважины Сравнение обычных методов переработки и системы VSEP, вибрационной мембранной фильтровальной системы. Грэг Джонсон, Лэрри Стоул и Мишель Монро Представлено: 2006 Конференция в Эль Пасо, Техас – Март 15‐17, 2006. Ключевые слова: мембрана, загрязнение, минеральный масштаб, пределы растворимости, контроль масштабирования, реверсной осмос, фильтрация Аннотация Обычные спиральные мембранные системы нано фильтровальные мембраны или мембраны реверсного осмоса используются для переработки колодезной воды в дополнение к местным водным питьевым водным ресурсам. Многие оставшиеся подземные водные ресурсы считаются “солоноватой” водой, где растворенные твердые частицы могут доходить до 5, 000 миллиграмм на литр и больше. Одним из очень трудных инженерных аспектов обычной мембранной технологии является переработка остаточного концентрированного рассола, оставшегося от процесса. Мы разработали и производим новую вибрационную фильтровальную систему, которая не несет ограничений растворимости солей и имеет высокую производимость переработки отходов солоноватой воды. Использование вибрационного мембранного механизма для избегания коллоидного загрязнения довольно ново – и прекрасно работает в этой индустрии. Технология VSEP или вибрационного срезного процесса имеет множество установок в других областях для переработки поверхностной воды, а также для переработки остатка для помощи в процессе «нулевой сброс». Недавно было сделано много лабораторных испытаний с использованием технологии VSEP для экзаменации использования этой технологии при фильтровании солоноватой колодезной воды и уменьшения отходов от других спиральных мембранных систем. Эта статья расскажет про последние лабораторные испытания и их результаты и сделает сравнение системы VSEP и других методов. Происхождение водоснабжения В последнее время к водным ресурсам производится все больше внимания и в частности к переработке водных ресурсов. Различные индустрии, сельское хозяйство и другие различные потребители воды соревнуются за этот ценный ресурс. Население растет с большой скоростью на юго‐ западе США, в то время как на севере и северо‐востоке оно остается стабильным. Проблема заключается в том, что население растет там, где ограниченны водные ресурсы. Например, предполагается, что население штата Аризоны возрастет дважды в течении следующих 25 лет. Был сделан случай нужды в модернизации и дополнительной мощности. Государство определило сумму для модернизации водных ресурсов в течении следующих 20 лет ‐ 500 миллиардов долларов. И это не учитывая инфляцию. Во время 70’х и 80’х годов американское агентство по охране окружающей среды отвело 60 миллиардов долларов для конструкции муниципальных проектов переработки воды через программу государственных пособий. Эта программа была преостановлена в 1990 году и переработана в каждый индивидуальный штат. Теперь каждое производство получает государственный заем, а агентство по охране окружающей среды платит половину этого займа. Insert picture to the right on page 2 В настоящее время эти местные компании водоснабжений обязаны платить 100% затрат на эти капитальные проекты, поэтому их количество будет ограничено. В связи с этим муниципальные районы пытаются отремонтировать и модернизировать существующие системы. Все более используется колодезная вода для пополнения водного рынка. Эти проекты не нуждаются в огромных затратах и поставляют водные ресурсы туда, где они более нуждаются. Заводы обессоливания в штате Техас В Техасе существует примерно 100 заводов обессоливания солоноватой колодезной воды. В основном это колодезная вода, но бывает и солоноватая поверхностная вода. В Техасе не существует заводов по обессоливанию морской воды. Напор отходной воды при этом – 10. 5 миллионов галлонов воды в день (или 39. 8 миллионов литров в день)– это из общего напора в 39.6 миллионов галлонов (или 149.7 миллионов литров в день). Это все равно во много раз меньше ежедневной проработанной воды в процессе добычи нефти. Переработка колодезной воды Большинство колодезной воды и поверхностной воды имеет в себе разное количество взвешенных частиц, включая в себя глину, ил, бактерию и вирусы. В добавлении они могут в себе содержать такие вредные вещества как мышьяк. Таким образом их изъятие очень важно. Главными процессами переработки такой воды являются осаждение и фильтрация. В случаи солоноватой воды, содержащей большие количества растворенных твердых частиц, нужно использовать мембранную фильтрацию. На многих заводах для переработки поверхностной или колодезной воды бывает осаждающий резервуар перед оборудованием переработки. С помощью резервуара осаждаются более крупные частицы, а также помогает сделать защитный барьер в случаи изменения качества воды. Иногда используются скоростные песочные фильтры перед обычными спиральными мембранными системами. Эти фильтры могут изъять большие взвешенные частицы, но не могут убрать большие количества коллоидных частиц без химической предварительной обработки. Для оптимизации процесса нужна некоторая химическая обработка при использовании спиральной мембранной системы. В конечном итоге мембранная система реверсного осмоса используется для фильтрации воды. Обычно эта вода смешивается с другими чистыми водными ресурсами для придачи хорошего вкуса. Водные стандарты Insert table on page 3 to the right Питьевая вода четко проверяется на стандарты. Создание этих стандартов питьевой воды это постепенно усовершенствующий процесс – по сфере определения потенциально вредных составляющих. В добавление к мониторингу рисков здоровья, качество воды контролируется со стороны эстетических и оперативных целей. Например при большом содержании сульфата в воде она не будет токсичной, но будет обладать эффектом слабительного. Если в воде много железа, то при стирке образуется черствость. Если в воде много органических веществ, то она может обладать плохим вкусом. Внизу описывается содержание неблагоприятных составляющих для питьевой воды: Мышьяк – мышьяк содержится в маленьких количествах почти во всей поверхностной воды. Это природный химикат в минеральных отложениях и поступает в воду натурально через ее течение. Мышьяк является канцерогенным веществом и должен строго контролироваться в водных ресурсах. Хром – трехвалентный хром является природным веществом и не является вредным. Однако, природный хром окисляется в сырой воде и формирует шестивалентный токсичный хром. Другие ресурсы шестивалентного хрома исходят из красок и могут этим загрязнить водные ресурсы. Цианид – человеческое тело выводит токсины, в которых содержится цианид. Смертельные токсичные уровни могут находится в содержании воды. Хлорирование обычно уменьшает уровень цианида. Селен – незаменимый микроэлемент для потребления человека. Точный эффект на человеческий организм неизвестен. Для безопасности, уровни селения контролируются в питьевой воде. Уран – природная форма урана – это UO2. Уран является радиоактивным и токсичным для почек. При высоких уровнях урана может произойти болезнь почек. Мембранная фильтрация питьевой воды Первый песочный фильтр для очистки питьевой воды был установлен в Шотландии в 1804 году. С этих пор было произведено множество совершенств в процессе его использования. Однако сам концепт остался прежним на протяжении 200 лет. В последнее время существует тенденция использования полимерных мембран для переработки питьевой и индустриальной воды. В последние 20 лет использование мембран получает широкое применение. Все время разрабатываются новые технологии для эффективной переработки воды. Существует 4 типа мембран в зависимости от размера их пор и характеристик отвержения. Микрофильтрация (MF) является самой открытой мембраной с размерами пор в 0.1 микромикрон и более. Ультра фильтрационные мембраны (UF) имеют размер пор от 0.005 микрон до 0.1 микрон. Они характеризуются номинальным молекулярным размером веса, который они отвергнут. Диапазоном для ультра фильтровальных мембран является от 2000 до 250000 молекулярного веса. Мембраны нано фильтрации и реверсного осмоса не имеют пор, так как работают при помощи диффузии. Ионный заряд и размер играют большую роль в прохождении мембраны. Одиночные ионы будут проходить намного легче, чем поливалентные. Мембраны NF предназначены для цели изъятия поливалентных ионов, где же мембраны реверсного осмоса уберут моно валентные ионы. Insert picture on the right on page 4 Для предназначения фильтрации ни солоноватой воды, микрофильтрация хорошо будет подходить. Существует связь между размерами поры и проходимостью системы. В основном чем больше поры, тем лучше проходимость мембраны. Поскольку фильтрация солоноватой воды это изъятие ила, взвешенных веществ, бактерий и других микроорганизмов, то используется микрофильтр. Этот тип фильтра предлагает высочайшую проходимость. Ультрафильтрация может применяться в том случае, если вода цветная или со странным вкусом. Ультрофильтровальные мембраны могут могут убирать маленькое органическое вещество, гуминовые вещества и даже вирусы. Мембраны UF могут совершенствовать цвет, вкус и запах питьевой воды. Более плотные нано фильтровальные мембраны или реверсного осмоса используются для фильтрации бутылочной питьевой воды и солоноватой воды. В случае солоноватой воды, мембраны UF и MF не уменьшают высокие уровни растворенных твердых веществ. Солоноватая вода является очень широким термином, описывающим качество воды. Колодезная вода имеет от 1000 ppm до 10000 ppm твердых растворенных веществ. Если солоноватость воды большая, то используются мембраны реверсного осмоса. А когда солоноватость не большая, то нано фильтрация подходит. Мембранная технология Передовые методы переработки, утилизирующие мембраны для фильтрации питьевой воды набирают все большую популярность. Несмотря на то, что их использование имеет долгую историю, их улучшения ведут к лучшим экономическим результатам. С помощью мембран возможен точный контроль вариантов загрязнения. Мембраны NF и RO могут использоваться для изъятия растворенных твердых частиц в питьевой воде. Большинство используемых мембран сделаны из полимерных материалов: полиамида, полисульфона, регенерированной целлюлозы, тефлона и так далее. Их поры настолько малы, что их даже трудно разглядеть через микроскоп. Размеры пор связаны со способностью отталкивания. Через мембрану проходит вода, но ее поры воздерживают большие молекулы и взвешенные частицы. Выбор правильной мембраны зависит от нужного разделения. Ограничения обычных мембран Загрязнение мембран может увеличить цену всего оборудования и уменьшить надежность. Поэтому в основном приходится делать предварительную очистку. Концентрация этих составляющих контролируется таким образом, чтобы растворимость не превосходила, вызывая осадки коллоидных материалов. Эффектом является то, что процент извлечения профильтрованной воды будет ограниченно растворимостью соли и кремния. Инженеры в последнее время пытались найти разрешение этой проблемы. Они пытались уменьшить степень загрязнения мембран. Полимерные химики разрабатывают все новые типы мембран с мало загрязняющимися характеристиками. Существует несколько способов изменения дзета‐ потенциала или ионного заряда поверхности мембраны. Эти химические материалы уменьшают химическую свободную энергию при поглощении загрязнителей. Другие разработки были сфокусированы на химической альтерации загрязнителей, или на ограничении их осадков. Все эти методы могут поранить мембрану, так как основаны на их уничтожении. Примерами этого служат такие органические соединения как сульфонал, фосфонат и функциональные группы карбоновой кислоты. Хелатообразователи также используются для изоляции и нейтрализации загрязнителей, особенно металлов. Углерод, квасцы и цеолиты могут использоваться в добавочном качестве. В большинстве случаев оптимальная мембранная система это комбинация этих различных технологий. К примеру, мембранные системы утилизируют предварительную очистку напорной воды, используя рукавный фильтр, а затем патронный фильтр. Затем система использует мало загрязняемую мембрану. Добавленные в напор химикаты уничтожают загрязнители. А также агрессивный поток воды пытается смывать загрязнители. Этот процесс является подходящим только в случае воды специальных критерий: индекс насыщения Ланголиэ (LSI), индекс плотности ила и концентрации труднорастворимых коллоидов. Труднорастворимые Соли Даже со всеми этими методами восстановление будет довольно ограничено. Результатом будет являться огромное количество отверженной солоноватой воды для переработки. Минералы, которые загрязняют обычную мембранную систему в основном состоят из металлических ионов. Такие моно валентные металлы, как содиум или углерод почти полностью растворимы, в то время как при присутствии сульфата и фосфата или карбоната такие ионы как кальций, железо, магнезий, радий, силикон и бериллий почти не растворимы. Insert picture on page 6 to the left – кристаллы карбоната кальция Когда появляется давление фильтрации реверсного осмоса, почти чистейшая вода проходит через мембрану, изменяя равновесие, а также концентрацию растворенных веществ в растворителе. Если этот процесс продолжается пока растворенное вещество достигает лимита растворимости, тогда получатся осадки. Как только начинаются осадки, то изымается больше воды и получается больше осадков. Это будет продолжаться, так как система будет пытаться держать концентрацию растворенных веществ ниже лимита растворимости. Если вода изымается с помощью фильтрации, но не хватает для достижения лимита растворимости, то осадков не возникнет. Одним главным методом обычной мембранной фильтрации является извлечение воды из системы пока не достигнуты лимиты растворимости. Второй метод использует химикаты, которые уменьшает рост кристаллов и уменьшают концентрацию. Существуют компьютерные программы для вычисления ограничений растворения, основанные на информации о напоре воды. Распространенные формы минеральных весов Карбонат кальция Сульфат Кальция Фосфат кальция Сульфат Бария Сульфат Стронция Гидроксид Железа Диоксид Кремния Вычисление % извлечения и пределов растворимости У обычных мембран есть огромные ограничения по составу воды. Это для минимизации возникновения потенциальной проблемы загрязнения или осаждения растворенных ионов. Осажденные нерастворимые частицы могут загрязнить мембрану. Уровни реагентов строго измеряются для того, чтобы они оставались растворимыми. Эти лимиты иногда варьируются в зависимости от воздействия химикатов. Например: Колодезная вода перерабатывается, используя мембраны для ее очистки. Вода содержит 30 ppm растворенной двуокиси кремния (SiO2). Предел растворимости кремния может быть 120 ppm в зависимости от PH и температуры. Для подсчета количества чистой воды, которую можно получить через фильтрацию перед тем, как достигнут предел растворимости можно использовать следующую формулу: 120 ppm (Ksp) разделить на 30 ppm = 4 Двуокись кремния может уменьшиться на 4 перед тем как достигается предел растворимости. 100% разделить на 4 = 25% Жидкий объем может быть уменьшен на 75% и объем концентрата остается на 25% при достижении пределов растворимости. Это также называется восстановлением на 75%. Небольшие колебания температуры, давления и PH могут поменять предел растворимости и служить причиной загрязнения. По этой причине обычные мембранные системы не доводятся до пределов растворимости для безопасности. В вышеупомянутом примере с 30 ppm двуокисью кремния безопасной операцией для обычных мембран будет 50 % восстановления без предварительной обработки и 75% с добавлением химикатов. Если содержание двуокиси кремния в воде 100 ppm, то воду невозможно очистить с помощью обычных мембран. Когда происходит осаждение в мембранной системе, тогда формируются коллоиды нерастворимых минеральных солей. Это происходит как на самой мембране, а также в других местах в виде взвешенных коллоидов, которые фигурируют как взвешенные твердые частицы в фильтровальном процессе. В обычных мембранных системах происходит коллоидное загрязнение, которые абстрагируют фильтрование. Встречных поток используется для уменьшения эффекта концентрированной поляризации. Самой большой проблемой осаждения является загрязнение системы, которое уменьшит течение. Так как обычные мембраны имеют ограничения TDS, поскольку у них есть ограничения растворимости TSS и TDS, и произойдет коллоидное загрязнение из за очень высоких их уровней. Преимущества системы VSEP Новое мембранное оборудование под названием VSEP использует крутильную вибрацию поверхности мембраны, которая позволяет использовать энергию среза на поверхности и около пор. Результатом этого является уменьшение коллоидного загрязнение и поляризации мембраны. Поскольку при вибрации загрязнения пор не происходит, предварительная обработка напора не требуется. В добавлении к этому пропускная способность увеличивается в 5‐15 раз. Синусоидные срезные волны с поверхности задерживают подвешенные частицы над поверхностью мембраны, позволяя свободный проход жидкости через мембрану. В связи с этим производительность системы VSEP увеличивается по сравнению с обычными спиральными мембранными системами. Insert pic on page 7 Мембранная система VSEP это конструкция вертикальной пластины, где листы мембраны сложены один на другой. В результате этого система очень вместительная. 185 квадратных метра мембраны содержится в 1‐модуле‐системы VSEP и размером 4х4. Insert the picture to the right on page 8 Система VSEP привлекает крутильные колебания со скоростью 50 Герц на поверхности мембраны. Это очень эффективный метод коллоидного отталкивания. Результатом этого является то, что взвешенные частицы зависают над мембранной поверхностью как параллельный слой перед тем как смывается струей. Insert picture to the right on page 8 Процесс промывания происходит при равновесии. Давление и скорость фильтрации определяют массу взвешенных твердых частиц. Частицы взвешенных коллоидных частиц смываются водным потоком тогда когда появляются новые частицы. Появление и смывание частиц будет происходить до тех пор пока система не достигла равновесия (диффузионного слоя). Этот слой остается взвешенным над мембраной. В системе VSEP этот слой играет роль зародышеобразованного минерального отслоения. Вода имеет свободный доступ к поверхности мембраны. Минеральные шкалы, которые откладываются действуют только в то
время, когда прибывают другие коллоиды.Если их прибывает
слишком много,то они смываются для равновесия. Наша система не
ограничена загрязнениями через высокие концентрации общего
количества взвешенных частиц по сравнению с обычными системами.
На обычных мембранных системах нарастают коллоидные наросты и
постепенно закупоривают систему. В нашей системе VSEP
происходит постоянное вымывание диффузной слойки, поэтому
загрязнения не происходит. В частности наша система VSEP может
промывать любую жидкость. В какой то момент когда вся вода будет
вымыта, раствор достигнет состояния геля. Это состояние называется
ограниченным состоянием системы VSEP.
В мембранной системе VSEP загрязнение происходит в виде той же
самой взвешенной коллоиды. Другое превосходство заключается в
том, что вибрация замедляет формирование кристаллов. Свободная
энергия находится в местах возмущения жидких и твердых границ
пределов. При сдвижении мембраны в 50 раз в секунду все пики и
холмы сглаживаются. Чем более однородна поверхность, тем меньше
свободной энергии для кристаллизации. Зарождение происходит
вначале не на мембране.
Для формирования кристаллов нужно время. А при движении нашей
системы у них не хватает много времени формировать загрязнение.
Твердые частицы зарождаются намного быстрее. А у обычных
мембран формирование загрязняющих частиц происходит намного
быстрее. Другой характерной чертой системы VSEP является то, что
фильтрация происходит с намного большей скоростью.
Результатом является то, что фильтрация происходит очень быстро и
время проходимости потока жидкости по поверхности мембраны
уменьшается в 15 раз. Это означает то, что в нашей системе намного
меньше времени для формирования кристаллов в мембранной
системе. Формирования кристаллизации является функцией времени
(особенно при наличии кремния). Если в системе образовывается
откашливание, оно не образуется на мембране. В добавление к этому
при большой скорости фильтрации возможно формирование
насыщенного раствора, у которого не будет достаточно времени для
реакции.
Поскольку система VSEP не ограничена растворимостью минералов
или присутствием суспензионных коллоидов, она может
использоваться как кристаллизатор и может отдавать очень высокую
производительность. Единственным ограничением системы VSEP
является осмотическое давление как только растворенные ионы
достигают высоких уровней. Осмотическое давление определяет
возможность использования нашей системы VSEP или нет.
Проверочные испытания
Наша компания протестировала несколько проектов где главной
целью было уменьшение объема отброса от спиральной системы RO.
В этой части мы попытаемся объяснить результаты проверочных
испытаний, проведенных в среде высокой концентрации TDS
насыщенного минерального раствора.
Первым примером не является отброс от спиральной системы. Это
система VSEP, обрабатывающая солевую воду при добывании нефти,
которую называют отработанной водой. Этот тест иллюстрирует на
что способна наша система. Наша компания произвела пилотные
испытания на месте нефтяных скважин, используя обратный осмос. В
этом случаи переработанная вода может быть отправлена обратно в
слой питьевой воды для стабилизации давления.
В этом случае мы достигли задачу привидения качества воды годной
для питьевого слоя. В переработанной нашей системой воде
находилось огромное количество хлоридов – поэтому пришлось
использовать две стадии фильтрации обратного осмоса. В этом
случае система VSEP обратного осмоса была первой стадией, затем
использовалась обычная спиральная система обратного осмоса. В
следующей таблице показаны аналитические результаты нашего
теста:
Insert table on page 9- component – chloride- sulfate…
Компонент хлорид сульфат нитрат отч бор натрий
Первоначальный напор
Пермеат VSEP
Спиральный пермеат
Предел выброса
Система VSEP для очистки солоноватой воды после
существующей спиральной мембранной системы
Наша компания Нью Лоджик недавно провела ряд пилотных
испытаний фильтрования отходной воды из существующей
мембранной системы, установленной в Южной Калифорнии. Главной
целью была переработка отходной воды после водного предприятия.
Результатом было уменьшение отходных расходов и улучшение
качества воды.
Главной целью было ограничить органику, цвет и содержание
твердых частиц. Клиент проводил тесты в прошлом, используя
мембранные ультра фильтрационные системы и результаты не были
положительны.
Поскольку система VSEP не ограничена растворимостью и мы
должны были принять стандарты питьевой воды – то мы
использовали нано фильтрационную мембрану. Фильтрат из
существующей системы и 2 стадия использования системы VSEP
будет смешаны – поэтому чем лучше качество фильтрата из системы
VSEP, тем легче будет смешать.
После долгих испытаний была выбрана мембрана NF – она
фильтрует 90% хлорида натрия (NaCl). Были заключены многие
испытания концентрации и времени с прекрасными результатами. Во
время теста концентрации система была запущена в моде
рециркуляции и в системе оптимального давления и температуры.
Система работала несколько часов для того чтобы установилось
равновесие. Затем пермиат был выпущен в отдельный контейнер во
время работы партиями. Скорость потока измерялась в отдельных
интервалах времени и это показано в следующей таблице:
Средний поток первоначальный поток конечный поток давление
65.2
144.5
11.47
450
первоначальные тв вещества
конечные тв вещества % извлечения
0.3 11.8 98.8 Ввиду этих результатов была найдена мембрана NF, так как с ее помощью достигался оптимальный поток и убирались все твердые вещества. Также тесты привели к прекрасным результатам процента извлечения – 98.8%. Следующая таблица показывает финальные результаты тестирования: Мембрана % общего количества тв частиц проводимость ph объем Начальная подача 0,3% 1,570 8.68 100% Пермеат 0.0% 145.4 8.98 98.8% Концентрат 11.8% 44,900 9.35 1.2% Результаты использования системы VSEP превзошли все ожидания. Следующая таблица показывает аналитические результаты из захваченных образцов, собранных во время испытательных тестов. Главной задачей теста было подтверждение соответствия питьевым стандартам EPA. Insert table on page 11 Отброс от мембраны обратного осмоса системы VSEP Используя систему VSEP обработки отбросов установленной системы нанофильтрации, клиент сможет достигнуть 99% извлечения переработанной воды, оставляя лишь 1% от объема для отброса. Последующая схема представляет собой заключительный дизайн системы: Insert scheme on page 11 Другие установки системы VSEP для переработки водных отходов Система VSEP перерабатывает речную воду Наша компания установила систему VSEP в июле 1997 года на огромном заводе по производству электронных дисков на острове Хоккайдо в Северной Японии. Система используется для переработки речной воды для ее сверх очистки. В системе VSEP используются мембраны модуля ультрафильтрации для изъятия гуминовых веществ, цвета, мутности, потребления перманганата и общего количества железа. Наша система явилась очень экономичной альтернативой по сравнению с песчаным фильтром. Концентрация речной воды примерно от 5 до 10 миллиграммов на литр TSS (общего содержания взвешеных частиц). Пермиат из системы VSEP имеет менее 1 миллиграмма на литр TSS. Система VSEP также уменьшила цветность от 67 до менее 1, мутность от 2 до 0.1 и общего железа от 0.1 миллиграмма до менее 0.05 мг на литр. Пример фильтрации питьевой воды Компания Нью Лоджик установила около 1 миллиона галлонов в день систему фильтрации воды для крупной компании бутылочного розлива. Фильтрат из этой системы очищают и дезинфицируют с использованием ультрафильтрационной мембраны, а затем отправляют в процесс розлива, где он становится товаром для употребления. В этом случае, эстетическое совершенствование было главной целью в связи с большим количеством жалоб на вкус. Сокращение TOC, что являлось причиной плохого вкуса было значительно снижено за счет использования мембраны UF 30000 MWCO. Еще одной пользой фильтрации являлось полное удаление всех бактерий и других организмов. Как правило, микрофильтрации может быть использована с более высокой пропускной способностью мембраны, но в этом случае снижение ТОС вызвало необходимость использования UF мембраны. В предыдущей конструкции система состояла из Мультимедийного фильтра, входящего в Угольный фильтр. Нормальная работа этого фильтра подразумевает частые подзарядки или удаления углерода. Кроме того, качество воды привело к многочисленным жалобам на вкус. Добавление системы VSEP в процесс улучшило вкус, снизило TOC, и позволило Угольным фильтрам работать без проблем. Нью Лоджик завершила несколько таких установок для обработки поверхностных вод, использующих колебания мембраны для обработки для получения ультра‐чистой воды. Полученные результаты показали многие преимущества этой новой технологии по сравнению с традиционными методами. Сравнения методов переработки солоноватой воды В настоящее время используются несколько методов для переработки солоноватой воды. Некоторые из этих методов включают в себя: Пруд‐испаритель Глубокая инъекция скважины Сбрасывание в море Использование для промышленности и орошения Смешивание с отходами POTW Усовершенствованные термические методы испарения Выбранный метод очистки будет зависить от местных условий. Например, если готовая сторона может принять отходную воду и извлечь из этого пользу, тоэто было бы самым простым решением. Тем не менее, готовых получателей отходов может быть трудно найти. Сброс в море получается только в непосредственной близости от береговой линии. Эта опция не доступна в таких местах как Эль‐Пасо, Техас, например. Не все методы очистки не подходят для всех сценариев. Однако чем меньше объем отброса или концентрата – тем лучше. Ниже приведены основные сценарии дальнейшего захоронения отходной части – концентрата после очистки. Пруды­испарители­ Использование Пруда‐испарителя или солнечных прудов ограничено в регионах, где испарение превышает годовое количество осадков. Опреснительные заводы, расположенные в засушливых районах, таких как на юго‐западе США могли бы рассмотреть такие методы очистки. Конструкция пруда‐испарителя должна включать в себя лайнеры, контроль утечек, и точные размеры расчетов. Расчет размера может быть сложными, так как некоторые конкурирующие факторы должны оцениваться в том числе скорость притока, годовые осадки и испарение. Достаточное избыточные мощности должны быть обеспечены. Стоимость строительства будет меняться в зависимости от местности и условий. После установки, фактические эксплуатационные расходы относительно невелики, однако, стоимость закрытия пруд в конце жизни достаточно велика. Глубокие инъекции скважины ‐ используется при многих трудных отходах. Тем не менее, возможность их использования ограничена геологией. Любой глубокий колодец должен быть защищен от смешивания с запасами питьевой воды водоносного горизонта. Процесс выдачи разрешений также может быть долгим и трудным. Обычно этот метод является крайней мерой, поскольку он является более сложным и трудоемким, чем другие методы утилизации. Затраты на утилизацию скважин, как показано на правой картинке в основном связаны с разрешениями, бурением и логистикой. Очень часто утилизации и места водоснабжения питьевой воды не находятся в одном и том же районе. Это означает, что солоноватая вода проходит через водопровод и закачивается на десятки километров в подходящем месте с пористыми горными породами. [13] Еще одним фактором является то, что во многих районах Соединенных Штатов нефтяные скважины истощаются. Такие пустые скважины являются кандидатами на так называемые отходные скважины. Есть некоторые расходы, связанные с преобразованием старых скважин в отходные, но в целом это обеспечивает экономию средств, если существующие скважины могут быть использованы для этой цели. [10] Усовершенствованные термальные методы испарения ‐ Термические методы включают в себя концентраторы и кристаллизаторы. Концентраторы широко используются для очистки стоков. После запуска операционные расходы являются управляемыми. Пар обеспечивает большую часть необходимой тепловой энергии. Система должна быть защищена от накипи и загрязнения поверхностей теплообмена. Эти системы способны достигать до 15% от общего объема твердых веществ в конечной суспензии рассола. Кристаллизаторы полагаются на термическое испарение растворенных твердых веществ. По сливу воды, твердые частицы начинают кристаллизоваться в блок, а затем сбрасываются для утилизации. Вибрационные мембраны в качестве альтернативы для переработки солоноватой воды С новыми правилами в рамках Закона о чистой воде и с появлением новых технологий для решения этой проблемы, многие муниципальные объекты переоценивают свои существующие методы. Одна из новых разработок включает в себя новые полимерные системы мембранной фильтрации. Есть несколько типов, включая систему VSEP (вибрационный сдвижной усовершенствованный процесс), произведенный Нью Лоджик Рисеч из Эмеривиля, Калифорния. Конкуренция и научные достижения значительно снизили стоимость мембранных систем и сделали их более привлекательными для очистки различных сточных вод. Обратный осмос ранее не подходил из‐за пределов растворимости. Теперь это ограничение удаляется, так как в широком канале мембранных модулей, как VSEP, мембраны обратного осмоса предлагают отличную альтернативу для повышения общей доходности питьевой воды и уменьшения объема отходов. RO VSEP мембраны могут быть использованы параллельно и последовательно, чтобы справиться с любым потоком и производить воду почти любого требуемого качества. Система фильтрации VSEP включает в себя модульную конструкцию, что делает ее компактной. Поскольку основная конструкции вертикальна, а не горизонтальна, то она занимает меньшую площадь, чем другие системы очистки. Плюсы компактного дизайна системы VSEP: 1. Легко добавляется в существующую систему 2. Может легко установиться в местах с маленькой площадью 3. Легко переносится с одного на другой завод 4. Может быть установлена как многоступенная так и одноступенная система 5. Может внедряться в любой процесс Очень часто площадь ограничена, или проектируемая система настолько велика, что отдельная структура построена для размещения системы очистки. В таких случаях тот факт, что система VSEP вертикальна и компактна, она может быть в состоянии вписаться в существующую площадь здания или это снизит затраты на строительство новых, требуя меньше места. Затраты на строительство от $ 80 до $ 120 / квадратный фут для новых промышленных зданий значительно добавляют стоимость готовых систем. В дополнение к ограниченному пространству, необходимому для механических компонентов, фактическая площадь фильтра была разработана таким образом, чтобы быть чрезвычайно компактной и энергоэффективной. В самой большой модели, фильтр будет размером 2000 квадратных футов мембраны площадью поверхности, что примерно в среднем с размером в дом. Это 2000 SF мембраны были установлены в контейнер с объемом около 15 кубических футов. Insert picture to the right on page 14 В случае очистки солоноватой воды с помощью мембраны обратного осмоса RO, основными преимуществами являются повышенный выход воды и уменьшение объема отходов для утилизации. В случае, показанном ранее, только 3 из галлонов в минуту отбросов будут исключены из начальных 600 галлонов в минуту от потока на очистные сооружения. Без системы VSEP объем концентрата будет 150 галлонов в минуту. Поскольку стоимость нулевого сброса будет зависеть от окончательного удаления солоноватой воды, сокращение объема отхода или концентрата является критической. Режим процесса системы VSEP Процесс схема предлагаемого проекта, связанная с критерием описанного выше случая показано на следующей странице. Когда система VSEP добавлена в качестве второго этапа, а вода поступает через мультимедийный фильтр, а затем в воду добавляется рН и анти‐scalant . Далее вода поступает в систему мембранной спирали со скоростью 600 галлонов в минуту. Спиральная система производит 450 галлонов очищенной воды и 150 галлонов отбросов в минуту. Этот отходный рассол затем отправляется в систему очистки VSEP в размере 150 галлонов в минуту и давлением до 450 фунтов на квадратный дюйм. В промышленных масштабах система VSEP с использованием нано‐фильтрационной мембраны установлены для очистки отходов спирального потока. Окончательный поток концентрата или отброса после VSEP со скоростью 3 GPM будет сбрасываться в пруд испаритель. Система VSEP генерирует поток пермеата примерно в 147 галлонов в минуту который смешивается с фильтратом из RO. Пермеат или чистая вода содержит около 1 мг / л от общего числа взвешенных веществ (TSS), и низкий уровень общего содержания растворенных твердых веществ (TDS), что значительно ниже стандартов для питьевой воды. Выбор мембран основан на совместимости материалов, мощности и требованиям качества чистой воды. В этом примере, TSS снизилось более чем на 99%. Качество чистой воды из системы VSEP зависит от выбора из более чем 200 мембранных материалов, доступных в соответствии с приложением параметров. Insert process illustration scheme on page 15 Экономическое значение VSEP система обеспечивает альтернативный подход для обработки отхода солоноватой воды. В одной ступени операции, наша система обеспечит ультра‐чистой водой и снизить TOC, TSS, TDS и цвет, чтобы обеспечить высокое качество фильтрата без вредных микроорганизмов. Основанием для применения системы VSEP в процессе определяется на основе анализа стоимости системы и преимуществ, включая: Большие площади для испарения прудов не требуется, так как было бы без VSEP Простой автоматизированной системы обработки требующие малого участия оператора Малая площадь системы Не нуждается в химической предварительной обработке Нетепловой процесс с низкими эксплуатационными расходами Insert a table on page 15 Сравнение эксплуатационных VSEP Концентратор Скважная Пруд Расходов: инъекция Капитальные расходы Электроэнергия Химикаты Замена мембраны Техническое обслуживание Итог затрат Капитальные и эксплуатационные затраты, показанные выше, соответствуют случаю, который недавно был опробован и описан выше. Фактические результаты VSEP может варьироваться в зависимости от состава солоноватой источника подачи воды. Пилотное тестирование должно быть сделано для проверки пропускной системы и для подтверждения результата капитальных и эксплуатационных затрат. В связи с отсутствием необходимости в предварительной обработке, технология VSEP является конкурентоспособной по сравнению с обычными системами мембран спирали и может даже заменить спиральные системы полностью, получая до 98% восстановления очищенной воды. Завод по опреснению воды, состоящий исключительно из VSEP будет очень экономичной альтернативой по сравнению с существующими обычными мембранами. Однако, в тех случаях, когда существующая система спиральных мембран работает и где желателен дополнительный выход очищенной воды, система VSEP может быть использована как дополнительная технология. По сравнению со всеми другими методами очистки солоноватой воды, система VSEP намного дешевле по установке и управлению. Вывод В засушливых регионах Соединенных Штатов, таких как юго‐запад штата Калифорнии, Аризоны, Нью‐Мексико и Техасе быстро растет численность населения. Местные предприятия делают все, чтобы придумать экономичные источники питьевой воды. Множество инженеров пытаются работать над этой задачей. Из‐за конкуренции и научных достижений, мембраны становятся гораздо более экономичным способом доставки питьевой воды из любого источника. Компания Нью Лоджик находится в контакте со многими инженерами на юго‐западе и в настоящее время работает над различными научно‐исследовательскими проектами для оценки пригодности использования VSEP технологии для очистки солоноватой воды, отходной от заводов опреснения. Первые результаты являются весьма перспективными и заслуживают дальнейшего рассмотрения. Технология VSEP была использована более десяти лет в отрасли химической обработки. Это уникальная возможность для очистки RO отброса от опреснительных установок происходит в то время, когда технология VSEP находится в зрелой, надежной и очень экономичной стадии по сравнению с другими конкурирующими методами. Добавление концентратора мембранной системы VSEP позволит значительно уменьшить объем отхода, который необходимо отбросить. Сокращение объемов отходов значительно упрощает выбор для окончательного захоронения. В описанном выше случае, пруд‐
испаритель потребуется площадью в 2% от того размера, который бы он был без системы VSEP. Уменьшение размера пруда‐
испарителя не только снижает затраты, а также имеет эстетическую и политическую выгоду. В дополнение к решению проблемы распоряжения рассола, добавление VSEP системы в существующий завод по опреснению воды позволит увеличить выход очищенной воды до 98%, как показано в случае, описанном выше.