Jūros vandens valymo įrenginys gerti skirtam vandeniui: kokios apdorojimo pakopos reikalingos prieš atvirkštinį osmozę?

Jūros vandens valymas į geriamąjį vandenį reikalauja tiksliai suprojektuoto daugiapakopio proceso, kuris prasideda žymiai anksčiau nei atvirkštinės osmozės membranos susiduria su neapdorotu pašarinio vandens srautu. A jūros vandens valymo į geriamąjį vandenį gamykla privalo įdiegti patikimą pirminį valymą, kad būtų apsaugota brangi atvirkštinės osmozės įranga ir užtikrintas nuolatinis aukštos kokybės produktas. Be tinkamo pirminio valymo atvirkštinės osmozės membranos kenčia nuo skalės susidarymo, užteršimo, bioužteršimo ir cheminės degradacijos, dėl ko žymiai sutrumpėja sistemos tarnavimo laikas ir veiklos efektyvumas.

Jūros vandens desalinizacijos pirminio apdorojimo strategija labai skiriasi nuo švaraus vandens atvirkštinės osmosės sistemų, nes jūros vandenyje yra daugiau ištirpusių medžiagų, pakabintų dalelių, biologinių organizmų ir cheminių teršalų. Kiekvienas apdorojimo etapas atlieka tam tikrą funkciją: pašalina daleles, sumažina užteršimo riziką, kontroliuoja skalės susidarymą ir pašalina biologines grėsmes. Šių pirminio apdorojimo reikalavimų supratimas padeda eksploatuotojams sukurti sistemas, kurios maksimaliai pailgina membranų tarnavimo laiką, sumažina techninės priežiūros prastovas ir užtikrina naudingą desalinizaciją dideliais mastais.

Fizinis pirminis apdorojimas: dalelių ir pakabintų kietųjų medžiagų pašalinimas

Įleidimo sietas ir grubus filtravimas

Pirmasis kiekvienos jūros vandens valymo sistemos barjeras yra įleidimo sietas, kuris pašalina didelius šiukšlius, jūros gyvybes ir organinę medžiagą iš neapdoroto jūros vandens. Judantys sietai arba strypų sietai su 1–5 mm plyšiais pagavo žuvis, jūros dumblius, plastiką ir kitus makroskopinius teršalus prieš tai, kai vanduo patenka į įrenginį. Šis būtinas pirminio valymo etapas apsaugo įrangą nuo užsikimšimų ir sumažina biologinę apkrovą. Po grubaus sijojimo daugelis gamybos įmonių naudoja smėlio filtrą arba daugiakomponentį patroninį filtrą su nominaliu 20–50 mikronų įvertinimu, kad dar labiau sumažintų suspenduotų dalelių koncentraciją.

Smėlio filtravimas ir medžiagų giluminis filtravimas

Smėlio filtravimas yra pagrindinis fizinio pirminio valymo procesas desalinizacijos įrenginiuose. Dvigubo arba daugiasluoksnio filtro klojinys, sudarytas iš smėlio, antracito ir žvyro, pašalina pakabintąsias daleles iki maždaug 5–10 mikronų, tuo pat metu išlaikydamas tinkamas srauto našumas. Šis pirminio valymo procesas paprastai sumažina drumstumą nuo 5–10 NTU (neapdoroto jūros vandens) iki mažiau nei 1 NTU, atitinkdamas atgręžiamųjų membranų įėjimo reikalavimus. Atvirkštinis praplovimas pašalina kaupiamąsi nuosėdą ir palaiko filtro veikimą, ilgindamas laikotarpį tarp filtro keitimų. Kai kurie pažangūs jūros vandens valymo įrenginiai naudoja patroninius filtrus kaip baigiamąją valymo stadiją tiesiogiai prieš atgręžiamąjį filtravimą, kad pasiektų drumstumą žemiau 0,5 NTU, taip suteikdami papildinę membranų apsaugą.

Cheminis pirminis valymas: skalės ir užteršimo kontrolė

Rūgšties dozavimas skalės prevencijai

Jūros vandenyje yra didelės kalcio ir magnio karbonatų koncentracijos, kurios nusėda ant atvirkštinės osmoso (RO) membranų, sudarydamos akmenines nuosėdas. Cheminis pirminis apdorojimas naudojant druskos rūgštį arba sieros rūgštį sumažina jūros vandens pH nuo maždaug 8,2 iki 6,5–7,0, tirpdamas karbonatinį šarminumą ir neleisdamas kalcio karbonato nuosėdų susidaryti membranos paviršiuje. Šis desalinizacijos pirminio apdorojimo metodas yra esminis, nes nuosėdos sumažina srautą, padidina eksploatacinį slėgį ir sutrumpina RO membranų tarnavimo laiką – iš metų iki mėnesių. Tiksli rūgšties dozavimas palaiko optimalų pH lygį, vienu metu išvengiant membranų pažeidimų arba nedegintos plieninės vamzdžių sistemos korozijos. Tikrojo laiko pH stebėjimas ir automatiniai dozavimo įrenginiai užtikrina nuolatinę apsaugą visą eksploatacijos laikotarpį.

Antikalnėjimo priemonės pridėjimas polisilikatų kontrolės tikslais

Bež karbonatinio nuosėdų, jūros vanduo taip pat turi silicio dioksido ir kitų mineralų, kurie linkę susidaryti koloidines arba kristalinės nuosėdas ant membranų. Antinuosėdinės cheminės medžiagos keičia potencialių nuosėdų mineralų kristalinę struktūrą, neleisdamos jiems prilipti prie membranų paviršiaus, tuo tarpu mineralai lieka tirpale. Įprastas antinuosėdinės medžiagos dozavimas yra 2–5 ppm ir turi būti tiksliai parinktas atsižvelgiant į konkrečios jūros vandens sudėtį bei atgrąžinimo našumą atvirkštinės osmozės (RO) sistemoje. Šis cheminis pirminis apdorojimas veikia sinergiškai su rūgšties dozavimu, užtikrindamas visapusišką nuosėdų prevenciją ir leisdamas RO sistemoms veikti didesniu atgrąžinimo procentu bei žemesniu darbiniu slėgiu. Be antinuosėdinės medžiagos polysilikatinės nuosėdos gali susidaryti per kelias savaites, todėl reikėtų brangių CIP (valymo vietoje) procedūrų arba membranų keitimo.

Biologinis ir pažangus pirminis apdorojimas: apsauga nuo užteršimo

Bio-užteršimo kontrolė ir oksiduojančių medžiagų pašalinimas

Jūros vandenyje yra įvairių mikroorganizmų populiacijų, įskaitant bakterijas, dumblį ir bioplėvelę formuojančius organizmus, kurie kolonizuoja atvirkštinio osmoso (RO) membranas, jei jų neslopinsime. Bioapdulkinimas sukelia rimtą srauto sumažėjimą, nevienalytį membranų vientisumo pažeidimą ir greitesnį membranų gedimą. Daugelis druskos šalinimo įrenginių naudoja chlorą arba natrio hipochloritą kaip oksidacinį dezinfekcinį priemonę, kad sunaikintų mikroorganizmus jūros vandenyje prieš pradedant druskos šalinimo pirminį apdorojimą. Tačiau likęs chloras labai žalingas plonų plėvelių kompozitinėms RO membranoms, todėl po oksidacinės medžiagos įpurškimo nedelsiant turi būti taikoma aktyvuotos anglies filtracija arba natrio bisulfito dozavimas, kad laisvojo chloro kiekis būtų sumažintas beveik iki nulio. Šis pirminio apdorojimo reikalavimas reiškia, kad būtina atlikti du nuoseklius veiksmus: chloravimą mikroorganizmų kontrolės tikslais ir po to dechloravimą membranoms apsaugoti. Alternatyviai kai kurie pažangūs jūros vandens valymo įrenginiai naudoja ozonavimą arba UV dezinfekciją kaip neoksiduojančias alternatyvas, kurios palieka netrukdančius likučius.

Geležies ir mangano pašalinimas

Gamtinis jūros vanduo ir įleidžiamasis vanduo kartais turi padidėjusias geležies ir mangano koncentracijas, kurios kyla iš pakrantės geologinių formacijų ar požeminių mineralinių nuosėdų. Šie metalai oksiduojasi ir nusėda ant atgręžtinojo osmoso (RO) membranų, sukeliant neatsitaisomą užterštumą ir srauto sumažėjimą. Šiai problemai spręsti naudojamos jūros vandens pirminės apdorojimo sistemos, kuriose dažniausiai naudojami žaliųjų smėlio filtrai arba papildomas oksidavimas kartu su smėlio filtracija, kad būtų pašalinti geležies ir mangano hidroksido nuosėdų nuosėdai. Tyrimai, atlikti su neapdorotu jūros vandeniu, nurodo, ar šis pirminis apdorojimas yra būtinas; pakrantės objektai vulkaninėse ar geležimi praturtintoje vietovėse beveik visada jo reikalauja. Nepaisant metalų pašalinimo jautriose vietovėse, membranos greitai susidėvi ir reikia brangaus ankstyvo keitimo.

DUK

Kodėl jūros vandens pirminis apdorojimas yra sudėtingesnis nei šviežiojo vandens atgręžtinojo osmoso (RO) procesas?

Jūros vandenyje iš viso tirpusių medžiagų koncentracija yra apytiksliai 35 000 ppm, o įprastoje gėlojo vandens tirpalių koncentracija – 500–1500 ppm. Ši didesnė mineralų koncentracija, kartu su padidėjusia biologine veikla, didesniu drumzlinumo kintamumu ir korozinės druskos poveikiu, reikalauja papildomų pirminio valymo barjerų, kad būtų užkirstas kelias greitai užterštumui, nuosėdų susidarymui ir membranų degradacijai. Gėlojo vandens atvirkštinės osmosės (RO) sistemos dažnai reikalauja tik paprastos filtracijos ir antikalninių priemonių, o jūros vandens desalinizavimo sistemos turi įdiegti keletą cheminių ir biologinių pirminio valymo etapų.

Kokia yra tipinė jūros vandens desalinizavimo sistemos pirminio valymo kaina?

Papildomos apdorojimo infrastruktūros įrengimas paprastai sudaro 20–35 % visų kapitalinių sąnaudų jūros vandens valymo įrenginyje, kad būtų gautas geriamasis vanduo, o taip pat dar 10–15 % eksploatacijos sąnaudų dėl cheminės medžiagos dozavimo, filtruojančių medžiagų keitimo ir atgrąžinto plovimo vandens šalinimo. Šis investicinis įsipareigojimas yra būtinas, nes veiksmingas papildomas apdorojimas sumažina atvirkštinės osmosės (RO) sistemos darbinį slėgį, padidina membranų tarnavimo trukmę nuo 3–5 metų iki 5–8 metų ir mažina netikėtą sustojimą. Operatoriai, kurie nepakankamai investuoja į papildomą apdorojimą, patiria didesnes vieneto vandens gamybos sąnaudas dėl dažno membranų keitimo ir sistemos valymo reikalavimų.

Ar vien tik papildomas apdorojimas gali visiškai pašalinti reikiamybę valyti atvirkštinės osmosės (RO) membranas?

Ne. Netgi geriausiai suprojektuota pirminė apdorojimo sistema negali visiškai užkirsti kelių dėl membranų užterštumo ar nuosėdų susidarymo ilgalaikės eksploatacijos metu. Veiksmingos jūros vandens valymo sistemos taiko tiek puikią pirminio apdorojimo sistemą, tiek reguliarius CIP (valymo ciklus) protokolus, naudodamos švelnius rūgščių tirpalus ar specialius ploviklius, kad atkurtų membranų veikimą. Geriausios praktikos rekomenduoja atlikti CIP ciklus kas mėnesį arba kas ketvirtį, priklausomai nuo jūros vandens šaltinio kokybės ir sistemos grąžinimo naudingumo koeficiento, kartu nuolat stebint pirminio apdorojimo parametrus, kad būtų galima laiku aptikti ankstyvus užterštumo ar nuosėdų susidarymo požymius.