Электродиализ
12. Метод электродиализа (электрохимический) надлежит применять при опреснении подземных и поверхностных вод с содержанием солей от 1500 до 7000 мг/л для получения воды с содержанием солей не ниже 500 мг/л. При необходимости получения воды с меньшим солесодержанием после электродиализной установки следует предусматривать обессоливание воды ионным обменом. В отдельных случаях при обосновании электродиализ допускается применять для опреснения вод с содержанием солей до 10 000—15 000 мг/л.
13. Вода, подаваемая на электродиализные опреснительные установки, должна содержать, не более: взвешенных веществ — 1,5 мг/л; цветность —20°; перманганатную окисляемость — 5 мг О/л; железа — 0,05 мг/л; марганца — 0,05 мг/л; боратов, считая по ВО2 — 3 мг/л; брома — 0,4 мг/л.
Вода, не отвечающая этим требованиям, должна предварительно обрабатываться.
Необходимость предварительного умягчения опресненной воды при общей жесткости более 20 мг-экв/л должна обосновываться.
Опресненная электродиализом вода перед подачей ее в систему хозяйственно-питьевого водоснабжения должна быть дезодорирована на фильтрах, загруженных активным углем, и обеззаражена.
14. Выбор типа аппарата электродиализной установки следует производить по паспортным данным завода-изготовителя. При этом в зависимости от расхода опресненной воды и солесодержания исходной воды определяются число ступеней опреснения, количество параллельных аппаратов в каждой ступени, кратность рециркуляции и расход сбрасываемого рассола, а также напряжение и сила постоянного тока на аппаратах всех ступеней для выбора преобразователя тока.
Гидравлическим расчетом следует определять потери напора в камерах опреснения, системах распределения и сбора внутри аппаратов, подающих и отводящих трубопроводах диализата и рассола.
При расходе опресненной воды до 250—400 м3/сут надлежит применять комплексные электродиализные опреснительные установки заводского изготовления, включающие электродиализные аппараты, проточно-рециркуляционные контуры диализата и рассола с баками и насосами, блок электропитания и блок контроля и автоматики.
15. Схему опреснения воды рекомендуется принимать прямоточную многоступенчатую с рециркуляцией рассола. В зависимости от солесодержания опресненной воды в схеме прямоточной многоступенчатой установки допускается предусматривать рециркуляцию диализата и емкость-смеситель диализата с исходной водой.
16. Число ступеней опреснения z прямоточных установок надлежит определять расчетом
При этом
Сисх ? Соп, (4)
где Сисх — солесодержание исходной воды, мг-экв/л;
Соп —солесодержание опресненной воды, мг-экв/л;
aс — коэффициент предельного снижения солесодержания диализата в каждой ступени опреснения, принимаемый
aс = (100 - Sc)/100, (5)
где Sс — солесъем за один проход опресняемой воды через аппарат, принимаемый по паспортным данным, %.
17. Количество параллельно работающих аппаратов Nап в каждой ступени надлежит определять по формуле
Nап = 26,8q(Свх - Свых)/iрFмhя, (6)
где q — производительность установки, м3/ч;
Свх — концентрация диализата, входящего в аппарат каждой ступени (для первой ступени равная солесодержанию исходной воды), мг-экв/л;
Свых — концентрация диализата, выходящего из аппарата той же ступени (для последней ступени равная солесодержанию опресненной воды), мг-экв/л;
ip — рабочая плотность тока, А/см2;
Fм — рабочая (нетто) площадь каждой мембраны, см2;
h — коэффициент выхода по току, принимаемый для аппаратов с мембранами МА-40 и МК-40 равным 0,85;
nя — количество ячеек в аппарате, принимаемое не более 200—250 шт.
18. Рабочая плотность тока в аппаратах каждой ступени должна приниматься равной оптимальной плотности тока, определяемой технико-экономическим расчетом. При этом необходимо принимать величину рабочей плотности тока в аппаратах каждой ступени не более величины предельной плотности тока, определяемой по формуле
iпред = Сдv'p'/K', (7)
где Сд — расчетное значение концентрации диализата в камере опреснения, определяемое из выражения
Сд = (Свх - Свых)/2,31g(Свх/Свых), (8)
где v’ — скорость в камере опреснения (средняя по свободному сечению), см/с;
К', p’ — коэффициенты, характеризующие деполяризационные свойства сепаратора-турбулизатора, используемого в аппарате рассматриваемого типа. Рабочие плотности тока по ступеням прямоточной многоступенчатой установки определяются по формуле
ip1/ip2 = ip2/ip3 = ip3/ip4 = … = 1/ac, (9)
где ip1 — рабочая плотность тока на аппарате первой ступени;
ip2, ip3, ip4 и т.д. — рабочие плотности тока на аппаратах 2, 3, 4 и других ступеней.
19. При определении напряжения на электродах аппаратов всех ступеней (для выбора типа преобразователя тока) надлежит учитывать: падение напряжения на электродной системе, падение напряжения в мембранном пакете за счет омического сопротивления (обратной величины электропроводности) растворов и мембран, суммарный мембранный потенциал с учетом концентрационной поляризации. Расчет должен производиться для заданной температуры растворов.
Величину удельной электропроводности ?t диализата и рассола надлежит определять по номограмме в зависимости от отношения содержания сульфатов SO42- к общему количеству анионов SA, температуры tc и концентрации солей Сс (рисунок).
Пример.
Дано: С = 40 мг-экв/л; []/SA = 0,2;
t = 10 °C.
Ответ: ?t103 = 30 м-1?см-1;
?t = 3?10-3 Ом-1 см-1 [SO4]/А
(мг-экв/л)/(мг-экв/л)
20. Концентрация рассола на выходе из последней ступени не должна быть выше предельной концентрации, определяемой из условий невыпадения соединений сульфата кальция (произведение активных концентраций сульфатов и кальция в рассоле не должно превышать произведения растворимости сульфата кальция при температуре рассола в аппарате).
Расчетные концентрации рассола в каждой ступени определяются так же, как и концентрации диализата. Концентрации рассола на входе в аппарат и выходе из него, а также кратность рециркуляции рассола определяются на основе балансовых расчетов.
21. Борьба с отложениями солей на поверхности мембран со стороны рассольного тракта и в катодной камере должна предусматриваться переполюсовкой электродов с одновременным переключением трактов диализата рассола, а также подкислением рассола и католита.
Дозу кислоты необходимо принимать равной щелочности исходной воды.
Допускается при обосновании периодическая отмывка трактов с повышенными дозами кислоты.
22. Трубопроводы опреснительных установок должны приниматься из полиэтиленовых труб, арматура — футерованная полиэтиленом или эмалированная.
23. В каждом из трактов прямоточной установки должен предусматриваться контроль за расходами, температурой, солесодержанием и рН.
24. Для установок производительностью более 400 м3/сут электросиловое оборудование и КИП надлежит монтировать в отдельном помещении, изолированном от помещения электродиализных аппаратов.