Чистые мембраны

Одна из наиболее трудных проблем, возникающих при эксплуатации систем водоочистки, связана с микробиологическими загрязнениями, содержащимися в исходной воде или вносимыми в очищенную воду в процессе её дальнейшей обработки. Можно назвать тысячи примеров, когда недооценка этого фактора приводила к выходу из строя оборудования водоподготовительных установок (ВПУ).

В настоящее время для очистки воды во всём мире широко применяются мембранные технологии. Важные требования к ним - предотвращение биозагрязнений на поверхности мембран и обеспечение биологической чистоты всего тракта.

Цель моей работы, недавно представленной на научно-технической конференции ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго», - внедрение метода обеззараживания воды, позволяющего предотвратить биологическое загрязнение ВПУ блока ПГУ Краснодарской ТЭЦ, где проявилась проблема накопления микроорганизмов.

Условия для микрофлоры

На водоподготовительной установке энергоблока ПГУ, восполняющей потери теплоносителя в конденсатно-питательном тракте ПГУ, для очистки воды используются такие современные дорогостоящие технологии, как ультрафильтрация, обратный осмос и электродеионизация.

Известно, что при неправильной эксплуатации оборудования химводоочистки на поверхности мембранных элементов образуется биоплёнка, способная полностью заблокировать поверхности мембран, лишив их работоспособности. Большая площадь мембран, на которой концентрируются микроорганизмы, соли и органические соединения, создаёт благоприятные условия для размножения бактерий, особенно если имеется микрослой осадка. Нарастая в этом слое, микрофлора блокирует поверхность мембраны, ухудшает её производительность и может даже повреждать разделительный слой, отчего снижается селективность.

Количественный рост бактерий часто зависит от обстоятельств, которые сложно предсказать и предусмотреть, а потому очень важно выяснить, наметилась ли тенденция к увеличению уровня бактериального загрязнения или просто произошёл его сезонный всплеск.

В пользу профилактики

Присутствие бактерий в воде неизбежно - они обнаруживаются в любых системах, где есть хоть какое-нибудь количество воды. Кроме того, при наличии питательных веществ бактерии растут и размножаются (а им для жизни не так много надо).

Если рост микробиологических примесей не регулируется, т. е. вода не проходит стадии микробиологической подготовки, практически на всех поверхностях очистной системы начинают формироваться биоплёнки. Как известно, около 99% всех бактерий на земле существует именно в форме биоплёнок, которые помогают им защищаться от неблагоприятных для них факторов окружающей среды. Биоплёнки могут формироваться бактериями одного вида или целыми сообществами, состоящими из самых разных микроорганизмов. Зрелые, уже сформированные биоплёнки могут также содержать покоящиеся («законсервированные») формы бактерий.

Удаление биологических загрязнений - трудоёмкий и дорогой процесс, требующий применения специальных реагентов, технологий и привлечения специализированных организаций.

С учётом всего сказанного становится понятно, что микробиологическое загрязнение намного легче предотвратить, нежели устранять.

Существующая схема

В настоящее время обеззараживание воды на водоподготовительной установке блока ПГУ реализовано частично - на этапе ультрафильтрации (см. рисунок).

Для дезинфекции ультрафильтрационных мембран во время химической промывки и обратной промывки, в том числе усиленной, применяется раствор гипохлорита натрия. При этом образуется свободный хлор, окисляющий органические вещества и бактерии, которые погибают в результате этого окисления. Гипохлорит натрия обладает пролонгированным бактерицидным действием.

Стоит отметить, что обработка воды хлором и его соединениями популярна во всём мире. К сожалению, этот дешёвый способ дезинфекции не подходит для обратноосмотических установок: свободный хлор разрушает материал их мембранных элементов, изготовленных из полиамида.

Проблема назрела

Опыт эксплуатации ВПУ блока ПГУ показал, что существующей схемы обеззараживания воды недостаточно. Требуется защита от биозагрязнений после установки ультрафильтрации.

В настоящее время на ВПУ блока ПГУ отмечены следующие факты.

* Ежегодно при осмотрах баков осветлённой воды обнаруживаются биообрастания по всей их внутренней поверхности. Для устранения этих биообрастаний проводится механическая очистка баков.

* Исследования отложений на картриджах фильтров в установках обратного осмоса первой ступени свидетельствуют о присутствии органики. При вскрытии фильтров тонкой очистки на их стенках обнаружена слизь. Также отмечено, что картриджи чаще приходится заменять, а это приводит к дополнительным эксплуатационным затратам.

* Межпромывочный интервал установок обратного осмоса первой ступени сократился с трёх месяцев до двух. Из-за этого срок службы дорогостоящих обратноосмотических мембран уменьшается до трёх лет (при том, что в идеальных условиях он может достигать 8-10 лет) и растут эксплуатационные затраты на моющие растворы.

Для устранения обозначенных проблем необходимо организовать дополнительное обеззараживание воды на ВПУ - оно позволит сократить эксплуатационные затраты на моющие растворы и картриджи фильтров тонкой очистки, а также продлить срок службы обратноосмотических мембранных элементов с трёх лет до шести и более.

Предложение

Для борьбы с микроорганизмами часто используют технологии биоцидной обработки. Многочисленные биоциды, т. е. вещества, обладающие ярко выраженным антимикробным действием, способны уничтожать всевозможные микроорганизмы, подавлять их жизнедеятельность и предотвращать развитие. Биоцидные реагенты уже давно используются для дезинфекции в различных отраслях промышленности, включая пищевую, деревообрабатывающую, целлюлозно-бумажную и другие.

Чтобы избежать биологических обрастаний поверхностей в тракте ВПУ, достаточно периодически обеззараживать воду химическим способом с использованием биоцида на основе 2,2-дибром-3-нитрилпропионамида (ДБНПА). Двадцатипроцентный раствор ДБНПА предлагается подавать в общий коллектор ультрафильтрата пропорционально расходу воды со станции автоматического дозирования, которую нужно разместить на ВПУ.

Технико-экономические расчёты показали, что проект по модернизации ВПУ окупится в течение трёх-четырёх лет.

* * *

Микробиологическое загрязнение и особенно рост биоплёнки способны негативно отразиться на качестве очищенной воды и привести к существенному увеличению расходов на эксплуатацию ВПУ блока ПГУ.

Предлагаемые процедуры периодической обработки мембран с использованием биоцидов в процессе эксплуатации мембранной установки очистки воды будут гарантировать биологическую чистоту всего тракта ВПУ.

Об авторе: Наталья Немова - ведущий инженер участка водоподготовки и водно-химического режима ООО «ЛУКОЙЛ-Кубаньэнерго».