Мембранная дегазация воды

Чистота воды во многих отраслях промышленного производства играет решающую роль. Часто недостаточное качество продукции и быстрый износ оборудования связан с присутствием в воде, задействованной в технологическом процессе, агрессивных газов СО₂, О₂, Н₂, Н₂S. Они вызывают или ускоряют коррозию металла. Растворенный О₂ и Н₂ появляются в воде в результате катодного восстановления при электрохимических процессах электрокоагуляции и электрофлотации. Н₂S придает водным растворам неприятный запах. Совокупность мероприятий, связанных с удалением из воды растворенных в ней газов, называется дегазацией.

Сферы применения установок мембранной дегазации

Физические и химические методы дегазации активно использовались до недавнего времени. Однако обработка химическими реагентами и физическая десорбция имеют серьезные недостатки:

• высокие затраты на обслуживание установок;
• увеличенное энергопотребление;
• большой расход химических реагентов;
• установки дегазации масштабны и занимают много места;
• присутствует возможность повторного попадания в воду микробиологических примесей.

Метод мембранной дегазации (дегазификации) - это самый эффективный современный способ удаления из воды растворенных газов любой природы. Главный компонент дегазификационного процесса - пористая мембрана контактора большой площади, через которую газы проникают внутрь, а вода остается за пределами гидрофобной структуры мембраны. Газообмен происходит в мембранных микропорах, имеющих огромную площадь поверхности. Установки мембранной дегазации компактны, снижают до минимума вероятность повторного попадания в воду механических и микробиологических примесей.

Современные технологические процессы микроэлектроники, фотоиндустрии, фармацевтического производства, теплоэнергетики, пищевой промышленности требуют ультрачистой воды. Декарбонизация, удаление растворенного кислорода с помощью мембранной дегазации увеличивают срок службы котельного оборудования, труб, ионообменных фильтров. Удалять из воды свободный СО₂ необходимо и при обезжелезивании воды в процессе водоподготовки.

Процесс мембранной дегазации для глубокого удаления кислорода

Мембрана в дегазаторе служит инертной газопроницаемой стенкой, которая разделяет жидкую и газообразную фазы. Водный раствор проходит через всю полость контактного элемента дегазификатора, наполненную капиллярами. Гидрофобный материал (полипропилен) мембранных капилляров не пропускает воду, но через него свободно проходят газы любой природы благодаря вакууму, специально создаваемому внутри пространства капилляра.

Повышают плотность упаковки мембран использованием модулей с половолоконными микропористыми материалами. Половолоконный размер 0,3 мм создает максимальное удельное соприкосновение на поверхности среди всех мембранных установок. При большой площади места переноса отсутствует смешивание фаз, и нет необходимости в их разделении. Эту функцию выполняет мембрана.

Исходный водный раствор прокачивается через мембранный дегазатор насосом. С обратной стороны мембраны компрессором создается движение газа или происходит его вакуумное разрежение. Возможен вариант комбинированного действия компрессора и вакуума.

Виды мембранной дегазации

В зависимости от конкретной задачи могут быть организованы различные схемы проведения дегазационного процесса.
Прокачивание воздуха или газа-носителя (азота) через мембранный контактор для дегазации воды - самый экономически выгодный способ для удаления неравновесной угольной кислоты. В нагнетаемом воздухе не должно быть примесей масла, температура при подаче - менее 30°С. Обязательна предварительная фильтрация через поры фильтра не крупнее 2 мкм. Недопустимо присутствие в воздухе свободного Cl₂.

Вакуум внутри мембранных волокон используется для избавления от газов любой природы. Уровень вакуумного разрежения в дегазационной системе должен быть в районе 50 мм рт. ст.

Комбинированный способ прокачки газа и вакуумного разрежения применяется при необходимости убрать кислород и углекислый газ одновременно. При вакуумировании потока газов поддерживают разрежение в дегазификаторе (140 – 240 мм рт. ст.) и расходование газовой смеси.

Достоинства и недостатки мембранной дегазации

Безреагентная дегазация водных растворов в мембранных контакторах находит применение в различных производственных сферах и системах подготовки ультрачистой воды благодаря:

• универсальности метода, избавляющего воду от газообразных составляющих любой природы;
• постоянно высокое качество водоподготовки;
• возможность избежать повторного загрязнения воды механическими и микробиологическими примесями;
• глубине процесса дегазификации;
• экономии в энергопотреблении;
• компактности установок дегазации;
• отсутствию соприкосновения фаз после разделения;
• простоте монтажа и управления процессом.

Неоспоримые достоинства мембранной дегазации привлекают к методу все больше внимания исследователей, перед которыми сейчас стоит задача избавиться от значительных недостатков технологии по сравнению с традиционными физическими и химическими методами дегазации воды:

• высокая цена на половолоконные мембраны;
• автоматизация процесса должна быть организована на первоклассном уровне;
• жесткие требования к составу и качеству исходной воды, поступающей в контактор в зависимости от типа мембраны.

В чем особенность мембранной дегазации?

Процесс мембранной дегазации воды с помощью мембранных контакторов - новый современный способ дегазации водных растворов. Его внедрение во многие технологические схемы позволяет уменьшить в несколько раз затраты на обеспечение производства особо чистой водой. Снижение стоимости обслуживания очистных станций и сооружений водоподготовки, возможность установки и запуска дегазаторов без нарушения основных технологических процессов очистки воды, уже реализованных на объектах, делает метод мембранной дегазации перспективным направлением для дальнейшего развития и оптимизации в промышленных масштабах.