7.2. Опреснение природных вод

Опреснение воды долгое время было весьма дорогостоящим производственным процессом. Поэтому оно раньше применялось преимущественно на судах, а затем и на суше для обеспечения водой особо ответственных потребителей. Но по мере совершенствования технологии и снижения стоимости опресненной воды область ее применения расширялась.

Кроме мембранных методов - электродиализа (ЭД) и обратного осмоса (ОО), применяемых для опреснения солоноватых вод (минерализацией 2-5 г/л), для опреснения морской воды используют преимущественно дистилляцию. Подробное технико-экономическое сравнение каждого из этих методов можно найти в [260]. Мы остановимся лишь на основных показателях.

В основу методики подсчета технико-экономических показателей электродиализных установок положены типовые методики и рекомендации по расчету экономической эффективности [263-266]. Порядок расчета аналогичен приведенному в подразд. 7.1.

Экономичность опреснительных процессов во многом зависит от расхода энергии. Расход энергии в электродиализном методе, как отмечалось ранее, прямо пропорционален солесодержанию исходной воды и складывается из расхода электроэнергии на собственно опреснение и работу насосов (6.22). На практике расход энергии намного выше теоретически рассчитанного по закону Фарадея. Это обусловлено рядом причин: неполной селективностью мембран, обратной диффузией электролита из рассольных камер в дилюатные, необходимостью преодоления омических

118

сопротивлении растворов, мембран и протекания электродных процессов, утечками тока, бесполезным переносом ионов в связи с поляризацией и др. Поэтому вводят величину - выход по току.

Большое влияние на расход энергии оказывают плотность тока, размер и число камер, кратность рециркуляции растворов, толщина мембран и др. Существующие способы снижения стоимости процесса электродиализа сводятся к нахождению оптимальной плотности тока как фактора, определяющего все основные затраты. При подходе к определению оптимальной плотности тока для серийных циркуляционных установок сохраняется основной принцип ее нахождения - по минимальной себестоимости обессоливания воды. С другой стороны, возможен другой критерий оптимальности, а именно максимальная эффективность внедрения [13].

В табл. 7.2 и 7.3 представлены типичные для данного опреснительного процесса затраты энергии методами дистилляции, электродиализа и обратного осмоса при опреснении солоноватых вод на отечественных и зарубежных установках [260].

Таблица 7.2

Затраты энергии на отечественных установках, МДж/м3

Метод Производительность установки, тыс. м3/сут
1 4 20 40 100
Электродиализ, Sн= 5 г/л 64,0 50,6 41,2 38,8 35,8
Sн= 2г/л 39,2 31,6 25,9 24,6 23,0
Дистилляция 1342 789 474 406 377

Таблица 7.3

Затраты энергии на зарубежных установках, МДж/м

Метод Производительность установки, тыс. м3/сут
1 4 20 40 100
Электродиализ, SH = 5г/л 53,0 44,4 37,7 36,0 34,6
SH = 2г/л 34,8 29,2 25,1 24,3 23,6
Обратный осмос,          
SH =5г/л 38,6 32,3 28,1 26,8 26,0
SH = 2г/л 27,3 22,6 19,2 18,6 17,6

Из данных таблиц видно, что для опреснения солоноватых вод менее энергоемкими являются мембранные методы. Область энергетически выгодного применения ЭД лежит в более малых концентрациях, а ОО - в более высоких (рис. 7.1). Добиться более глубокого обессоливания можно комбинированием методов ОО и ЭД.

Так как о действующих крупных ОО установках авторам не удалось обнаружить технико-экономических проработок, то рассмотрим сравнение методов ЭД и дистилляции.

119

Структура капитальных и эксплуатационных затрат на опреснение методами дистилляции и электродиализа хорошо иллюстрируется цифрами, полученными Колодиным [260] и приведенными в табл. 7.4, а основные экономические показатели (в ценах 1990 года) - данными табл. 7.5.

Рис. 7.1. Изменение относительной стоимости опреснения воды электродиализом (1) и обратным осмосом (2) в зависимости от начальной минерализации [267]
Рис. 7.1. Изменение относительной стоимости опреснения воды электродиализом (1)
и обратным осмосом (2) в зависимости от начальной минерализации [267]

Нужно отметить, что приведенные показатели и структура капитальных и эксплуатационных затрат на отечественных опреснителях соответствуют ценам прошлого десятилетия. На сегодняшний день цены на топливо и промышленное оборудование повысились.

Однако в целом общую тенденцию можно проследить. Так, с увеличением производительности дистилляционных установок с 1 до 100 тыс. м3/сут удельные капитальные вложения уменьшаются в 5-6 раз, себестоимость - в 2,5-3 раза и приведенные затраты - в 3-3,5 раза. Для электродиализных установок эти показатели соответственно снижаются в 1-1,5, 2-2,3 и 1,5-2 раза.

Нужно также отметить, что дистилляционные опреснители малой производительности (до 4 тыс. м3/сут) почти в 4 раза дороже электродиализных, и лишь на крупных станциях мощностью 100 тыс. м3/сут капитальные вложения и них почти равны, но себестоимость опреснения воды на ЭД при этом в 2,7 раза дешевле. Поэтому опреснение солоноватых вод экономически выгоднее производить электродиализом.

120

Таблица 7.4

Структура капитальных и эксплуатационных затрат на опреснение на отечественных установках, %

Наименование
затрат
Дистилляция Электродиализ
Q< 5000
м3/сут
Q>10000
м3/сут*
Q<500
м3/сут
Q>1000
м3/сут
1. Капитальные вложения        
Основное и вспом. оборудование 56 51 59 51
Эл. оборудование, КИП 5 5 9 8
Трубопроводы 5 5 2 3
Здания и сооружения 9 8 7 6
Монтажные работы 19 14 15 18
Предподготовка 6 10 8 14
Переработка рассола - 7 - -
Итого 100 100 100 100
2. Эксплуатационные расходы        
Амортизационные отчисления 35 15 30 28
Текущий ремонт 6 2 5 5
Замена мембран и материалы 5 6 20 17
Электроэнергия 36 45 21 15
Тепло 8 6 - 8
Зарплата 8 10 12 10
Предподготовка (реагенты) - 15 10 12
Переработка рассола 2 1 - -
Прочие расходы     2 5
Итого 100 100 100 100

*На установке предусмотрена переработка отходящих рассолов по схеме доупаривания и разделения солей.

Таблица 7.5

Экономические показатели опреснения воды на отечественных установках, коп/м3

Показатели и методы опреснения Производительность установки, тыс. м3/сут
1 4 20 40 100
Капиталовложения          
Дистилляция 628 350 171 127 110
Электродиализ, Sн = 5г/л 154 125 114 110 106
Sн = 2г/л 70 67 62 60 55
Себестоимость          
Дистилляция 186 138 102 90 80
Электродиализ, Sн = 5г/л 62 46 38 34 30
Sн = 2г/л 28 25 21 19 17
Приведенные затраты          
Дистилляция 264 182 123 106 94
Электродиализ, Sн = 5г/л 81 62 52 48 43
Sн = 2г/л 36 33 28 26 24

121

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.