УДК 628.16; 621.357

ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ "АКВАМИН" (способов и аппаратов электрохимической обработки жидкостей)

И.Н. Медведев, Я.С. Теплицкий

Рассматриваются принципы и отличительные особенности технологии опреснения и очистки воды комбинированными методами электродиализа, электролиза, электроосмоса и электромембранной фильтрации. Тип конструкции устройства – моноблок.

   Очистка воды, электролиз, электромембранная фильтрация

Первые разработки технологии "Аквамин" относятся к 1966 г., когда в СССР началось мощное развитие космических программ. Задача, поставленная перед авторами проекта, заключалась в том, как обеспечить команды космонавтов питьевой водой при длительных полетах. Необходимо было разработать средства по регенерации и рециркуляции всей жидкости, которая имелась на борту корабля, с одновременной ее очисткой для многократного использования.

Первый космический корабль, выведенный на орбиту с подобной системой на борту был "Салют-3", запущенный в 1967г. Эта система, основанная на одном из самых первых применений малых электромембран, оказалась необычайно эффективной и была успешно использована в дальнейшем. Успех системы водоочистки, известной сегодня под торговым именем "Аквамин", стал важной частью успехов советской космонавтики.

Основываясь на сходных принципах, авторы "Аквамина" разработали позднее системы для опреснения и очистки воды для потребностей атомной энергетики и военной промышленности бывшего СССР. Сами принципы и технология системы "Аквамин" все это время оставались строго засекреченными, пока "свободный рынок" в сегодняшней России не позволил авторам воспользоваться правами на собственную разработку и найти ей применение как в Российской промышленности, так и на мировом рынке.

Сегодня новая технология внедрена на многих промышленных предприятиях России. Одна из ТЭЦ г. Москвы в течение нескольких лет успешно эксплуатирует установки "Аквамин", заменив ими экологически опасные ионообменные фильтры. В настоящее время проводится аналогичная замена на всех остальных ТЭЦ г. Москвы.

Через филиалы компании "Аквамин" в Ирландии и США новая технология получила прописку на Общем Рынке Европы и США а также защищена международными патентами на дальнейшую разработку и продажу.

Основные преимущества технологии "Аквамин" по сравнению с другими технологиями:

1. Технология "Аквамин" объединяет 4 основных способа обработки воды: электродиализ, электролиз, электроосмос и электромембранный процесс в единый блок, проводящий опреснение и очистку воды эффективнее других технологий.

Разработанная для космических программ, эта технология проста и надежна. На сегодняшний день наиболее важными становятся стоимость и экологические качества методов опреснения и очистки.

Наиболее эффективные из известных технологий оказываются и наиболее дорогими. Стандартные методы опреснения при больших объемах производства становятся крайне неэффективными. Так, например, традиционный электродиализ используется на сегодня наиболее широко, но оказывается непосильно дорогим для экономик развивающихся стран и, кроме того, отличается нестабильностью и низкими коэффициентами эффективности (по воде). В том же можно упрекнуть и метод обратного осмоса. Он дорог и требует повышенного давления воды и использования больших количеств химических соединений. При нынешнем состоянии окружающей среды, такой подход становится экологически неприемлемым.

"Аквамин" выгодно отличается своими характеристиками в обоих вышеуказанных аспектах. "Аквамин" дешев в производстве, что является результатом уникальности инженерной конструкции и эффективного использования исходных материалов. Расчеты и практика показывают, что производство аппаратов "Аквамин" на 40 % дешевле, чем для аналогичных систем обратного осмоса или диализа. Так, например, более 8 лет находится в эксплуатации завод по опреснению воды, оборудованный установками "Аквамин", производительностью 12000 куб. м в сутки, стоимостью около 2,0 млн. долл. США. Для сравнения можно привести обратноосмотическую немецкую установку мощностью 2400 куб. м в сутки, стоимостью 4,5 млн. немецких марок, смонтированную в г. Тахтакупыр (Узбекистан) в 1993 году.

2. "Аквамин" экономичен в расходах энергии, т.к. не требует насосов высокого давления, как для других систем. Достаточным для подачи и циркуляции воды оказывается давление в 3 бар, в сравнении с 20 бар для систем обратного осмоса. Кроме того, расход электроэнергии в системе "Аквамин" в высшей степени эффективен благодаря специальному инженерному решению, заложенному в основу самой технологии (НОУ-ХАУ). Сравнительный анализ показывает, что система "Аквамин" расходует почти на 50 % меньше энергии, чем другие методы.

3. "Аквамин" не использует химикатов для опреснительного процесса. Это существенно удешевляет эксплуатацию системы, не требуя регулярных затрат на химические вещества. Отходы обработки воды при системе "Аквамин" представляют собой пригодный для использования нейтральный концентрированный солевой раствор. Эти отходы могут либо вторично использоваться в промышленности, либо сбрасываться без тяжелых экологических последствий.

4. "Аквамин" отличается стабильностью характеристик конечного солесодержания (КС) на выходе. Для всех других систем начальная эффективность очистки постепенно снижается по мере формирования отложений на мембранах, что приводит к возрастанию КС. Для поддержания требуемого верхнего предела КС в этом случае применяется специальная химическая обработка отложений. Все это требует регулярной профилактической обработки мембран и самих установок.

5. Установки "Аквамин" комплектуются по модульному принципу в соответствии с заданным уровнем КС. Уникальная электромембрана спроектирована таким образом, что на ней не образуется никаких отложений и поэтому не требуется остановок и расхода реагентов для ее регенерации (НОУ ХАУ). Для систем охлаждения промышленного масштаба, таких как на атомных электростанциях, реально получение нулевого КС.

6. Установки "Аквамин" не ограничены минимальными и максимальными температурами. Исходно, сама технология была спроектирована для работы при экстремальных температурах. Особенность этой системы заключается в том, что стоимость расходов энергии уменьшается с ростом температуры воды на входе (довольно существенное преимущество при работе в климатических условиях Ближнего Востока или Азии, например).

7. Эффективность "Аквамина" выше всех других систем и технологий. При обратном осмосе эффективность выхода воды прямо связана с уровнем КС и снижается с увеличением мощностей переработки, немедленно отражаясь на капитальных затратах. В этом случае, вода под высоким давлением прогоняется через мембраны, задерживая соли и взвеси. Позднее все образующиеся отложения промываются водой из источника, снижая эффективность выхода до 65 % (в лучшем случае).

8. Установки "Аквамин" обеспечивают полную очистку воды от нежелательных элементов, оставляя в ней лишь необходимое для организма солесодержание.

9. В системах "Аквамин" используется запатентованный процесс с использованием электронных импульсов для переноса солей через мембраны в ходе сложного, но эффективного диализного процесса. Это не требует ни насосов высокого давления, ни дополнительных затрат воды. Итогом служит очищенная вода со стабильными показателями КС на выходе при высокой эффективности (80 % и выше).

"Аквамин" зарекомендовал себя в высшей степени надежно в приложениях к советским космическим программам и системам водоочистки на территории бывшего Советского Союза и рекомендуется для следующих областей:

ВОДОСНАБЖЕНИЕ: для опреснения и очистки воды, поставляемой компаниями, городскими и местными властями в системы водоснабжения. Опреснение артезианской и морской воды.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: для потребностей пищевой, химической и фармацевтической промышленностей, использующих чистую воду высокого качества;

ЭНЕРГЕТИКА: для атомных и тепловых электростанций, промышленных систем охлаждения;

СПЕЦИАЛЬНОЕ И ДОМАШНЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ: для госпиталей, отдельных зданий и домашних приложений.

МОБИЛЬНОЕ И МОРСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЯ: для отдельных автоплатформ, кораблей, яхт, нефтяных и морских платформ.

Путем несложной переналадки клапанной системы и системы КИП и А аппараты "Аквамин" переводятся в режим электрохимической активации (ЭХА) с получением из обыкновенной водопроводной воды электрохимически активированных кислотных и щелочных растворов (ЭХАР). При этом, могут быть созданы установки любой производительности на базе серийно производимых заводами фирмы "АКВАМИН" модулей.

Специалистами "АКВАМИН" проведен ряд лабораторных и опытных исследований с последующей промышленной проверкой следующего применения ЭХАР:

1. Обработка сточных вод самых разнообразных промышленных производств, после которой практически все растворенные вредные соединения приобретают хлопьевидную форму и легко отделяются отстаиванием или фильтрацией. Успешной обработке были подвергнуты сточные воды Омского завода синтетического каучука, Чирчикского ПО "Электрохимпром", пяти заводов НПО "Средазхиммаш". Сегодня можно уверенно утверждать, что сточные воды ЛЮБЫХ производств и в ЛЮБОМ количестве могут быть успешно очищены и обезврежены с использованием технологии "Аквамин".

2. Регенерация катионообменных и анионообменных фильтров на станциях химводоочисток (ХВО) с использованием ЭХАР вместо соляной кислоты и едкого натра с соответствующей ликвидацией вредных сточных вод (станция ХВО производства капролактама Чирчикского ПО "Электрохимпром").

3. Обессоливание воды в теплоэнергетических системах (котельная г. Чирчика, котельная Чирчикского ПО "Электрохимпром").

4. Замена серной кислоты на ЭХАР при гидролизе древесины (Янгиюльский гидролизный завод).

5. Частичная замена серной кислоты на ЭХАР при зарядке автомобильных аккумуляторов (Чирчикская станция техобслуживания автомобилей). Срок службы аккумуляторов достиг шести лет.

6. Замена плавиковой кислоты на ЭХАР в производстве искусственного хрусталя (Ташкентский и Ленинградский хрустальные заводы).

7. Практически на всех предприятиях нефтяной, газовой и химической промышленностей стран СНГ имеются т.н. "факелы", в которых сжигаются токсические горючие отходы, нанося огромный ущерб экологии. Основные горючие компоненты этих отходов: сероводород, окись углерода, гомологи метана. Во всех развитых странах подобные "факелы" давно ликвидированы путем практически полной утилизации составляющих газовых выбросов с получением массы полезных продуктов.

Под руководством д.т.н. Теплицкого Я.С. на многих заводах химической и нефтехимической, промышленности СНГ были ликвидированы многочисленные "факелы" с использованием струйных аппаратов для транспортировки газовых отходов к местам их утилизации и специальных горелок для их сжигания с получением вторичного тепла. В настоящее время "АКВАМИН" разработал и предлагает новые процесс и установку для утилизации сероводородсодержащих кислых газов.

Одним из основных принципов предлагаемого способа является принцип избирательной (селективной) абсорбции сероводорода. Основным отличием от всех известных способов является применение в качестве абсорбента не моноэтаноламина или водных растворов щелочных металлов, а католита (ЭХАР), с последующим восстановлением сероводорода до элементарной серы и водорода, которые являются продуктами утилизации.

Технико-экономическая оценка показала, что только по Мубарекскому газоперерабатывающему заводу (Узбекистан) за счет ликвидации шести "факелов" могут быть получены следующие товарные продукты: сера порошкообразная, водород газообразный, двуокись углерода с последующим получением сухого льда и метана газообразного на общую сумму в 64,6 млн. дол. США в год.

Тысячи "факелов", горящих в России и странах СНГ, можно "погасить" с не меньшей экономией и с огромным экологическим эффектом.

ВЫВОДЫ:

Технологии и установки "Аквамин" успешно применяются в промышленности и рекомендуются для широкого распространения в следующих областях:

1. Опреснение и очистка ЛЮБЫХ природных вод с ЛЮБОЙ степенью засоленности и загрязненности и в ЛЮБЫХ количествах.

2. Получение из воды ЭХАР с последующим использованием полученных "водных" кислот и щелочей в промышленности для замены традиционных кислот и щелочей с ликвидацией тяжелых экологических последствий существующих технологических процессов.

3. Создание экологически чистых технологий очистки и обезвреживания ЛЮБЫХ сточных вод, в ЛЮБЫХ количествах с дальнейшим полезным использованием полученных продуктов.