Подбор мембранного бака для водоснабжения: Мембранный бак и несколько «зарытых собак»

Как выбрать бак для систем водоснабжения

Бак для водоснабжения (расширительный бак) представляет собой емкость, используемую для автономного отопления и водоснабжения. Он предотвращает возникновение повышенного давления и защищает систему от гидравлических ударов. Расширительные баки подбираются индивидуально для каждой системы с учетом всех параметров и характеристик. Они должны быть устойчивы к повышенному давлению и не восприимчивы к коррозии.

Главная задача расширительных баков для водоснабжения поддержание оптимального давления в системе. Для этих целей в баках используются компенсаторы, выравнивающие нагрузку на все части системы водоснабжения. Бак и мембрана, контактирующие с водой, изготавливаются из материалов, не влияющих на вкус воды. Такие материалы должны быть сертифицированы и отвечать санитарно-гигиеническим требованиям.

Бак для водоснабжения: принцип действия.

Внутри расширительного бака размещена резиновая мембрана, делящая бак на две части. В одну накачивается воздух, другая часть остается пустой. Пустая часть бака после запуска водоснабжения заполняется водой. Часть с закачанным воздухом предназначена для поддержания заданного напора. Давлением воздуха вода выдавливается из бака в трубопроводы, благодаря чему создается устойчивое состояние системы. без перепадов и перегрузок.

Бак расширительный для водоснабжения: особенности работы.

Вода, попадающая из скважины в бак, находясь под давлением, увеличивает мембрану и уменьшает объем воздуха, создавая при этом некоторое давление. После достижения необходимого уровня давления насос отключается, вода расходуется и давление падает. Для поддержания давления насос опять включается.

Помимо прочих положительных качеств, мембранный бак компенсирует гидравлический удар, тем самым намного сокращая частоту включения насоса. Это повышает срок эксплуатации элементов системы и экономит электроэнергию. Кроме того, при отключении электричества бак для водоснабжения может играть роль прибора-«допользования». Т.е. вода еще некоторое время будет поступать потребителю.

Расширительные баки бывают горизонтальной и вертикальной формы, открытыми и закрытыми. Объем воды, как и рабочее давление, также варьируются.

Структура баков для систем водоснабжения.

Конструкция гидроаккумулятора не слишком сложна: он состоит из герметично закрытой емкости овальной формы. Баки для систем водоснабжения имеют две внутренние камеры: воздушную и жидкостную. От аналогичных отопительных эти агрегаты отличаются наличием разделительной мембраны, а также характером материала ее изготовления.

Для того чтобы не навредить высокому качеству питьевой воды, ее делают из экологичного каучука, обладающего отличными гигиеническими свойствами. Что касается размеров баков — они могут быть совершенно разными, начиная от 8 и заканчивая 100 литрами.

Объем бака для водоснабжения

При расчете объема бака учитывается начальное давление воздуха, содержащегося в пустом отсеке бака, и рабочее (при максимальной нагрузке). Принципиальным же считается расчет необходимого напора воды. Хотя для потребителя и достаточно знать соотношение объема бака к объему всей системы, неправильно подобранный бак приводит к скорому выходу из строя оборудования и  трубопроводов.

 Бак открытого типа

Такие приборы устанавливаются на максимально возвышенных точках системы отопления (чердаки, крыши зданий). Напор воды компенсируется лишь атмосферным давлением, из-за чего отсутствует возможность регулировки и возникает опасность протечки при избытке жидкости. Сейчас баки открытого типа используются крайне редко.

Как выбрать бак для системы водоснабжения?

Чтобы выбор оборудования был оптимальным, следует взять на вооружение несколько правил:

• Необходимо принимать во внимание, в какой именно системе будут задействованы агрегаты.
• Стоит учитывать, какой температурный режим планируется.
• Обращать внимание на технические параметры оборудования, которые были заданы производителем.
• Если планируется остановить выбор на мембранном типе бака, то нужно иметь в виду, что насос здесь имеет ограниченное количество включений. Однако данное замечание не актуально в том случае, если воду предстоит накапливать под действием высокого давления.
• Если в системе применяется насос поверхностного типа, то к нему должен прилагаться небольшой по объему гидроаккумулятор, поскольку он имеет большее количество подключений в течение минуты, чем насос погружного типа.
• Мембранные баки для систем водоснабжения с горизонтальным способом установки следует использовать только в паре с поверхностными насосами.
• Стоит учитывать конкретные характеристики системы водоснабжения.

В итоге, назначение бака сводится к нескольким основным принципам:

• Оборудование помогает избежать гидроударов, возникающих внутри комплекса.
• С его помощью стабилизируется и поддерживается на одном уровне давление внутри системы.
• Благодаря наличию баков, происходит оптимизация функций насоса, поскольку он будет защищен от слишком частых включений.
• Помогает продлить срок эксплуатации насоса.

Подбор мембранного бака для системы водоснабжения

В системе водоснабжения необходимо предусматривать установку мембранного гидробака, который будет ограничивать частоту включений насосов и сглаживать колебания давления.

Выбор типа и размера мембранного гидробака зависит от конкретной системы и, безусловно, должен выполняться специалистом-проектировщиком. Ниже приводятся таблицы с рекомендуемыми номинальными объемами мембранных гидробаков:

Принятые сокращения :
Pset — давление в рабочей точке (напор насоса плюс давление на входе в установку)
Q — номинальный расход одного насоса

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений в час nmax = 200. Мощность электродвигателя одного насоса менее 4 кВт.)

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений nmax=100. Мощность электродвигателя одного насоса более 5,5 кВт.)

Для установок с частотным преобразователем минимальный объем мембранного бака равен 1/3 от значения в вышеприведенных таблицах

Также объем мембранного бака можно рассчитать используя формулу:

Обозначение	Описание
V	Номинальный объем мембранного гидробака, [л]
Q	Для установок без частотного преобразователя номинальная подача одного насоса, [м3/час]. Для установок с частотным преобразователем Q=25% от номинальной подачи одного насоса
pset	Давление в рабочей точке насоса (сумма давления на входе и давления, развиваемого насосом), [бар]
ΔP	Разница между значениями давления выключения и давления в рабочей точке, [бар]. Как правило выбирается 1.5 бара
k	Коэффициент, характеризующий давление настройки мембранного гидробака 0,7 для установок с частотным преобразователем; 0,9 для установок без частотного преобразователя
nmax	=допустимое число включений-выключений в час =200 при мощности электродвигателя менее 4 кВт =100 для электродвигателей мощностью 5,5 кВт и выше

Мембранные баки

Серия WDV

Баки применяют в магистралях горячего водоснабжения для компенсации температурного расширения воды и в гелиосистемах для компенсации температурного расширения воды. Материал корпуса- сталь; материал мембраны — EPDM; максимальное рабочее давление – 12 бар, диапазон рабочих температур +1…+ 110°С.

Развернуть

Серия WRV

Баки предназначены для компенсации температурных расширений теплоносителя в замкнутых системах отопления. Материал корпуса- сталь; материал мембраны — EPDM; максимальное рабочее давление – 10 бар, диапазон рабочих температур -10…+ 100°С.

Развернуть

Серия WAV

Гидроаккумуляторы предназначены для поддержания рабочего давления в системе водоснабжения, предотвращения разрушения системы от гидравлического удара, уменьшения количества включений- выключений насоса и компенсации температурного расширения воды в системе ГВС.

Материал корпуса- сталь; материал мембраны- EPDM; максимальное рабочее давление – 10 бар, диапазон рабочих температур +1…+ 100°С.

Развернуть

	Модель	Объем, л	Макс. давление, бар	Давление воздушной полости, бар	Диаметр, мм	Высота, мм	Масса, кг	Диаметр штуцера	Файлы САПР
	WAV 8	8	10	1,5	200	311	1,55	3/4″
	WAV 12	12	10	1,5	280	307	2,10	3/4″
	WAV 18	18	10	1,5	280	402	2,80	3/4″
	WAV 24	24	10	1,5	280	504	4,25	3/4″
	WAV 35	35	10	1,5	365	453	5,95	3/4″
	WAV 50	50	10	1,5	365	691	9. 20	3/4″
	WAV 80	80	10	1,5	410	807	11.60	3/4″
	WAV 100	100	10	1,5	495	787	15.10	1″
	WAV 150	150	10	1,5	495	1059	18.40	1″
	WAV 200 (top)	200	10	1,5	580	1120	32,4	11/4«
	WAV 300 (top)	300	10	1,5	660	1170	40,3	11/4«
	WAV 500 (top)	500	10	1,5	780	1390	55,5	11/4«
	WAV 750	750	10	4	780	1880	86,0	1 1/4″
	WAV 1000	1000	10	4	780	2280	104,0	1 1/4″
	WAV 1500	1500	10	4	960	2350	240,0	2″
	WAV 2000	2000	10	4	1100	2450	375,0	21/4«
	WAV 3000	3000	10	4	1250	2700	550,0	3″
	WAV 4000	4000	10	4	1450	3100	655,0	3″
	WAV 5000	5000	10	4	1450	3720	830,0	3″
	WAV 10000	10000	10	4	1600	5750	1920,0	DN 100

Серия WAO

Гидроаккумуляторы предназначены для поддержания рабочего давления в системе водоснабжения, предотвращения разрушения системы от гидравлического удара, уменьшения количества включений- выключений насоса и компенсации температурного расширения воды в системе ГВС.

Материал корпуса- сталь; материал мембраны- EPDM; максимальное рабочее давление – 10 бар, диапазон рабочих температур +1…+ 100°С.

Развернуть

САУН-24

Система автоматического управления насосом САУН-24л предназначена для автоматического управления жидкостными электронасосами, контроля и поддержания заданного давления в системе водоснабжения. Автоматическое включение электронасосов для водоснабжения при открытии и закрытии крана. Снабжена 24 литровым мембранным баком.

Развернуть

Группа подключения мембранного бака

Универсальная настенная консоль для надежного крепления мембранного расширительного бака объемом до 50 литров предназначенная для защиты отопительной системы с теплопроизводительностью котла до 50 кВт от превышения максимально допустимого рабочего давления

Развернуть

В состав группы подключения мембранного бака входят:

1. консоль

2. быстроразхемного соединение (для автоматического запирания при отсоединении мембранного бака)

3. манометр

4. отсекающий клапан

5 предохранительный клапан на 3 бара

6. переходник

7. автоматический воздухоудалитель

8. отсекающий клапан

Комплект крепления для мембранных баков 8-35

Комплект крепления для мембранных баков предназначен для настенного крепления баков Wester объемом до 35 л.

Развернуть

Максимально допустимый вес бака — 40 кг.

Максимально допустимый диаметр бака — 365 мм.

В состав комплекта входят: 

— кронштейн;

— стальная лента со стягивающим механизмом;

— дюбель — 2 шт.;

— саморез — 2 шт.

Монтаж скважинных насосов — подбор бака гидроаккумулятора

Назначение 

Мембранный бак (далее гидроаккумулятор) — предназначен для накапливания гидравлической энергии воды и последующего её использования. В системе водоснабжения выполняет функцию демпфера способного принять в себя, как прирост объёма или резкий скачёк давления, так и компенсировать незначительный водоразбор, снижая частоту включения насоса.

Гидроаккумулятор для питьевого водоснабжения решает следующие задачи: 

• Поддержание давления в системе водоснабжения (постоянный напор) 
• Создание резервного запаса воды при перебоях электроэнергии

• Компенсация (гашение) гидравлических ударов возникающих при включении насоса или закрытии крана

• Компенсация незначительных разборов воды или утечек провоцирующих недопустимо частое включение насоса

• Снижение частоты включения и увеличение срока службы насоса

Конструкция и принцип работы 

Конструктивно гидроаккумулятор или мембранный бак представляет собой емкость с резиновой мембраной внутри, занимающей 35 — 65% объема гидроаккумулятора и соединенной с корпусом при помощи фланца из нержавеющей стали. Между мембраной и стенками гидроаккумулятора находится закачанный под давлением воздух. При включении насоса вода из скважины поступает в мембрану, при этом объем воздуха в воздушной камере уменьшается на величину объема воды, наполнившей мембрану. Уменьшение объема воздуха приводит к увеличению давления в системе. При повышении давления до определенного уровня выставленного предварительно c помощью реле, это реле отключает насос и при открытии крана вода течет из гидроаккумулятора. При этом давление в мембране уменьшается, насос включается снова и в нее снова закачивается вода. Таким образом, насос не работает постоянно, а включается лишь тогда, когда давление в баке опускается до определенного минимального значения и выключается при достижении максимального значения давления при наполнении мембраны водой. В итоге, поддерживается постоянный напор воды в системе водоснабжения, уменьшается износ насоса и срок его эксплуатации возрастает. 

Однако не весь гидроаккумулятор заполнен водой, а только его часть. Полезный рабочий объем воды в гидроаккумуляторе рассчитывается исходя из оптимизации частоты включения насоса, и может составлять 35-55% от его общего объема.  

Самый высокий показатель при прочих равных условиях — у немецких гидроаккумуляторов Reflex Refix DE и составляет 45-65%. А это означает, что объем воды в 100-литровом мембранном баке будет варьироваться не в пределах 35 — 55, а 45 — 65 литров. 

Компания Reflex производит только вертикальные мембранные баки Reflex Refix DE из углеродистой стали высокого качества. Все части подвергающиеся воздействию воды — с антикоррозионным покрытием. Мембрана является сменной, что делает срок службы такого гидроаккумулятора практически неограниченным. Материал мембраны – бутиловая резина пищевого качества, стойкая к воздействию бактерий, — соответствует всем санитарным нормам и стандартам.  

Расчёт и подбор 

С помощью гидроаккумулятора решают массу задач, и расчёт для каждого из случаев выполняется по различным методикам.  
Приведем расчет определения полного объема гидроаккумулятора для скважинной системы. Приоритетом в такой системе почти всегда является снижение частоты включения скважинного насоса.

В большинстве случаев, рекомендуемая частота включения (количество в час), связана с электрической мощностью насоса и его производительностью, например, насосы с мощностью менее 5 кВт – не более 20 раз в час. 
Так, для скважинных насосов «Grundfos SQ 3-80» с мощностью 1,65 кВт и «Grundfos SP 5 A-25» с мощностью 2,2 кВт, рассчитанных нами в соответствующих разделах, нормальным можно считать 15 включений в час.

Рассчитаем объем гидроаккумулятора для каждого из них отдельно по условиям тех же разделов. 

Объем рассчитывается по формуле:

V = 275 * (Qмакс / N) * (Pмакс * Pмин / (Pмакс — Pмин)) * (1 / Po) , [л]

где:

V — полный объем гидроаккумулятора ( л)

Qмакс — максимальное значение водопотребления (м3/час)

N — количество пусков насоса в час

Рмакс — давление выключения насоса (бар)

Рмин — давления включения насоса (бар)

Ро — начальное давление газа в гидроаккумуляторе (бар)

1. Расчет обьема гидроаккумулятора Reflex Refix DE для насоса 3″ Grundfos SQ 3-80.

• Qмакс = 2,8 м3/час (из условия раздела)

• N = 15 пусков в час

• Рмакс = 3,5 бар

Из условия раздела, Рмакс = Ptap. В качестве давления выключения (Рмакс) насоса, принимается давление, достаточное для обеспечения всех точек водоразбора в трубопроводе коттеджа. Для сравнения в городской сети в среднем от 2 до 2,5 бар.

• Ро = 1 бар

В качестве минимального (Ро), принимается такое давление, при котором давление воды в верхней водоразборной точке (душ на 2 этаже, в нашем примере) составляет минимально допустимую величину. Обычно это не менее 0,5 бар для крана, для душа 1 бар.

• Рмин = 1,7 бар

В качестве минимального (Рмин), принимается давление, при котором давление воды в верхней водоразборной точке составляет минимально допустимую величину с учетом преодоления гидростатического давления к этой точке от гидроаккумулятора.

Для того, чтобы подать воду к душу на 2-й этаж необходимо преодолеть гидростатическое давление воды от уровня гидроаккумулятора (на первом этаже) к этому душу (выражаемое в метрах водяного столба (м h3O), 1 бар на каждые 10,197 м), а также давление в горизонтальном расстоянии (меньше вертикального в 10 раз).

Считаем.

Минимальное давление для душа: 1 бар.

По высоте: пусть от 1-го до 2-го этажа 3,5 метра, плюс еще 2 метра высоты душа, итого 5,5 метров или 5,5 / 10,197 = 0,54 бар.

По горизонтали: пусть душ расположен в 10 метрах от вертикальной проекции на гидроаккумулятор, тогда 10 / 10,197 / 10 = 0,1 бар.

Итого: Рмин = 1 + 0,54 + 0,1 = 1,64 бар. Округляем — 1,7 бар.

 
Итак, V = 275 * (2,8 / 15) * (3,5 * 1,7 / (3,5 – 1,7)) * (1 / 1) = 169,69 л

Объём выбранного бака гидроаккумулятора должен быть больше или равен объёму, полученному в результате расчёта. 
Этот объем соответствует ближайшему большему объему бака в 200 литров гидроаккумулятора Reflex DE 200 из таблицы, представленной ниже. 

2. Расчет обьема гидроаккумулятора
Reflex Refix DE
для насоса 4″ Grundfos SP 5A-25 (1 х 230).

• Qмакс = 4,5 м3/час (из условия раздела) 
• N = 15 пусков в час

• Рмакс = 4 бар (из условия раздела, Рмакс = Ptap)

• Ро = 1 бар (душ на 3-м этаже — 1 бар)

• Рмин = 1,9 бар

Минимальное давление для душа: 1 бар.

По высоте: пусть от 1-го до 3-го этажа 6,5 метров, плюс еще 2 метра высоты душа, итого 8,5 метров или 8,5 / 10,197 = 0,83 бар. 
По горизонтали: пусть душ расположен в 10 метрах от вертикальной проекции на гидроаккумулятор, тогда 10 / 10,197 / 10 = 0,1 бар. 
Итого: Рмин = 1 + 0,83 + 0,1 = 1,93 бар. Округляем — 1,9 бар. 

Итак, V = 275 * (4,5 / 15) * (4 * 1,9 / (4 – 1,9)) * (1 / 1) = 298,57 л 

Этот объем соответствует ближайшему большему объему бака в 300 литров гидроаккумулятора Reflex DE 300 из таблицы, представленной ниже.  

Установка

Установка гидроаккумулятора:  

• Гидравлический аккумулятор устанавливается либо в специальном помещении в доме, либо при недостатке полезной площади, в кессоне. 
• К гидроаккумулятору подводится водопроводная труба ПНД исходящая от оголовка скважины или скважинного адаптера.

• До места установки гидроаккумулятора, по ходу движения воды, обязательно должен быть установлен обратный клапан.

• Перед и после гидроаккумулятора, следует установить запорную арматуру защищённую от случайного закрытия и дренажный кран для слива воды.

• Гидроаккумулятор закрепляют со значительным запасом прочности. Чтобы снизить уровень вибрации, его крепят с помощью резинового уплотнителя.

• Гидроаккумулятор присоединяют с помощью гибких элементов. Важно, чтобы их диаметр не сужал сечение на входе системы подвода воды.

• При первом использовании гидроаккумулятора воду нужно подавать медленно.

• Монтаж гидроаккумулятора в инженерную систему производят со свободным доступом, для замены или ремонта в дальнейшем.

кроме того следует учесть: 

• В системе с гидроаккумулятором обязательна установка предохранительного клапана. 
• Перед монтажом в систему водоснабжения, в гидроаккумуляторе следует создать начальное давление газового пространства Po в соответствии со значением полученным расчётом.

• Перед запуском гидроаккумулятора нужно удалить воздух внутри мембраны.

• Масса и габариты гидроаккумулятора могут затруднить монтаж, обязательно проверьте, пройдёт ли ёмкость в дверные проёмы.

Настройка давления в гидроаккумуляторе 

Перед подключением в систему водоснабжения необходимо установить давление газового пространства в баке гидроаккумуляторе (Pо) в соответствии со значением, приведенным в результатах расчёта. Для этого может потребоваться сбросить или накачать бак с помощью компрессора, в зависимости от установленного в заводских условиях давления газового пространства.

После создания начального давления газового пространства следует подключить бак к системе водоснабжения. 

Обслуживание  

Обслуживание гидроаккумулятора заключается в ежемесячной проверке давления включения и выключения насоса, а также раз в пол года проверке начального давления газового пространства Pо. 

Давление включения и выключения насоса снимаются по показаниям манометра установленного у гидроаккумулятора. Для этого открывается любой водоразборный кран и в момент включения насоса снимается значение давления, давление отключения снимается после закрытия крана и отключения насоса. 

Чтобы проверить начальное давление газового пространства Ро необходимо отключить гидроаккумулятор от системы водоснабжения, дренировать воду и к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже требуемого — через тот же ниппель бак следует накачать компрессором. 

Автоматику управления насосом следует настроить таким образом, чтобы давление включения и давление отключения насоса соответствовали расчётным значениям.

Расчёт объёма бака-гидроаккумулятора при подаче воды в сеть водоснабжения | Архив С.О.К. | 2020

Баки-гидроаккумуляторы (гидропневматические баки, гидробаки, мембранные баки и т. п.) широко используются в небольших системах водоснабжения, как на первом, так и на втором подъёмах. На первом подъёме бак-гидроаккумулятор выполняет обычно функцию сглаживания гидравлических ударов при пуске и остановке насоса (как правило, это погружной насос водозаборной скважины). Особенности работы гидроаккумулятора для такого случая рассматривались в [1].

На втором подъёме гидроаккумулятор является по сути напорно-регулирующей ёмкостью, позволяющей создать некоторый объём воды под давлением. За счёт этого объёма обеспечиваются небольшие расходы воды, что особенно важно при значительной неравномерности водопотребления. Также обеспечивается компенсация утечек воды, возникающих вследствие неплотностей в трубопроводах и водопроводном оборудовании, без включения подающего насоса возможно более продолжительное время. Баки могут устанавливаться и на «прямоточных» схемах водоснабжения, когда погружной насос скважины подаёт воду непосредственно водопотребителям — с системой очистки воды или без неё.

Подбор бака-гидроаккумулятора сводится к расчёту его объёма. Сложность этой задачи заключается в учёте сочетания одновременного изменения объёма и давления газа (воздуха) и воды в герметично закрытом от атмосферы корпусе бака. Если даже говорится, что расчё- том определяется частота включения насоса, в любом случае речь идёт именно об определении того резервного, буферного рабочего объёма, который может использоваться, как уже было сказано, для компенсации небольших расходов воды (разумеется, сугубо ограниченное время) и утечек из системы водоснабжения.

Далее приведены несколько формул для расчёта объёма гидробака (они же были приведены и в [1]):

W = qhr sp.i/(4n), (1)

где qhr sp.i — часовой расход воды, подаваемой насосом; n — допустимое число включений насосной установки в час, для установок с гидропневматическим баком n = 6–10;

где Q_max — максимальный расход воды, л/мин.; pmax — максимальное давление, при котором насос отключается; pmin — минимальное давление, при котором насос включается; p0 — давление газа в гидроаккумуляторе; К — коэффициент, зависящий от мощности насоса; а — количество пусков системы в час.

Нетрудно заметить, что формула (1) избыточно упрощена — в ней даже не учитывается давление воды и воздуха. В формулы (2) и (3) входят значения верхнего pmax и нижнего pmin уровней давления воды в системе, давления воздуха внутри гидробака. При этом сложно оценить, на каких положениях основаны указанные формулы. Неясно, например, что означают коэффициенты 16,5 и К.

В частности, согласно пояснениям к уравнению (3), значение К тем больше, чем больше мощность подающего насоса: от К = 0,25 при мощности насоса 0,75–1,50 кВт до К = 0,875 при мощности 6,71–9,0 кВт. Можно признать логичным, что с ростом мощности насоса увеличивается и требуемый объём гидробака, но опять же неясно, на чем основана данная зависимость. По сути, формулы (2) и (3) в большей степени эмпирические.

Выражения (2) и (3) объединяет также то, что значения давления воды в них представлены в степени «1″, что предполагает протекание в воздушной подушке гидробака изотермического процесса, при котором теплообмен с окружающей средой при изменении объёма и давления происходит достаточно быстро, а температура остаётся практически постоянной.

Однако бак-гидроаккумулятор в силу своей конструкции является достаточно замкнутой системой, где получение теплоты извне и её отдача во внешнюю среду весьма затруднены, что позволяет считать его работу более близкой к другому газовому процессу — адиабатическому, при котором система практически не обменивается теплотой с окружающим пространством. Уравнение адиабатического процесса записывается как:

pWk = const,

(4) где k — показатель адиабаты, для сухого воздуха k = 1,4.

В сети Интернет можно встретить [2] следующее уравнение для расчёта объёма гидробака W на основе адиабатического процесса:

где p0 — давление газа; p1 — нижний уровень давления воды; p2 — верхний уровень давления воды; ΔW — объём аккумулируемой воды.

По мнению автора, выражение (5) достаточно адекватно описывает работу бака-гидроаккумулятора, но нуждается в некоторых поправках и разъяснениях. Например, что значит «объём аккумулируемой воды»? Или что понимать под объёмом гидробака W — полный объём бака, включая объём, заполненный воздухом, либо только объём, занятый водой? Возможно, именно вследствие не вполне понятных величин ΔW и W уравнение (5) и не нашло широкого распространения. Следовательно, прежде всего необходимо составить расчётную схему бака-гидроаккумулятора (рис. 1).

Как правило, давление газа (воздуха) в баке доводится до уровня 1,5–2 атм (чем больше объём бака, тем больше и устанавливаемое давление воздуха). Обозначим его pг0 — исходное давление газа (воздуха). Соответственно, и воздух при созданном изначально давлении pг0 займёт объём Wг0. Изначальные давление и объём воды обозначим как pв0 и Wв0. Поскольку давление отделённых друг от друга эластичной мембраной воздуха и воды в баке в любом случае одинаково, то pг0 = pв0 (далее будем именовать его как p0). В свою очередь, общий объём гидробака составит W = Wг0 + Wв0.

Здесь необходимо отметить, что соотношение Wг0 и Wв0 зависит от конструкции бака, которая задаётся производителем. По имеющимся у автора данным (со слов одного из производителей баков) оно составляет 1:1, то есть по 50% воды и воздуха, хотя, разумеется, оно может быть и другим у иных торговых марок. Отношение объёма воздуха (газа) в баке Wг0 при давлении p0 к общему объёму W обозначим как k_б = Wг0/W. В рассматриваемом случае k_б = 0,5.

Итак, при давлении воды в системе около 1,5 атм (или несколько ином случае, если в гидроаккумулятор накачано не равное 1,5 атм давление воздуха) вода будет занимать 50% объёма (либо несколько другое, что зависит от производителя данной модели бака).

Если верхний уровень давления p2 в системе, при котором, как правило, автоматика отключает подающий насос, задан выше давления pг0 = pв0 = p0 (в нашем случае 1,5 атм), то, согласно (4), соотношение объёмов Wг0 и Wг2 будет:

p0Wг01,4 = p2Wг21,4. (6)

Верхнее давление p2 относится, разумеется, и к воде, и к воздуху. Объём газа в баке составит Wг2 = W — Wв2, тогда:

где Wв2 — объём воды в баке при верхнем уровне давления p2.

Как правило, объём Wв2 больше, чем Wв0. Разница объёмов Wв2 и Wв0 составит ΔW2 = Wв2 — Wв0. Условно назовём объём ΔW2 «верхним». Тогда из (7) получаем:

Нижний уровень давления p1 в системе, при котором, как правило, автоматика включает подающий насос, соотносится с давлением p0 как

p0Wг01,4 = p1Wг11,4. (9)

Точно так же, как верхний уровень, нижний уровень давления p1 относится и к воде, и к воздуху. Объём газа в баке составит Wг1 = W — Wв1, тогда:

где Wв1 — объём воды в баке при нижнем уровне давления p1.

Предположим, что объём Wв1 меньше, чем Wв0 (хотя вполне возможна обратная ситуация). Разница объёмов Wв0 и Wв1 составит ΔW1 = Wв0 — Wв1. Условно назовём объём ΔW1 «нижним».

Тогда из (10) получаем:

Разумеется, в зависимости от условий давление p1 может быть больше или меньше p0 — тогда и объём Wв1 будет соответственно больше или меньше Wв0. Аналогично можно сказать и о соотношении p2 и p0.

Объём ΔW, который можно назвать рабочим объёмом гидробака, складывается из «верхнего» и «нижнего» объёмов:

ΔW = ΔW2 + ΔW1, тогда:

Отсюда

Таким образом, рабочий объём гидробака ΔW для данной модели и типоразмера прямо зависит от предварительно накаченного в бак давления p0, верхнего и нижнего уровней давления воды p2 и p1.

Как известно, подавляющее большинство насосов имеет ограниченное допустимое количество пусков в час. При расчётном расходе в системе водоснабжения Q (о котором речь пойдёт ниже) и допустимом количестве пусков насоса n требуемый запасной объём воды должен быть не менее nQ.

Приравняв nQ к ΔW, получим:

Уравнения (14) и (14а) связывают, таким образом, все основные показатели работы системы водоснабжения с бакомгидроаккумулятором:

•  конструктивную особенность бака, которая выражается коэффициентом kб, учитывающим отношение объёма газа (воздуха) к полному объёму бака при равенстве изначально накаченного давления воздуха в баке p0 и давления воды в системе pг0;
• давление воздуха p0, изначально созданное в баке;
• верхний p2 и нижний p1 уровни давления воды в системе;
• рабочий объём бака ΔW; ? общий объём бака W;
• допустимое количество пусков насоса в час n;
• расчётный расход Q.

Выражения (14) и (14а) не учитывают сопротивление самой резиновой мембраны, которая обычно изготавливается из различных видов резины или EPDM.

Учёт данного параметра весьма затруднён вследствие значительного изменения модуля упругости резины или каучука при деформации. Оценить влияние мембраны возможно, по-видимому, с помощью поправочного коэффициента, определяемого путём натурных наблюдений за работой бака-гидроаккумулятора. При этом более или менее адекватно должен быть описан основной процесс работы гидроаккумулятора, который, по мнению автора, наиболее близок к адиабатическому газовому процессу.

Если провести оценку объёма бакагидроаккумулятора, исходя из выражений (2), (3), (14) и (14а), то возникает вопрос: в какой размерности следует подставлять значение расхода воды (вопроса относительно размерности давления не возникает, так как во всех указанных выражениях величины р делятся друг на друга)? Можно принять размерность для расхода воды в л/мин., как рекомендуется в пояснениях к формулам (2) и (3), рассмотрев получающиеся значения W на примере. Исходные данные для примерного расчёта приведены в табл. 1.

Примем изначально накаченное в бак давление воздуха равным р0 = 1,5 атм. Расчётный расход Qmax примем равным 5 м³/ч, что соответствует 1,4 л/с или 83,3 л/ мин. , что является, в общем, небольшим расходом воды.

Значения давления рmax (p2) и pmin (p1) рассмотрим по трём вариантам:

1. рmax (p2) > p0, рmin (p1) < p0;

2. рmax (p2) > p0, рmin (p1) > p0;

3. рmax (p2) < p0, рmin (p1) < p0.

Результаты расчётов объёма бака-гидроаккумулятора, согласно (2), (3) и (14а) приведены в табл. 2.

Столь большой разброс полученных значений объёма бака-гидроаккумулятора указывает, очевидно, на несовершенство расчётной модели. Это несовершенство, как можно предположить, связано с тем, какие расходы воды следует подставлять в расчётные формулы, а также с тем, какие технологические задачи вообще решаются с помощью бака-гидроаккумулятора. На первый взгляд ответ очевиден: бак-гидроаккумулятор предназначен для снижения количества пусков подающего насоса.

Однако при каких ситуациях необходимость снижения количества пусков насоса наиболее актуальна? Маловероятно, чтобы такая необходимость наблюдалась в период наибольшего водопотребления, когда подающие насосы работают почти постоянно и с максимальной частотой вращения двигателей, если речь идёт об агрегатах с частотными преобразователями. Наоборот, если водопотребление незначительное, бак-гидроаккумулятор становится весьма полезным, ведь самые малые объёмы воды, забранной из водопровода потребителем, могут резко снизить давление в трубопроводной системе, чем вызвать автоматическое включение подающего насоса. То же самое можно сказать и об утечках из труб, которые аналогичным образом снижают давление в системе и вызывают автоматическое включение насосных агрегатов. Следовательно, перед выбором типоразмера бака-гидроаккумулятора нужно определить, какой расчётный расход будет данный бак компенсировать, и каков располагаемый рабочий объём бака ΔW будет при заданных значениях p0, р2 и р1.

При этом типовой ряд баков-гидроаккумуляторов не так уж велик. Например, у известной торговой марки Zilmet представлены баки объёмом 24, 35, 50, 60, 80, 100, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 и 5000 л.

В нормативных документах [3–5] показаны расчёты максимального секундного, максимального, среднего, минимального часового расходов. Примечательно, что в более новом СП 30.13330 в отличие от СНиП 2.04.01–85* отсутствует расчёт максимального секундного расхода в зависимости от вероятности действия сантехнических приборов, что, разумеется, говорит не в пользу нормативных документов, принятых в постсоветское время.

Покажем возможный порядок расчё- та системы водоснабжения с баком-гидроаккумулятором на примере. Например, в посёлке проживает 300 человек, норма водопотребления при централизованном горячем водоснабжении составляет 250 л/ сут. на человека. Среднесуточный расход, следовательно, составляет 75 м³/сут. Коэффициент максимальной суточной неравномерности Кmax.сут, согласно [5], примем 1,2; максимальный суточный расход будет Qmax.сут = 90 м³/сут. Коэффициент минимальной часовой неравномерности Кч.min определяется как произведение коэффициента αmin, учитывающего степень благоустройства зданий (αmin = 1,3), и коэффициента βmin, учитывающего число жителей в населённом пункте (βmin = 0,03). Тогда средний часовой расход составит Qср. ч = 3,75 м³/сут., минимальный часовой расход — 0,146 м³/ч = 0,041 л/с.

Предположим, что для системы водоснабжения указанного посёлка предусмотрены верхний уровень давления р2 = 2,7 атм., нижний уровень давления р1 = 2,2 атм. Тогда, согласно выражению (14), при давлении р0 = 1,5 атм рабочий объём ΔW для бака объёмом 100 л составит 5,2 л, для бака 300 л — 15,5 л, для бака 500 л — 25,9 л и т. д. Следовательно, время сработки объёма ΔW при минимальном расходе 0,041 л/с (при переводе из 0,146 м³/ч) составит 127 с (2,1 мин.), 378 с (6,3 мин.) и 632 с (10,5 мин.).

Разумеется, представленный расчёт времени сработки рабочего объёма ΔW носит приблизительный характер, потому что, во-первых, в расчёте не учтено влияние сопротивления мембраны; во-вторых, расчётный расход (в данном случае минимальный часовой, выраженный в л/с) не может быть неизменным продолжительное время. Кроме того, следует признать, что у автора не было возможности проверить, насколько точно работает выражение (14) в реальных условиях. Возможно, проверка данной формулы будет темой какой-либо исследовательской работы. Постановка опыта представляется несложной: необходимо зафиксировать изменение (снижение) давления на манометре гидробака и отслеживать по показаниям водомера объём воды, выталкиваемой из бака-гидроаккумулятора в трубопроводную систему.

Нужно сказать, что такое устройство, как бак-гидроаккумулятор, необходимо при довольно простой автоматизации без частотного преобразователя для электродвигателя насоса с использованием реле давления, которое просто включает насос при падении давления до нижнего уровня (давление р1) и отключает при росте давления до верхнего уровня (давление р2). Понятно, что без гидроаккумулятора падение давления от р2 до р1 произойдёт намного быстрее, чем без бака.

При использовании частотного преобразователя явная необходимость применения бака-гидроаккумулятора неочевидна, так как есть возможность вовсе не выключать подающий насос. Для этого в шкафу управления с частотным преобразователем следует установить так называемый «спящий» режим, когда требуемое максимальное давление при отсутствии водопотребления поддерживается минимально возможной для данного типа насоса частотой тока электродвигателя, например, 17–20 Гц. Однако такое решение, несомненно, связано с повышенным расходом электроэнергии.

Возможен и другой вариант, позволяющий снизить количество пусков насоса при одновременном использовании частотного преобразователя и бакагидроаккумулятора: с помощью шкафа управления можно увеличить время задержки выключения подающего насоса при достижении требуемого максимального давления и частоты тока 50 Гц. В результате за данный промежуток времени давление поднимается несколько выше установленного верхнего уровня р2, что создаёт определённый запас давления и объёма воды, который будет срабатываться при последующем водопотреблении или за счёт утечек.

На практике встречаются примеры, когда несколько баков-гидроаккумуляторов присоединяют к одному трубопроводу, образуя своеобразную «батарею» из баков, ради увеличения общего регулирующего объёма.

По аналогии с баком-гидроаккумулятором применение таких вроде бы морально устаревших сооружений, как водонапорные башни, вполне может быть оправдано даже при использовании частотного преобразователя для погружного скважного насоса. Вполне возможно, что при использовании водонапорных башен экономия электроэнергии будет значительней, чем при использовании баков-гидроаккумуляторов. Но подтвердить данное предположение могут только практические исследования.

Выводы

1. Общей формулой для расчёта объёма баков-гидроаккумуляторов для небольших насосных станций второго подъёма и прямоточных схем водоснабжения может, по мнению автора, служить следующее выражение:

основанное на уравнении адиабатического газового процесса. Правомерность данного уравнения необходимо проверить практическими исследованиями.

2. Для адекватного подбора бака-гидроаккумулятора необходимо определиться с расчётным расходом, который будет компенсироваться рабочим объёмом бака ΔW. Рабочий объём бака ΔW определяется общим объёмом бака W, его конструктивными особенностями, давлением воздуха р0, изначально накаченным в бак, верхним р2 и нижним р1 уровнями давления воды в системе.

3. Баки-гидроаккумуляторы для насосных станций второго подъёма и прямоточных схем, как правило, требуются в небольших системах водоснабжения с подающими насосами без частотного регулирования.

выбор, устройство, установка и подключение

Автономный водопровод, самостоятельно подающий воду к точкам разбора как в городской квартире, давно перестал быть диковинкой. Это норма загородной жизни, которую просто нужно грамотно спроектировать, собрать и оснастить оборудованием, способным запускать и останавливать систему по мере пользования кранами.

Стабильную работу независимой сети обеспечит расширительный бак для водоснабжения. Он защитит от гидроударов, существенно продлит рабочий ресурс насосной техники, гарантирует регулярное наполнение системы водой, избавит от необходимости носить ее ведрами.

Мы рады познакомить вас с особенностями устройства и принципом работы гидроаккумулятора. У нас скрупулезно описаны правила выбора мембранного бака, специфика монтажа и подключения. Предложенную к рассмотрению информацию мы дополнили полезными иллюстрациями, схемами и видеоруководствами.

Содержание статьи:

• Характеристика закрытых расширительных баков
  • Особенности устройства и конструкции
  • Принцип работы гидроаккумулятора
  • Классификация по области применения
  • Материалы для гидропневматического оборудования
  • Расчет объема бака перед выбором
  • Горизонтальная и вертикальная ориентация
• Схемы подключения гидробаков
• Выполнение установки расширительного бака
• Особенности регулировки гидроаккумулятора
  • Настройка давления бака в системе водоснабжения
  • Регулировка гидробака в обвязке водонагревателя
• Правила обслуживания гидробака
• Монтаж гидробака открытого типа
• Выводы и полезное видео по теме

Характеристика закрытых расширительных баков

Гидробак (или гидроаккумулятор, расширительный бак) — это металлическая герметическая емкость, которая служит для поддержания стабильного напора в водопроводе и создания разных по объему запасов воды.

На первый взгляд, выбор и установка этого устройства не должна вызвать трудностей — в любом интернет-магазине можно увидеть множество моделей, которые лишь немного отличаются по форме и объему, но существенно не отличаются по своей функциональности.

Это совсем не так. В устройстве расширительного бака и принципе его работы есть много нюансов.

Галерея изображенийФото из Гидроаккумулятор — обязательный компонент автоматизированной независимой системы водоснабжения, выполняющий ряд значимых функций Как и обычный накопительный бак он служит для формирования запаса воды, но это не главная его задача Включение гидробака в схему водоснабжения позволяет защитить систему от гидроудара Гидробак в тандеме с реле давления предоставляет возможность автоматизировать работу водозаборного оборудования и продлить сроки его службы Гидроаккумуляторы небольшого объема поставляются в формате собранных на заводе насосных станций Гидробак в схеме со скважинным насосом имеет больший объем, устанавливается отдельно от водозаборного агрегата В сложных системах водоснабжения, в которых давление может падать либо от разветвленности, либо от большой протяженности трассы, гидробаки используются в качестве дополнительных резервных пунктов Если при заборе воды существует вероятность работы при «сухом ходе», гидроаккумулятор работает в тандеме с блоком автоматики, а не с реле давления Гидроаккумулятор в системе водоснабженияЕмкость для создания резерва водыСредство защиты от гидроудараУстройство для автоматизации откачкиГидроаккумулятор в насосной станцииГидробак в паре с погружным насосомКак дополнительное оборудованиеГидроаккумулятор и блок автоматикиОсобенности устройства и конструкции

Разные модели расширительных баков могут иметь ограничения по способу использования — некоторые рассчитаны только на работу с технической водой, другие могут использоваться для питьевой воды.

По конструкции гидроаккумуляторы различают:

• резервуары со сменной грушей;
• емкости с фиксированной мембраной;
• гидробаки без мембраны.

С одной стороны резервуара со съемной мембраной (у бака с нижним подключением — внизу) есть специальный фланец с резьбой, к которому и крепится груша. С обратной стороны имеется ниппель, для накачивания или стравливания воздуха, газа. Он рассчитан на подключение к обычному автомобильному насосу.

В баке со сменной грушей вода накачивается в мембрану, не соприкасаясь с металлической поверхностью. Замена мембраны происходит путем откручивания фланца, который удерживают болты. В больших емкостях, для стабилизации заполнения, задняя стенка мембраны дополнительно крепится к ниппелю.

Срок службы съемной груши зависит от настроек давления воздуха в газовом отсеке гидроаккумулятора. Иногда, для создания большего запаса воды, пользователь уменьшает количество воздуха и увеличивает количество воды в груше. Это приводит к касанию мембраны к стенке бака, и становится причиной быстрого истирания

Внутреннее пространство бака с фиксированной мембраной разделяется ею на два отсека. В одном находится газ (воздух), в другой поступает вода. Внутренняя поверхность такого резервуара покрыта влагостойкой краской.

Чаще всего баки с фиксированной мембраной используются для систем отопления. Так как мембрана — это элемент, который выходит из строя гораздо быстрее, то и срок службы такого бака меньший, чем устройства со съемной грушей

Существуют также гидробаки без мембраны. В них отсеки для воды и воздуха ничем не разделены. Принцип их действия также основан на взаимном давлении воды и воздуха, но при таком открытом взаимодействии происходит смешивание двух веществ.

Достоинство таких устройств — отсутствие мембраны или груши, которая является слабым звеном в привычных гидроаккумуляторах.

Внешне расширительные баки можно разделить лишь на горизонтальные и вертикальные модели, но их рабочие параметры могут быть очень разные

Диффузия воды и воздуха заставляет обслуживать баки достаточно часто. Около одного раза за сезон приходится подкачивать воздух, который постепенно смешивается с водой. Значительное уменьшение объема воздуха, даже при нормальном давлении в баке, становиться причиной частого включения насоса.

Гидравлические аккумуляторы в системах водоснабжения сокращают вероятность возникновения гидроударов, предохраняют насосы от излишне частых включений, позволяют сформировать запас воды и поддерживать давление в контуреПринцип работы гидроаккумулятора

Закрытые гидробаки для водоснабжения работают по такой схеме: насос подает воду в грушу, постепенно заполняя ее, мембрана увеличивается и происходит сжатие воздуха, который находится между грушей и металлическим корпусом.

Чем больше воды поступает в грушу, тем больше она давит на воздух, а тот, в свою очередь, стремится вытолкнуть ее из емкости. В результате в резервуаре повышается давление, это приводит к отключению насоса.

Некоторое время, когда в системе происходит расход воды, сжатый воздух поддерживает напор. Он выталкивает воду в водопровод. Когда ее количество в мембране уменьшается настолько, что давление опускается до нижнего предела, срабатывает реле, снова включая насос.

В гидробаке происходит постоянное взаимодействие воды и газа, отделенных друг от друга резиновой мембраной. Объем жидкости внутри устройства регулируется количеством газа (его давлением) (+)Классификация по области применения

Нельзя путать баки для водоснабжения и для отопительной системы, поэтому при выборе нужно узнать их предназначение. Для четкой идентификации производители окрашивают гидроаккумуляторы для отопления в красный, для водоснабжения — в синий цвет.

Однако некоторые не придерживаются такой маркировки, поэтому отличительной чертой устройств могут послужить такие данные:

• для водоснабжения максимальная температура использования гидроаккумулятора будет составлять до 70 °C, допустимое давление может достигать 10 бар;
• устройства, предназначенные для системы отопления, могут выдерживать температуру до +120 °C, рабочее давление расширительного бака зачастую не бывает выше 1,5 бар.

Все самые важные параметры указаны на декоративном колпачке (шильдике), который закрывает ниппель.

Устройство, предназначенное для системы отопления, служит дополнительным резервуаром, позволяющим  теплоносителю свободно расширяться при нагреве. Без него система обречена на разрушение

Список функций, которые выполняет гидробак в системе ХВ (холодного водоснабжения), гораздо шире:

• Поддержание ровного и постоянного напора в водопроводе. Благодаря давлению воздуха, напор некоторое время поддерживается даже при выключенном насосе, пока не упадет до установленного минимума и в работу опять не включится насос. Таким образом напор в системе сохраняется даже при одновременном использовании нескольких сантехнических приборов.
• Предохранение от износа насосного оборудования. Запасы воды, содержащийся в баке, позволяет некоторое время использовать водопровод, не включая насос. Это уменьшает количество срабатываний насоса за единицу времени и продлевает его работу.
• Защита от гидроударов. Резкий скачок давления в водопроводе при включении насоса может достичь 10 и более атмосфер, что негативно сказывается на всех элементах системы. Мембранный бак берет на себя удар, выравнивая давление.
• Создание запасов воды. При отключении электричества система водоснабжения хоть недолго, но, все же, еще некоторые время будет отдавать воду.

Для обвязки водонагревателя используют расширительные баки, которые могут выдерживать высокие температуры.

Материалы для гидропневматического оборудования

Мембрана расширительного бака изготавливается из разных материалов, которые при эксплуатации выдерживают разный диапазон температур.

В гидроаккумуляторах применяют:

• Натуральную каучуковую резину — NATURAL. Материал может контактировать с питьевой водой, применяется для аккумулирования холодной воды. Со временем может начать пропускать воду. Выдерживает температуру от -10 и до 50 °C выше нуля.
• Синтетическая бутиловая резина — BUTYL. Наиболее универсальна, водонепроницаема, применяется для станций водоснабжения, подходит для питьевой воды. Температура эксплуатации может колебаться от -10 и до 100 °C.
• Синтетическая резина из этилен-пропилена — EPDM. Более водопроницаемая, чем предыдущая, может контактировать с питьевой водой. Диапазон допустимых температур — от -10 и до 100 °C.
• Резина SBR применяется только для технической воды. Температура использования та же, что и у предыдущих марок.

Для организации холодного водоснабжения необходимо выбирать баки с грушей, изготовленной из пищевой резины с усовершенствованными эластичными свойствами, которая позволят лучше гасить гидравлические удары и поддерживать стабильный напор воды в системе.

Корпус бака чаще всего производят из легированной стали, стойкой к коррозии, покрытой снаружи лакокрасочным покрытием. В продаже также можно встретить емкости из нержавейки, очень прочные, но при этом дорогие.

Расчет объема бака перед выбором

В продажу поступают баки вместимостью от 24 до 1000 л. Какой именно выбрать, подскажут расчеты, результат которых следует округлять в сторону увеличения. Выбирая бак со съемной мембраной, следует помнить, что объем воды занимает 30% от общего объема емкости, то есть, в 100-литровом резервуаре запас воды будет равен приблизительно 30 литрам.

Таблица демонстрирует взаимосвязь параметров давления воздуха в газовом отсеке гидроаккумулятора с показателями настройки реле и размером бака (+)

Особенностью маленьких баков есть то, что они зачастую не имеют клапана, чтобы стравливать воздух из резиновой груши. Это может создать неудобства при эксплуатации. Большие емкости имеют такой клапан, и помимо создания большего запаса воды, лучше справляются с поддержанием стабильного напора в системе.

Галерея изображенийФото из Для автономной системы с одной-двумя точками водоразбора обычно покупают небольшой бак емкостью до 10 л Гидроаккумуляторы объемом 14 — 35 л хорошо работают в тандеме с поверхностными насосами, не слишком чувствительными к частой активизации запусков/отключений Скважинные насосы более чувствительны к часто производимым запускам с отключениями, т.к. в их конструкции больше вращающихся деталей Для минимизации запусков погружных насосов в схему водоснабжения включают баки объемом от 50 л и более. Так же поступают в регионах с перебоями в электроснабжении Небольшой по объему гидробакБак с поверхностным насосомГидроаккумуляторы со скважинными насосамиОбъем гидробаков для погружных насосов

Расчет общего объема гидробака для водоснабжения закрытого типа рассчитывают по такой формуле:

Vt=K*Amax*((1+Pmax)*(1+Pmin))/(Pmax-Pmin)*(1+Pвозд.),

где:

• Vt — полный объем гидробака;
• Amax – максимально возможное расходование воды в минуту, литр;
• К – коэффициент (см. табл.), зависящий от мощности насоса;
• Pmax – настройки реле при отключении оборудования, бар;
• Pmin – настройки реле при запуске оборудования, бар;
• Pвозд. – давление в гидробаке (в его газовой полости), бар.

Коэффициент К можно определить по следующей таблице:

Таблица коэффициента К, зависящего от мощности насоса, для расчета общего объема гидробака закрытого типа для водоснабжения

Некоторые производители также считают объем гидробака по другому:

Компания Джилекс, занимающаяся производством обширной линейки оборудования для систем водоснабжения и отопления, предлагает еще одну формулу для экспресс-определений объема гидробакаГоризонтальная и вертикальная ориентация

Выбор между вертикальным и горизонтальным баком заключается в особенностях помещения. Если комната небольшая или объем емкости внушительный, то чтобы не занимать много места, устанавливают вертикальную емкость.

Горизонтальный бак имеет меньшую вместительность, может подвешиваться на стене, а также служить опорой для установки поверхностного насоса. Для его монтажа предусмотрены специальные крепления. Большие баки производятся только в вертикальном исполнении и устанавливаются на ножки.

Подытоживая все вышесказанное, можно отметить, что выбор гидроаккумулятора предстоит совершать между такими отличительными свойствами:

• рабочее давление;
• страна производитель;
• больший или меньший объем;
• сменная или нет резиновая мембрана;
• мембрана для технической или питьевой воды;
• материал корпуса — нержавеющая или эмалированная сталь.

Чтобы в будущем не было трудностей с заменой комплектующих, лучше выбирать самые ходовые модели устройств. Резиновые груши к ним всегда есть в свободной продаже, если понадобиться срочная замена, не придется долго ожидать доставки.

Галерея изображенийФото из Гидроаккумуляторы выпускают в горизонтальном и вертикальном исполнении. Баки объемом до 10 л вертикально ориентированы, лишены креплений к строительным конструкциям и опор Горизонтально ориентированы гидроаккумуляторы средней вместимости. Обычно это устройства объемом от 14 л до 50 л Мембранные баки для водоснабжения, вмещающие более 50 л, производятся в вертикальном варианте как наиболее компактном для установки больших емкостей Вертикальные мембранные баки устанавливаются отдельно от насосного оборудования, оснащаются прочными и устойчивыми опорными ножками, способными держать от 50 до 750 кг Вертикальный гидробак без опорГидроаккумуляторы средней емкостиМембранные баки с ножкамиОсобенности вертикальных моделейСхемы подключения гидробаков

Для системы горячего водоснабжения установку расширительного бака проводят на участке циркуляционной магистрали, всасывающей линии насоса, ближе к водонагревателю.

Бак оборудуется:

• манометром, предохранительным клапаном, воздухоотводчиком — группа безопастности;
• запорным клапаном с устройством, которое предотвращает случайное перекрытие.

В водопроводной системе, где присутствует водонагревательное оборудование, устройство берет на себя выполнение функций расширительного бака.

Схема установки в системе ГВ: 1 – гидробак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насосное оборудование; 4 – элемент фильтрации; 5 – обратный клапан; 6 – кран запорный

В системе ХВ главное правило при установке гидроаккумулятора — монтаж в начале обвязки, ближе к насосу.

В схеме подключения обязательно присутствуют:

• обратный и запорный клапан;
• группа безопасности.

Схемы подключения могут быть очень разными. Подключенный гидробак нормализует работу оборудования, уменьшая количество включений насоса за единицу времени и этим продлевая срок его службы.

Схема монтажа в системе ХВ со скважиной: 1 – бак; 2 – обратный клапан; 3 – кран запорный; 4 – реле для регулировки давления; 5 – прибор управления насосным оборудованием; 6 – группа безопасности

В схеме с повысительной насосной станцией один из насосов работает постоянно. Такая система устанавливается для домов или зданий с высоким водопотреблением. Гидробак здесь служит в для нейтрализации скачков давления, а для аккумулирования воды устанавливают емкость как можно большего объема.

Выполнение установки расширительного бака

Перед началом работ проверяют гидроаккумулятор на отсутствие повреждений. Установку устройства проводят в звукоизолированном помещении, при плюсовой температуре. Чтобы иметь доступ к крану для слива, запорной арматуре и т. п., расстояние от бака до потолочного перекрытия и стен оставляют не меньше 0,6 м.

В помещении также необходимо предусмотреть возможность наполнения бака и слива воды. Крепеж и место для монтажа должно выдерживать 100%-ю заполненность емкости.

Для расширительных баков объемом до 30 литров используют настенное крепление, большие емкости устанавливают на ножках

Гидроаккумулятр не должен подвергаться механической и статистической нагрузке, нежелательно допускать воздействие на него труб и агрегатов. Бак привинчивают к полу, используя резиновые прокладки. На входе в гидробак устанавливают обратный клапан, кран для слива.

Галерея изображенийФото из Для подключения гидроаккумулятора к системе водоснабжения потребуется реле давления, полимерные трубы, американака 1″, переходник и цанговая муфта, фум-лента Для обеспечения герметичности в узле и возможности разобрать оборудование без повреждений уплотняем резьбу фум-лентой Для упрощения сборки/разборки и возможности легко демонтировать для ремонта ставим американку перед реле давления Подсоединяем реле давления, стараясь расположить его под углом, удобным для дальнейшей эксплуатации и отслеживания параметров Несмотря на то, что в узле соединения манометра с реле есть уплотняющая прокладка, резьбовое соединение в этом месте дополнительно проходим уплотняющей лентой Сварим колено из труб ПВХ для удобства и упрощения подключения линии, транспортирующей воду к потребителям К расположенному на выходе из реле давления патрубку подключаем сваренное из труб ПВХ колено Используя муфту для полиэтиленовых труб, оснащенную цанговым зажимом, подсоединяем водопроводную линию от насоса к гидробаку Шаг 1: Подбор компонентов для подключения бакаШаг 2: Уплотнение резьбы на фланце гидробакаШаг 3: Установка американки перед реле давленияШаг 4: Подключение к схеме реле давленияШаг 5: Подсоединение манометраШаг 6: Сварка труб для отводящего коленаШаг 7: Фиксация колена для водопроводаШаг 8: Крепление трубы от насоса к реле

Перечисленные шаги требовались для устройства обвязки гидроаккумулятора, которую производили на дневной поверхности. Для дальнейших действия надо переместиться в кессон.

Галерея изображенийФото из Гидроаккумулятор вместе с подключенной к нему обвязкой погружаем в бетонный кессон. Если гидробак расположен на поверхности, в этом этапе нет необходимости Собираем из пластиковых труб и фитингов участок водопровода в кессоне для подведения труб к дому Для подключения электрической части снимаем крышку с корпуса реле давления, пользуясь плоской отверткой В имеющиеся в реле вводные отверстия заводим зачищенные провода, крепим их в клеммах крестообразной отверткой Шаг 9: Погружение участка системы в кессонШаг 10: Сборка участка водопровода в кессонеШаг 11: Удаление крышки для подключения электрикиШаг 12: Фиксация кабеля питания насоса

После проведения финишной сборки системы остается провести контрольные испытания и запустить контур водоснабжения.

Особенности регулировки гидроаккумулятора

Расширительные баки для водоснабжения поступают в продажу со стандартными настройками производителя — зачастую давление в воздушном отсеке уже установлено на значении 1,5 бар. Допустимое давление всегда указано на этикетке и производитель не рекомендует отклоняться от заданных параметров, особенно в сторону его увеличения.

Перед тем как приступить к регулировке, систему отключают от электросети и закрывают запорные вентили. Мембранный бак полностью опустошают, сливая воду — точный показатель давления можно измерить только при пустом отсеке для воды.

Далее снимают показатели давления с помощью точного манометра. Для этого с золотника снимают декоративный колпачок и подносят прибор. Если давление отличается от требуемого, то его приводят в соответствие, накачивая или стравливая лишний воздух.

Учитывая то, что производитель против отклонений от рекомендованных показателей давления, необходимо еще на этапе проектирования выбрать подходящее оборудование, параметры которого не будут конфликтовать между собой

При регулировке давления в газовом отсеке бака производитель заполняет его инертным газом, например, осушенным азотом. Это предотвращает коррозию внутренней поверхности. Поэтому пользователям также рекомендуется использовать для увеличения давления технический азот.

Настройка давления бака в системе водоснабжения

Давление в баке закрытого типа устанавливается всегда несколько ниже (на 10%), чем уровень давления при запуске насоса. Регулируя давление в устройстве можно корректировать напор воды. Чем меньшим будет давление газа в гидробаке (но не меньше 1 бар), тем больше он будет вмещать в себе воды.

Напор при этом станет неравномерным — сильным при наполненном резервуаре и все более слабым при его опустошении. Чтобы обеспечить сильный и ровный поток воды устанавливают давление в камере с воздухом или газом в пределах 1,5 бар.

Напор воды в водопроводе устанавливается с помощью реле. При настройке давления в расширительной камере необходимо учитывать эти значенияРегулировка гидробака в обвязке водонагревателя

Расширительный бак, который используется для горячего водоснабжения, изначально не должен содержать воды. Давление в устройстве устанавливается на показателе, который на 0,2 больше чем верхний порог отключения насоса.

Например, если реле настроено на отключение оборудования при показателях давления в 4 бар, то давление в газовом отсеке расширительного бака должно устанавливаться на значении 4,2 бар.

Установленный в обвязке водонагревателя, бак не служит для поддержания давления. Он призван компенсировать расширение тогда, когда происходит нагрев воды. Если установить давление в нем на меньшее значение, то в баке будет постоянно находиться вода.

Правила обслуживания гидробака

Плановый осмотр расширительного бака заключается в проверке давления в газовом отсеке. Необходимо также провести осмотр клапанов, запорной арматуры, воздухоотводчика, проверить работу манометра и реле давления воды. Чтобы убедиться в целостности бака проводят внешний осмотр.

Во время профилактического обслуживания, следует измерять давление в гидробаке и корректировать его, если необходимо

Несмотря на всю простоту устройства, расширительные баки для водоснабжения все же не вечны и могут сломаться. Характерные причины — разрыв мембраны или потеря воздуха через ниппель. Признаки поломок можно определить по частому срабатыванию насоса, появлению шума в системе водопровода. Понимание принципа работы гидроаккумулятора — это первый шаг к правильному обслуживанию и устранению неисправностей.

Монтаж гидробака открытого типа

Устройство открытого типа используется все реже, так как требует постоянного вмешательства пользователя в свою работу. Открытый расширительный бак — это негерметичная емкость, которая служит для образования давления в водопроводе, аккумулирования воды, а также служит в качестве расширительной камеры.

К баку подключают: кран для слива, патрубки для рециркуляционной и подающей трубы, контрольную и переливную трубу

Бак устанавливают выше самой верхней сантехнической точки, например, на чердаке, вода в систему поступает самотеком. Каждый метр, на который поднимается устройство, увеличивает давление в водопроводе на 0,1 атмосфер.

Чтобы автоматизировать процесс обеспечения водой, бак оснащают поплавковым переключателем и устанавливают автоматическое реле, которое будет включать и отключать насос.

Емкость монтируют в непромерзаемом помещении, накрывают крышкой от пыли и мусора, укутывают стенки минеральной ватой или другим утеплителем

Такой способ организации водоснабжения требует регулярного контроля пользователя, иначе вода при отрицательных температурах может замерзнуть (если помещение не отапливается). Жидкость будет испаряться, поэтому придется постоянно доливать ее.

Кроме того, такая емкость громоздкая и не эстетичная, для нее обязательно нужно иметь в доме чердачное помещение. Но главный недостаток устройства — бак не приспособлен работать в условиях высокого напора воды в системе.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик #1. Все о расширительных баках — классификация, предназначение, регулировка и признаки неполадок:

Ролик #2. Неправильная работа насосной станции часто связана с неисправностями гидроаккумулятора:

Ролик #3. Нюансы выбора гидробаков для водоснабжения:

Еще на этапе планирования и разработки водопроводной системы необходимо продумать все принципиально важные моменты и просчитать все параметры. Если нет уверенности в непогрешимости своих расчетов и правильном выборе гидробака для водоснабжения, лучше обратиться к специалистам.

Большинство фирм, реализующих профессиональное оборудование, предоставляют консультации или даже проводят расчеты бесплатно. Это поможет избежать ошибок и лишних трат.

Мы ждем ваши комментарии с рассказами о собственном опыте в использовании расширительного бака, с вопросами, возникшими в ходе ознакомления с представленной информацией. Нам интересны ваши замечания и вероятные предложения. Прокомментировать материал можно в расположенном ниже блоке.

Источник sovet-ingenera.com

горизонтальный расширительный бак со сменной мембраной

Серия AFH (горизонтальный расширительный бак со сменной мембраной) представлена моделями расширительных баков вместимостью от 25 до 100 литров и предназначена для жилищных и промышленных систем, которые требуют высоких напорных характеристик. Имеется экспортная версия 10 бар. Гидроаккумуляторы могут быть выполнены по запросу заказчика в соответствии с основными международными требованиями. Горизонтальная модель мембранных баков оснащена универсальной площадкой для крепления насоса непосредственно к емкости. Конструкция накопительного бака выполнена из высокопрочной стали. Нетоксичная сменная мембрана для хозяйственно-бытовых нужд, достаточно гибкая для полного заполнения бака, таким образом, усиливающая эксплуатационные качества и обеспечивающая продуктивную деятельность мембранного бака.

Технические характеристики

• Специальная устойчивая покраска обеспечивает продолжительную защиту бака от коррозии.

• Полная изоляция воздуха и воды; контакт между водой и внутренней поверхностью мембранного бака отсутствует.

• Гидроаккумулятор подходит для хранения воды для гигиенических нужд (до 99°С)

• Рабочая температура -10 + 99С;

• Расширительный бак соответствует европейскому стандарту.

• ​

Назначение и область применения.

Баки предназначены для поддержания требуемого давления, сглаживания колебаний давления, компенсации гидравлических ударов и накопления запаса воды в системах холодного (в том числе питьевого по ГОСТ 2874-98) и горячего водоснабжения. Допускается использование накопительных мембранных баков включительно в системах отопления (по СНиП 2.04.07) с температурой теплоносителя не более 100ºС и давлением до 10 бар. Конструктивное исполнение баков предполагает их использование в качестве насосного, демпфирующего бака в составе насосной станции.

​

Технические характеристики

Устройство и принцип работы

Корпус расширительного бака (1) выполнен сварным путем из углеродистой стали. Внутри корпуса расположена сменная мембрана (2) из этилен-пропилен-диен мономера (EPDM), имеющая ступенчатую расширяющуюся форму.

Материал мембраны допущен к контакту с пищевыми жидкостями. Толщина мембраны увеличивается от входного патрубка (5) к тяге (6).

Такая конструкция мембраны предотвращает возникновение в ней критических растягивающих усилий и предотвращает мембрану от трения о стенки бака. Фартук мембраны закреплен между фланцами (3) с помощью болтов (4). Напротив входного патрубка (5) имеется тяга с патрубком (6), закрепленная гайкой. Патрубок связан с внутренней полостью мембраны и может служить для установки предохранительного клапана и воздухоотводчика. Патрубок имеет наружную дюймовую резьбу 3/4″ (для баков объемом до 100л). Давление газовой подушки может регулироваться с помощью ниппеля (7), закрытого пластиковой крышкой. Мембранные баки поставляются с азотной газовой подушкой с давлением, согласно таблице 1. Снаружи гидроаккумулятор покрыт термостабилизированной эпоксидной эмалью. Расширительный бак имеет приварные ножки (8) для горизонтальной установки и приварную площадку для крепления насоса.

​

Указания по монтажу бака

Мембранный бак должен устанавливаться в месте, доступном для обслуживания, в котором бак будет защищен от механических повреждений, вибраций и атмосферных воздействий.

К бесфланцевому патрубку расширительного бака может присоединяться группа безопасности, включающая предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр. В случае отсутствия группы безопасности этот патрубок мембранного бака должен быть заглушен.

Подключающий трубопровод должен подходить к гидробаку сверху во избежание попадания в мембранный бак воздуха.

Насос на приварную площадку бака должен устанавливаться с помощью болтов через резиновые прокладки, которые снижают передаваемые на расширительный бак вибрационные нагрузки.

Пример установки накопительного бака показан на рисунке.

Перед сдачей в эксплуатацию система подлежит гидравлическому испытанию. Каждый Расширительный бак проходит заводское испытание давлением, в 1,5 раза превышающем рабочее давление, указанное в таблице 1. Продолжительность заводского испытания повышенным давлением составляет 30 мин. Если при гидравлическом испытании системы предусматривается превышение приведенных параметров, то перед испытаниями Гидроаккумулятор должен быть отсоединен от системы и подводящий трубопровод заглушен.

​

Перед монтажом гидробака необходимо проверить манометром давление газовой подушки, которое должно соответствовать данным в таблице1.

​

Если по расчету требуется изменить заводскую установку давления в газовой подушке мембранного бака, то для снижения давления, газ стравливается путем нажатия на клапан ниппеля, находящегося под пластиковой крышкой.

​

Для того, чтобы увеличить давление, к ниппелю присоединяется воздушный насос.

​

Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию

​

При эксплуатации мембранного бака необходимо не реже 1 раза в месяц проверять давление газовой подушки. В случае отклонения от расчетных данных, давление следует откорректировать в соответствии с указаниями раздела 5.

​

В случае необходимости в замене мембраны, работы надлежит выполнять в следующей последовательности:

• перекрыть участок системы, на котором находится мембранный бак, и слить с него воду;

• отсоединить расширительный бак от подводящего трубопровода;

• разболтать контрфланец и снять его;

• через открывшееся отверстие накопительного бака вынуть мембрану;

• продуть внутреннюю полость гидроаккумулятора сжатым воздухом;

• подготовить к установке новую мембрану, для чего присыпать его наружную поверхность тальком;

• установить новую мембрану таким образом, чтобы фартук мембраны плотно прилегал к фланцу расширительного бака;

• установить на место контрфланец и заболтить его;

• произвести подкачку воздуха газовой подушки до расчетного значения, и присоединить мембранный бак к системе.

Возможные неисправности и способы их устранения

Меры безопасности

Мембранный бак должен устанавливаться и обслуживаться персоналом, имеющим соответствующую квалификационную группу по технике безопасности.

Монтаж и демонтаж баков производится при отсутствии давления в трубопроводе.

Запрещается эксплуатировать расширительный бак в системе, не снабженной предохранительным клапаном. При этом установка клапана не должна превышать максимальное рабочее давление бака.

​

Упаковка, хранение и транспортировка.

Мембранные баки должны храниться в упаковке предприятия – изготовителя по условиям хранения 3 по ГОСТ 15150-69 .

Транспортировка баков должна осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 6019-83 .

Транспортирование авиатранспортом допускается только в герметизированных отапливаемых отсеках.

​

Гарантийные обязательства

• Изготовитель гарантирует соответствие баков мембранных требованиям безопасности, при условии соблюдения потребителем правил использования, транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации.

• Гарантия распространяется на все дефекты, возникшие по вине завода-изготовителя.

• Гарантия не распространяется на дефекты, возникшие по вине потребителя в результате нарушения правил.

Подбор (Расчет) мембранного бака

Необходимый объем гидроаккумулятора может быть найден из условия соблюдения паспортного количества включений насоса за 1 час. Эта величина приводится в документации на насосы, и обычно составляет 12-15 включений в час.

Объем бака предлагается рассчитывать по формуле:

где n — количество включений насоса в час, 1/час;
Рmax — установленное абсолютное давление отключения насоса, бар;
Рmin — установленное абсолютное давление включения насоса, бар;
Рб — абсолютное давление газовой подушки в баке, бар. Давление газовой подушки рекомендуется устанавливать на 0,5 бар ниже, чем Рmin;
q — расчетный расход, л/сек.

Для определения расчетного расхода горячей или холодной воды можно использовать метод «единичных нагрузок». Этот метод предусматривает определение расчетного расхода на основе суммирования единичных нагрузок от каждого прибора в зависимости от назначения здания.

Для определения, вмещаемого в накопительный бак рабочего запаса жидкости можно воспользоваться формулой: 

Vр = V(Pmax-Pmin)/Pmax

(Примечание: на рисунке ниже изображен горизонтальный бак с корпусом из нержавеющей стали для эксплуатации при активном влажном воздействии окружающей среды HI-NOX).

​

Мембраны для муниципальной воды и очистки сточных вод

Что касается водной мембранной технологии, в настоящее время существует четыре различных типа мембран, три из которых часто используются для очистки городской воды и сточных вод.

Четыре типа мембран
Первые две классификации — это микрофильтрация и ультрафильтрация. В процессах микрофильтрации и ультрафильтрации используются мембраны низкого давления, погруженные в аэротенки с использованием вакуумной системы; или в мембранных установках с внешним давлением для удаления взвешенных твердых частиц.В последнем случае они могут заменить вторичные осветлители и третичные фильтры.

Микрофильтрация способна отделять частицы от воды до субмикронных и коллоидных размеров. Его часто используют перед системами обратного осмоса, которые удаляют растворимые материалы из питательной воды. Ультрафильтрация способна удалять даже более мелкие частицы, включая вирусы.

Столичный район мелиорации воды Большого Чикаго ищет дальновидного исполнительного директора. The District — отмеченное наградами агентство по очистке сточных вод, которое более 120 лет является лидером в защите водной среды Чикаго.Для получения информации и по телефону , нажмите здесь или свяжитесь с [email protected] . Округ является работодателем с равными возможностями.

По словам Питера Картрайта, президента Cartwright Consulting, существуют разногласия относительно определения микрофильтрации и ультрафильтрации. «Некоторые люди в отрасли основывают это на молекулярном отсечении, но я определяю его на основе функции. Например, если ваша цель — удалить взвешенные твердые частицы, используйте приложения для микрофильтрации.Однако, если ваша цель — удалить растворенные микромолекулы [растворенные органические молекулы], используйте ультрафильтрацию ».

Третий тип мембраны использует нанофильтрацию, процесс мембранной фильтрации, наиболее часто используемый для воды с низким общим содержанием растворенных твердых веществ, такой как поверхностные и пресные грунтовые воды, с целью ее смягчения. Мембраны для нанофильтрации имеют размер пор меньше, чем те, которые используются при микрофильтрации и ультрафильтрации, и в основном используются в промышленности (химическая, фармацевтическая и т. Д.).), и редко для очистки городской воды или сточных вод.

Присоединяйтесь к нам в Атланте 18–22 августа 2019 г. на StormCon, пятидневном специальном мероприятии, на котором можно поучиться у экспертов в различных областях, связанных с водой, . Делитесь идеями с коллегами из вашей области и из разных отраслей, исследуя новые методы и технологии управления ливневыми стоками. Подробности здесь

Четвертый тип, обратный осмос, использует полупроницаемую мембрану для удаления ионов, молекул и более крупных частиц из воды, предназначенной для питья или приготовления пищи.Кроме того, дождевая вода, собираемая из ливневых стоков, часто очищается с помощью мембран обратного осмоса для использования в качестве ландшафтного орошения и промышленного охлаждения.

«Поскольку набор мембранных технологий для муниципальных сточных вод, которые представляют собой технологии мембранного разделения с поперечным потоком, управляемым давлением, настолько различаются по своим возможностям, вы обычно используете как минимум две из этих технологий в каждом проекте», — говорит Картрайт. И для большинства применений по очистке сточных вод наиболее распространенными являются микрофильтрация и ультрафильтрация.

Развитие технологий
«Мембраны, конечно, стали очень важными в последние несколько десятилетий для очистки воды и сточных вод, потому что они очень эффективны и занимают мало места», — говорит Пушпиндер Пури, президент PuriMem LLC. которая предлагает консультационные услуги по мембранным технологиям, исследованиям и разработкам процессов, а также инновационным процессам. Услуги, связанные с мембранными технологиями, включают микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос, опреснение, мембранные биореакторы и другие технологии очистки сточных вод.«Однако, несмотря на то, как быстро развиваются технологии, использование передовых мембранных технологий не растет так быстро, как могло бы, в первую очередь потому, что многие муниципалитеты в Соединенных Штатах не имеют финансовых ресурсов для инвестирования в эти новые технологии. . »

В Европе же, по словам Пури, инфраструктура меняется намного быстрее. «В Европе, например, используют мембранные биореакторы вместо септиков для индивидуальных домашних хозяйств», — говорит он. «Европа всегда немного опережала США, когда дело касалось экологического регулирования.Это связано с тем, что города и даже сельские районы в Европе более густонаселенны, в то время как в большинстве районов США много земли и много воды ».

Согласно отчету, опубликованному в июне 2016 года «Исследование мирового рынка мембранного разделения: сегмент воды и сточных вод, который станет свидетелем максимального роста к 2019 году», опубликованный Persistence Market Research, глобальным рынком мембранного разделения (который включает микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию и обратного осмоса) была оценена в 19 миллиардов долларов в 2012 году и, как ожидается, достигнет 39 долларов.2 млрд к 2019 году, совокупный годовой темп роста (CAGR) 10,8%. Ожидаемый рост будет результатом ужесточения обязательных государственных постановлений, таких как Закон о чистой воде; переход от химической обработки, которая считается вредной для окружающей среды, к физической обработке; и рост спроса на чистую обработанную питьевую воду во всем мире. И, согласно отчету, микрофильтрация доминирует на рынке, занимая более 35% мирового рынка в 2012 году.

В другом отчете за июнь 2016 г. «Рынок мембран в США по типам, по областям применения, прогнозу конкуренции и возможностям, 2011-2021 гг.», Опубликованному TechSci Research, предполагается, что внутренний рынок мембран будет расти в среднем на 8% с 2016-2021 гг.В 2015 году на микрофильтрацию приходилась самая большая доля выручки на рынке мембран США. Одной из причин ожидаемого роста является увеличение государственных расходов на установку и модернизацию водоочистных сооружений и очистных сооружений для обеспечения чистой водой населения и окружающей среды. В частности, рынок очистки городских сточных вод в США составлял 7,9 млрд долларов в 2014 году и, как ожидается, достигнет 8,4 млрд долларов к 2017 году. «Ожидается, что рост спроса на мембраны обратного осмоса будет расти самыми быстрыми темпами в период с 2016 по 2021 год из-за увеличения внедрение технологии фильтрации на основе обратного осмоса в различных отраслях промышленности », — говорит Каран Чечи, директор по исследованиям TechSci Research.«Установка мембран обратного осмоса при очистке воды и сточных вод также демонстрирует устойчивый рост за последние пять лет, и ожидается, что эта тенденция сохранится в течение следующих пяти лет».

Установка мембран OV960

В январе 2016 года в отчете о мировых рынках мембран для микрофильтрации, опубликованном BCC Research, который регулярно публикует отчеты о мембранах, говорится, что мировые рынки мембран для микрофильтрации, которые достигли почти 1,9 млрд долларов в 2015 году, должны увеличить до 2 долларов.6 миллиардов за пять лет. В то время как большая часть текущего использования и роста происходит в промышленных условиях (особенно в биотехнологиях, биотехнологиях и фармацевтике), ожидается, что сегмент питьевой воды вырастет с 334 миллионов долларов в 2015 году до 474 миллионов долларов в 2020 году.

Технология мембранного биореактора
Хотя четыре типа водных мембран существуют уже довольно давно, технология, которая, кажется, привлекает наибольшее внимание в наши дни, — это технология мембранного биореактора (MBR).Хотя эта технология была впервые представлена ​​в конце 1960-х годов, в последние годы она становится все более популярной. MBR представляет собой комбинацию мембранного процесса, такого как микрофильтрация и ультрафильтрация, с биореактором взвешенного роста, который способен производить сточные воды достаточно высокого качества для сброса в прибрежные или поверхностные водотоки, а также для использования для городского орошения.

Мембраны могут быть разработаны для использования в небольших помещениях и обеспечивают высокую эффективность удаления загрязняющих веществ, таких как азот, фосфор, бактерии, биохимическая потребность в кислороде (БПК) и общее количество взвешенных твердых частиц.Система мембранной фильтрации может заменить вторичный осветлитель и песочные фильтры в традиционной системе обработки активного ила.

Технология

MBR приобрела популярность за последнее десятилетие по ряду причин, включая ее небольшую занимаемую площадь, сохраняющуюся доступность (цены снижаются по мере роста эффективности) и простоту модернизации для модернизации существующих очистных сооружений.

Популярность этой технологии также является результатом растущего спроса на воду, как с точки зрения объема воды, требуемого во всем мире, так и с точки зрения экологических норм, требующих повышенной чистоты воды.

Кроме того, что касается повышения энергоэффективности, технология MBR становится более привлекательной, поскольку системы могут обрабатывать больше воды, используя меньше энергии, чем другие традиционные системы.

«Технология MBR включает в себя мембраны для микрофильтрации или ультрафильтрации, которые разработаны специально для удаления взвешенных твердых частиц, биохимического потребления кислорода и фекальных колиформных бактерий из очищенных сточных вод», — говорит Картрайт. «Затем за MBR следует обратный осмос, а затем технология дезинфекции, такая как усовершенствованное окисление — наиболее популярными из них являются ультрафиолетовый свет и перекись водорода — для проведения дезинфекционной обработки.”

Ультрафиолетовый свет защищает от вредных микроорганизмов, не ухудшая вкуса, цвета и запаха воды. Ультрафиолетовый свет можно использовать отдельно или в сочетании с перекисью водорода для уничтожения пестицидов, соединений вкуса и запаха, фармацевтических препаратов, токсинов водорослей и промышленных загрязнителей, которые могут быть обнаружены в воде.

«Этот процесс позволяет производить питьевую воду», — говорит Картрайт. «В некоторых случаях, тем не менее, есть некоторая доработка. Например, система может включать предварительную ультрафильтрацию для защиты микрофильтрационной мембраны и ультрафильтрационной мембраны.А в некоторых случаях повышают pH, чтобы питьевая вода была менее агрессивной ».

Согласно Картрайту, если целью является удаление взвешенных твердых частиц, то применение микрофильтрации имеет смысл. Однако если целью является удаление растворенных микромолекул (растворенных органических молекул), то ультрафильтрация имеет смысл. «Фактически, поскольку некоторые бактерии могут быть очень и очень мелкими, основная часть мембран MBR — это ультрафильтрация», — говорит он.

Существует ряд конфигураций MBR для мембран микрофильтрации и ультрафильтрации.Двумя основными, по словам Картрайта, являются пластина с рамой и полое волокно, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны.

Пластинчато-рамочные мембраны обычно представляют собой тонкие круглые мембранные поверхности с плоским и пленочным композитным листом. Тонкая кожа поддерживается более толстым слоем с более крупными порами.

Мембраны из полых волокон состоят из набора самонесущих волокон, часто до 10 000 волокон, с плотными разделительными слоями оболочки. Одним из преимуществ половолоконной мембраны является очень большая площадь поверхности в замкнутом объеме, что увеличивает эффективность процесса разделения.

«Типичный MBR представляет собой погруженную пластинчатую мембрану или мембрану из полых волокон в резервуар для обработки, но это не является обязательным требованием», — говорит Картрайт. Кроме того, по его словам, многие производители производят гибридные конфигурации, сочетающие пластинчатые мембраны и мембраны из полых волокон.

Есть две другие конфигурации мембран MBR, помимо пластинчатых и полых волокон. Одна спирально-навитая (как и все мембраны обратного осмоса), а другая трубчатая.«Они не так широко используются для MBR, но, безусловно, возможны», — говорит Картрайт.

Мембраны со спиральной намоткой включают гофрированную мембрану, которая свернута вокруг перфорированного проницаемого ядра, подобно спирали, помещенной в сосуд высокого давления.

Трубчатые мембраны состоят из напорной трубы и гидравлических дисков, удерживаемых на месте центральным натяжным стержнем и мембранными подушками, лежащими между двумя дисками.

«При таком большом количестве доступных конфигураций задача разработчика муниципальной системы очистки воды состоит в том, чтобы выбрать подходящую конфигурацию, а затем определить, какой производитель предлагает лучший дизайн системы», — говорит Картрайт.«Это всегда требует пилотного тестирования».

Кроме того, согласно Картрайту, можно разработать систему MBR, не называя ее MBR. «Вы можете взять вторично очищенные сточные воды с муниципальных очистных сооружений, пропустить их через трубчатую ультрафильтрационную мембрану, направить концентрат обратно в резервуар для очистки, а затем направить его по линии для обратного осмоса и дезинфекции», — говорит он. «Это правда MBR? Это своего рода серая зона с точки зрения того, как вы ее называете, но вы все еще используете мембраны для предварительной обработки.”

Одной из компаний, предлагающих технологию MBR, является Ovivo Water. «Наша группа специализируется на очистке сточных вод, — говорит Майк Снодграсс, руководитель мембранных технологий группы MBR Ovivo. «Муниципальные очистные сооружения пытаются достичь определенных целей устойчивого развития, таких как экономия воды за счет повторного использования воды, минимизация потребления энергии, восстановление ресурсов и питательных веществ и т. Д.», — говорит он. «Эти цели вызывают большой интерес у них к мембранным технологиям».

По словам Снодграсса, в наши дни цель производителей мембран — создать лучшие мембраны, чтобы помочь муниципалитетам в достижении этих целей.Два года назад Ovivo начала работать с MICRODYN-NADIR в Германии и теперь использует исключительно их мембранную технологию в своих MBR. MICRODYN-NADIR предлагает плоские мембраны, спирально-навитые, полые волокна и трубчатые мембраны. «Мы выбрали их, потому что они обладают отличной производственной эффективностью и экономичностью с точки зрения энергопотребления, срока службы мембран и качества сточных вод», — говорит он. Мембраны могут использоваться для очистки сточных вод после биологической очистки, предварительной очистки для обратного осмоса (например, опреснения морской воды), очистки ливневых стоков, фильтрации питьевой воды и других применений.

«С точки зрения будущего, энергия по-прежнему находится в центре внимания систем MBR, таких как процессы очистки воздуха — использование аэрозолей через мембраны для поддержания их чистоты во время работы — с целью снижения энергопотребления. , — говорит Снодграсс. «Недавно мы внедрили различные типы диффузоров, которые являются уникальными для отрасли MBR, с использованием технологии под названием AEROSTRIP из Австрии, которая повышает эффективность за счет снижения общего спроса на энергию». Диффузоры AEROSTRIP обеспечивают эффективные процессы аэрации, которые могут снизить эксплуатационные расходы станции очистки сточных вод.

Вид на завод по рекультивации сточных вод в Running Springs

Одним из довольных клиентов технологии MBR Ovivo является водный район Running Springs в Running Springs, Калифорния. В 1999 году Лесная служба США сообщила округу о необходимости модернизации существующей установки по очистке сточных вод от обычного активированного ила (CAS). «То, где мы сбрасывали сточные воды, находилось на земле Лесной службы, и Лесная служба контролирует наше специальное разрешение на использование сброса сточных вод», — говорит Тревор Миллер, начальник отдела очистки сточных вод.«Они хотели воду лучшего качества. Мы поняли, что для удаления необходимых нам питательных веществ единственный способ сделать это — использовать MBR ».

Итак, в 2003 году округ перешел с системы CAS на технологию MBR Ovivo. Завод был переведен с процесса очистки только от БПК на первый в США MBR с усиленным биологическим удалением фосфора (EBPR). EBPR — это система очистки сточных вод, применяемая в системах с активным илом как способ удаления фосфатов. Реализации EBPR включают наличие анаэробного резервуара перед аэротенком.

Система MBR Ovivo включает запатентованную конструкцию, объединяющую одновременную нитрификацию и денитрификацию (SNdN) в зоны MBR. Твердые биологические отходы впоследствии сгущались, переваривались и обезвоживались, прежде чем они были переработаны в Мекке, Калифорния.

После модернизации район еще больше модернизировал завод, установив турбовентиляторы и более эффективные мембранные блоки, что существенно снизило счета за электроэнергию.

Недавно в округе была заменена система MBR на более новую от Ovivo.«Срок службы исходных MBR составлял 10 лет, а в 2015 году их было 12», — говорит Миллер. «Листы начали выходить из строя. Один из вариантов заключался в замене всех пластин в существующих 15 SMU, каждый из которых имел 300 пластин, то есть 4500 пластин по цене 70 долларов за пластину плюс затрачиваемая ими энергия ». Вместо этого в округе было принято решение полностью заменить их, поскольку за последние 12 лет технологии стремительно улучшились, в том числе повысилась энергоэффективность.

В частности, округ выбрал пять новых погружных мембранных блоков (SMU) Ovivo OV960.Ожидаемый срок службы этих OV960 — 10 лет. Модули SMU OV960 на самом деле являются результатом объединения двух SMU нового типа Ovivo OV480, которые обеспечивают более высокие потоки пермеата при снижении энергопотребления.

OV480 — это технология плоских листов, состоящая из четырех кассет. Каждая кассета содержит 25 листов с общей площадью мембраны 1076 квадратных футов. Листы устойчивы к повреждениям и засорению. Кассеты опираются на ящик из нержавеющей стали, оснащенный диффузорами AEROSTRIP.

Запуск Springs MBR в работе

«Два установленных друг на друга блока OV480 для изготовления OV960 — первая установка такого рода, поэтому было проведено несколько испытаний и тестов, но ни в одном из них не участвовали сами мембраны», — говорит Миллер. «Они отлично поработали». Агрегаты работают с мая 2016 года и оправдывают ожидания. «Они используют половину энергии старых», — говорит он. Ожидается, что они окупятся за три года, а за 10 лет сэкономят около 500 000 долларов.

Будущее мембран
По словам Картрайт, маловероятно, что «четыре основных» типа мембран (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос) будут заменены в ближайшее время.«Конечно, в каждой из этих четырех технологий могут быть некоторые дополнительные улучшения», — говорит он.

Тем не менее, добавляет он, в настоящее время существует ряд научных разработок в области мембранных технологий, таких как графен, которые претендуют на потенциал. «Но они все еще находятся в лаборатории», — добавляет он.

Каковы возможности графеновых мембран? Оксид графена — это материал на основе углерода, сделанный из природного графита (тот же материал, что и карандаши). Это двумерная сетка из атомов углерода, расположенных в виде сотовой решетки.Графен настолько тонкий, что для изготовления листа толщиной 1 мм требуется три миллиона его слоев, что позволит воде течь чрезвычайно быстро между уложенными друг на друга листами графена с очень небольшим трением. Графен считается самым легким, прочным, тонким и лучшим из когда-либо обнаруженных материалов, проводящих тепло и электричество.

С точки зрения его потенциального использования, в частности, для очистки воды, «гидрофобия» графена представляет особый интерес. То есть графен естественным образом отталкивает воду.Однако, когда в листах графена создаются микропоры, допускается быстрое проникновение воды, что заставляет исследователей полагать, что графен можно использовать для фильтрации и опреснения воды, как только технология создания этих микропор станет доступной — поскольку микропоры позволит молекулам воды проходить, но блокирует прохождение загрязняющих веществ и других веществ.

Возможно, мембраны из графена или оксида графена смогут более эффективно удалять загрязнители сточных вод, включая фармацевтические препараты, патогены и эндокринные разрушители, чем существующие коммерчески доступные мембраны.

Мембрана обратного осмоса — обзор

4.1.2 Мембранная система обратного осмоса

Процесс мембранного разделения обратного осмоса снижает общую концентрацию растворенных твердых частиц с 242 мг / л в исходной воде до менее 4 мг / л в воде продукта, что соответствует среднее отклонение соли 98%. В установке обратного осмоса используются тонкопленочные композитные (TFC) полиамидные мембраны со спиральной намоткой. Однопроходная система обратного осмоса представляет собой двухступенчатую (6: 4) мембранную систему, предназначенную для достижения 75% извлечения продукта воды (PWR) (53 м ³ / ч пермеата / 70 м ³ / ч подачи) .Конструкция основана на прогнозах производителя мембраны, приведенных в таблице 4.1. Насос высокого давления обратного осмоса перекачивает воду в массив мембран обратного осмоса со скоростью 70 м ³ / ч и 16,7 бар изб. (Общий напор или TDH). Пермеат течет в резервуар для воды продукта обратного осмоса со скоростью 53 м ³ / ч, а отходы поступают в резервуар повторного использования воды со скоростью 17 м ³ / ч.

Во время запуска впускной пневматический клапан на салазках обратного осмоса открывается автоматически, и вода, предварительно обработанная обратным осмосом, начинает поступать в насос обратного осмоса. Мембраны промываются в течение 60 с при линейном давлении, и пермеат направляется в резервуар повторного использования воды.Когда давление на входе насоса высокого давления обратного осмоса превышает минимально допустимое значение (см. Таблицу 4.5), запускается насос высокого давления обратного осмоса. Первоначально пермеат направляется в резервуар для повторного использования воды на несколько минут, чтобы проводимость воды в продукте упала ниже максимально допустимого значения. В конце фазы качественной промывки пермеат обратного осмоса направляется в резервуар для хранения воды для продукта обратного осмоса через рабочий клапан. Клапаны подачи пермеата и отвода управляются вручную (также используются автоматические клапаны).Производители мембран рекомендуют запуск мембраны обратного осмоса и промывку после останова.

Таблица 4.5. Аварийные сигналы процесса

Давление на входе в массив мембран регулируется вручную с помощью шарового клапана (когда скорость насоса обратного осмоса регулируется частотно-регулируемым приводом, мембранный клапан регулирования давления на входе не требует регулировки ). Расход отбракованной воды регулируется вручную с помощью регулирующего шарового клапана.Оба клапана регулируются для достижения желаемого извлечения воды из продукта (%). Давление, необходимое для достижения расходов пермеата и сброса, устанавливается во время первоначального запуска. Поскольку характеристики мембраны со временем ухудшаются, эти клапаны требуют регулировки.

Расход воды в продукте, превышающий максимально допустимый предел, свидетельствует о превышении проектного извлечения. Аналогичным образом, расход отбракованной жидкости ниже допустимой скорости потока отбракованной воды отражает более высокую, чем расчетную, рекуперацию. Оба этих рабочих условия могут привести к преждевременному образованию накипи из-за осаждения труднорастворимых солей, и их следует избегать.Следовательно, работа насоса обратного осмоса должна быть отрегулирована, когда скорость потока пермеата превышает максимальное расчетное значение или скорость потока откачки падает ниже минимального расчетного значения. Когда Δ P на установке обратного осмоса превышает максимальное рекомендуемое значение, система обратного осмоса должна быть отключена для очистки мембран. Мембраны обратного осмоса очищаются в соответствии с процедурой, рекомендованной производителем мембран, как описано в Главе 2.

Пермеат обратного осмоса течет в резервуар для хранения воды продукта обратного осмоса со скоростью 53 м ³ / ч.Если резервуар полон или если проводимость пермеата превышает 10,0 мкСм / см в течение длительного периода времени (минут), система обратного осмоса отключается. Данные расхода питательной воды и пермеата используются ПЛК для расчета% извлечения. Точно так же непрерывно контролируется исходная вода обратного осмоса и проводимость пермеата, и данные используются ПЛК для расчета отклонения соли или просто% отклонения.

Емкость резервуара для воды для продуктов обратного осмоса составляет 76 м ³ . Резервуар расположен непосредственно после установки обратного осмоса, так что последующее оборудование, такое как ионообменники со смешанным слоем (MB) и ультрафиолетовые (УФ) установки, может работать непрерывно.При хранении колебания и спрос на готовую воду могут быть устранены экономически. Блок обратного осмоса может быть рассчитан на средний спрос, а хранилище — на заполнение разрыва между средним и максимальным. ⁵ Бак также снабжен реле уровня, датчиком уровня, азотной подушкой низкого давления и высокоэффективным воздушным фильтром твердых частиц (HEPA) для предотвращения загрязнения атмосферы и увеличения проводимости из-за поглощения углекислого газа.

Вода перекачивается из резервуара для хранения воды продукта обратного осмоса в УФ-лампы деструкции ТОС насосом распределения воды обратного осмоса (один насос находится в режиме ожидания) на скорости 80 м ³ / ч.Облучение ультрафиолетовым светом 185 нм очень эффективно для уничтожения остаточного органического вещества (ТОС), не удаленного RO мембраной. Этот ультрафиолетовый свет снижает органическую нагрузку на анионные смолы в ионообменниках (деионизаторах) со смешанным слоем (MB) ниже по потоку. УФ-устройства также делают неэффективными более 90% бактерий. Это особенно важно, потому что блоки MB работают при нейтральном pH и, таким образом, способны поддерживать быстрое размножение бактерий. ⁶

Соответствующее оборудование и надлежащие процедуры — ключ к успеху очистки мембраны

Часть I этой серии посвящена конструкции системы обратного осмоса и факторам конфигурации; В Части II исследуются проблемы обрастания; Часть III посвящена химическим методам очистки этих систем; и Часть IV посвящена соответствующему оборудованию и надлежащим процедурам.

Стэн Люк,
Президент, RODI Systems Corporation

Содержимое
Необходим смесительный бак
Бак должен иметь возможность нагревать очищающий раствор
Картриджный фильтр, используемый для улавливания более крупных частиц
Важны соединения между системой очистки и мембранами
Процедура очистки зависит от множества факторов
Замачивание за одну стадию при чистке еще
Опыт, полученный методом проб и ошибок

Хорошо оборудованная система очистки мембран показана ниже.Как видно, компонентами системы обычно являются части оборудования.

Необходим смесительный бак
Бак для смешивания используется для приготовления и хранения чистящего раствора. Он должен быть достаточно большим, чтобы вместить достаточное количество этого раствора. Хорошее практическое правило состоит в том, что у него есть емкость 60 галлонов на каждые 8 ​​дюймов. сосуд (содержащий шесть элементов) очищается. Бак должен быть оборудован механическим миксером, чтобы обеспечить надлежащее разбавление чистящего химического вещества перед использованием.При отсутствии миксера резервуар должен быть подключен по трубопроводу, чтобы очищающий раствор мог повторно циркулировать через очищающий насос и обратно в резервуар, прежде чем он будет возвращен в очищаемые резервуары. (вверх)

Бак должен иметь возможность нагревать моющий раствор
Емкость должна быть оборудована средствами для подогрева очищающего раствора. В небольших системах это может быть выполнено с помощью погружного электронагревателя. В более крупных системах может потребоваться паровой змеевик.Температура должна контролироваться термостатом, чтобы предотвратить перегрев раствора. Необходимо установить термометр и датчик pH для контроля температуры и pH раствора во время очистки. Резервуар должен быть снабжен крышкой для предотвращения разбрызгивания за его стенки и попадания в него посторонних предметов. В идеале он должен иметь конусообразное дно или другую конфигурацию, позволяющую полностью слить воду. Это значительно облегчает очистку бака перед следующим использованием.

Насос, встроенный в систему, должен быть достаточно большим для обеспечения достаточной скорости (потока) очистки. Он должен обеспечивать производительность не менее 40 галлонов в минуту на каждые 8 ​​дюймов. сосуд очищается одновременно. Например, если первая ступень системы обратного осмоса состоит из девяти сосудов и вся ступень очищается сразу, насос должен быть способен производить 360 галлонов в минуту. Выходное давление насоса должно быть таким, чтобы на очищаемом сосуде (ах) имелся перепад давления 50 фунтов на квадратный дюйм.Система должна быть спроектирована так, чтобы позволять регулировать производительность насоса. Датчик потока необходим для контроля потока из системы очистки в сосуды. (вверх)

Картриджный фильтр для улавливания крупных частиц
Патронный фильтр необходим для предотвращения попадания крупных частиц в систему очистки мембраны во время очистки. Этот фильтр обычно располагается между насосом и сосудами высокого давления (в линии подачи), а не между сосудами высокого давления и смесительным баком (обратная линия).Таким образом, любые посторонние материалы, такие как мусор в смесительном баке или инертные компоненты в чистящем химикате, не попадут в очищаемые мембранные элементы.

Поскольку фильтр используется для предотвращения засорения относительно крупных частиц подающих проставок в очищаемых элементах, обычно достаточно размеров отверстий картриджа в диапазоне 10-20 микрон. В процессе очистки следует контролировать падение давления на фильтре. Картриджи следует менять, когда падение давления достигает 10-15 фунтов на квадратный дюйм.

Хотя размер системы очистки будет варьироваться в зависимости от размера очищаемой системы мембранной очистки, основные компоненты системы очистки будут одинаковыми независимо от размера системы. Материалы конструкции должны быть совместимы с используемыми чистящими растворами. Обычно это означает совместимость с высоким или низким pH. В особенности следует избегать алюминия, поскольку он растворим при высоком и низком pH, но в меньшей степени при нейтральном pH. Алюминий может вызвать проблемы даже в небольших количествах, например, в том количестве, которое может содержаться в соединителях шлангов. (вверх)

Соединения между системой очистки и мембранами важны
Совершенно необходимо, чтобы система очистки была правильно подключена к очищаемой мембранной системе. Никогда не следует очищать более одной ступени сосудов одновременно (рис. 2). Во время очистки важно добиться как можно большей текучести. Поскольку во время очистки через мембрану проникает небольшое количество воды, большая часть потока остается в зоне подающих проставок элементов, где она должна обеспечивать более эффективную очистку.Если одновременно очищается несколько последовательных ступеней, поток будет либо низким на первой ступени, либо чрезмерным на второй ступени. Поочередная очистка позволяет достичь максимального потока в каждой емкости. Пермеат, образующийся во время работы, следует возвращать в смесительный бак, чтобы предотвратить потерю чистящего раствора.

В некоторых случаях, например, в системах ультрафильтрации, сосуды можно очищать индивидуально. В случаях сильного загрязнения может потребоваться индивидуальная очистка элементов.Это достигается за счет использования автономной системы очистки, которая включает в себя одноэлементный сосуд для удерживания очищаемого элемента.

Во время очистки сосудов, содержащих несколько элементов, необходимо перемещать очищающий раствор в том же направлении, что и питательная вода, когда система используется в нормальном рабочем режиме. Обратить поток очистки можно только в том случае, если упорное кольцо перемещено от разгрузочного конца резервуара к загрузочному концу. Если поток реверсируется без перемещения упорного кольца, высокий перепад давления на стопку элементов внутри резервуара может вызвать телескопирование элемента, поскольку последний элемент в резервуаре поддерживается только своим пермеатным соединением (переходником торцевой крышки).Всегда следуйте рекомендациям производителя мембранных элементов в отношении падения давления в резервуаре (обычно 50 фунтов на квадратный дюйм для резервуара, вмещающего шесть элементов).

Системы очистки малых и средних размеров обычно подключаются к мембранным элементам с помощью гибкого шланга. Такие шланги следует использовать только во время чистки. К мембранной системе могут быть жестко подключены большие системы очистки с соответствующими клапанами или короткими отрезками гибкого шланга, используемыми для направления очищающего раствора через различные стадии очищаемой системы.Независимо от метода подключения, необходимо иметь возможность контролировать давление в сосуде или на стадии очищаемых сосудов. Падение давления в резервуаре (ах) является основным индикатором прогресса в процессе очистки. Также необходимо следить за этим падением давления, чтобы гарантировать, что элементы не будут повреждены (телескопированы) во время процесса. (вверх)

Процедура очистки зависит от множества факторов
Фактические процедуры очистки будут различаться в зависимости от типа мембраны, системы очистки, чистящего химического вещества (особенно, если используются коммерческие составы) и опыта очистки.Следующая процедура является хорошей отправной точкой, если эффективный метод еще не используется.

Шаг 1: Убедитесь, что смесительный бак чистый и что в фильтр установлены свежие картриджи. Также убедитесь, что шланги или трубопроводы, используемые для подключения оборудования для очистки к мембранной системе, чистые.

Шаг 2: Тщательно перемешайте чистящий раствор и отрегулируйте уровень pH и температуру. Подождите, пока pH и температура стабилизируются, прежде чем начинать процесс очистки.Если вы используете коммерческий чистящий состав, обязательно следуйте инструкциям производителя.

Шаг 3: Начните медленно подавать чистящий раствор в сосуды (3 галлона в минуту для 4-дюймовых сосудов и 12 галлонов в минуту для 8-дюймовых сосудов). Подождите примерно 15 минут, чтобы поток оставался на этом уровне. Это предотвращает внезапное вытеснение незакрепленных частиц и их попадание в распорки подачи элементов ниже по потоку.

Шаг 4: Увеличьте расход до промежуточного значения (6 галлонов в минуту для 4-дюйм.сосудов и 24 галлона в минуту для 8-дюйм. сосуды). Позвольте потоку оставаться на этой скорости еще 15 минут.

Шаг 5: Постепенно увеличивайте расход до достижения максимального перепада давления в сосуде. По мере того, как элементы в резервуаре (ах) станут чище, падение давления будет уменьшаться. Часто регулируйте поток, чтобы поддерживать максимальное падение давления, следя за тем, чтобы оно не превышало максимально допустимое значение. Продолжайте следить за расходом.В какой-то момент поток больше не будет увеличиваться. Это означает, что достигнута максимальная степень очистки. Если поток и перепад давления не соответствуют желаемым уровням (обычно достигаемым после предыдущей очистки), может потребоваться другой чистящий раствор. (вверх)

Замачивание на одном этапе, а очистка на другом
Кроме того, может быть выгодным позволить чистящему раствору пропитаться в сосудах на одной стадии, в то время как очистка начинается на другой стадии.Если да, то при возврате к исходной стадии начните с шага малого расхода, прежде чем переходить к более высокому расходу. Замачивание разрыхляет материал, который может внезапно высвободиться и закупорить распорную втулку, если вначале начнутся высокие потоки.

Важно всегда тщательно промывать мембранные элементы чистой водой (предпочтительно деионизированной водой или пермеатом обратного осмоса) перед переходом на другой чистящий раствор. Если возможно, отрегулируйте pH и температуру воды для ополаскивания, чтобы они соответствовали предыдущему чистящему раствору.Смешивание различных типов чистящих растворов внутри элементов сосуда может иметь катастрофические результаты из-за образования осадка. (вверх)

Опыт, полученный методом проб и ошибок
Из-за различий в типичных источниках питательной воды, загрязняющих материалах и характеристиках оборудования поиск наиболее эффективной процедуры очистки почти всегда является делом проб и ошибок. По этой причине важно вести журнал операций по уборке.Журнал должен включать такую ​​информацию, как время, дата, идентификатор оператора, состав чистящего раствора, процедуры смешивания растворов, а также частые показания температуры, pH, давления и расхода. Ссылаясь на информацию, полученную в ходе предыдущих операций по очистке, процедура станет более эффективной и, следовательно, более рентабельной.

Читайте полный цикл статей:

Часть 1: Перед очисткой систем обратного осмоса вы должны понять их

Часть 2: Проблемы засорения вызывают снижение производительности системы обратного осмоса

Часть 3: Выбор методов и материалов для очистки мембран

Часть 4: Соответствующее оборудование и надлежащие процедуры — ключ к успеху очистки мембраны

Об авторе: Стэн Люк — президент RODI Systems Corporation.Вы можете связаться с ним по адресу 936 Highway 550, Aztec, NM 87410; Тел. 505-334-5865; Факс. 505-334-5867. (Вернуться к началу)

водопровод | Описание, очистка, распределение и качество воды

Изменения в системах водоснабжения

Вода была важным фактором в расположении первых поселений, и развитие систем общественного водоснабжения напрямую связано с ростом городов.При освоении водных ресурсов, выходящих за пределы их естественного состояния в реках, озерах и родниках, рытье неглубоких колодцев, вероятно, было самым ранним нововведением. По мере увеличения потребности в воде и разработки инструментов скважины углублялись. Колодцы, облицованные кирпичом, были построены горожанами в бассейне реки Инд еще в 2500 году до нашей эры, а колодцы глубиной почти 500 метров (более 1600 футов), как известно, использовались в древнем Китае.

Строительство qanāt s, туннелей с небольшим уклоном, проложенных в склонах холмов, содержащих грунтовые воды, вероятно, возникло в древней Персии около 700 г. до н. Э.Со склонов холмов вода под действием силы тяжести переносилась по открытым каналам в близлежащие города. Использование qanāt s стало широко распространенным во всем регионе, и некоторые из них все еще существуют. До 1933 года иранская столица Тегеран полностью потребляла воду из системы из канатов с.

qanāt

A qanāt в Национальной библиотеке Ирана, Тегеран.

Зерешк

Необходимость направлять водоснабжение из отдаленных источников была результатом роста городских сообществ.Среди наиболее заметных из древних систем водоснабжения — акведуки, построенные между 312 г. до н. Э. И 455 г. н. Э. На всей территории Римской империи. Некоторые из этих впечатляющих работ сохранились до сих пор. В трудах Секста Юлия Фронтина (который был назначен суперинтендантом римских акведуков в 97 г. н. Э.) Содержится информация о проектировании и строительстве 11 основных акведуков, которые снабжали Рим. Типичный римский акведук, простирающийся от далекого источника, озера или реки, включал в себя ряд подземных и надземных каналов.Самой длинной была «Аква Марсия», построенная в 144 г. до н. Э. Его источник находился примерно в 37 км (23 милях) от Рима. Сам акведук имел длину 92 км (57 миль), потому что он должен был изгибаться по контуру суши, чтобы поддерживать постоянный поток воды. Около 80 км (50 миль) акведук находился под землей в крытой траншее, и только последние 11 км (7 миль) он проводился над землей в аркаде. Фактически, большая часть общей длины акведуков, снабжающих Рим (около 420 км [260 миль]), была построена в виде крытых траншей или туннелей.При пересечении долины акведуки поддерживались аркадами, состоящими из одного или нескольких уровней массивных гранитных опор и впечатляющих арок.

Акведук Сеговии

Акведук Сеговии в Сеговии, Испания.

© SeanPavonePhoto / Fotolia
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Акведуки заканчивались в Риме у распределительных резервуаров, из которых вода направлялась в общественные бани или фонтаны. У некоторых очень богатых или привилегированных граждан вода была подведена прямо в дома, но большинство людей приносили воду в контейнерах из общественного фонтана.Вода текла постоянно, излишки использовались для очистки улиц и смыва канализации.

Древние акведуки и трубопроводы не выдерживали большого давления. Каналы сооружали из тесаного камня, кирпича, щебня или грубого бетона. Трубы обычно делали из перфорированного камня или полых деревянных бревен, хотя также использовались глиняные и свинцовые трубы. В средние века не было заметного прогресса в методах или материалах, используемых для транспортировки и распределения воды.

Чугунные трубы с соединениями, способными выдерживать высокое давление, практически не использовались до начала 19 века.Примерно в то время паровой двигатель впервые был применен для откачивания воды, что позволило всем, кроме самых маленьких, получать питьевую воду непосредственно в отдельные дома. Асбестоцемент, высокопрочный чугун, железобетон и сталь стали использоваться в качестве материалов для трубопроводов водоснабжения в 20 веке.

Разработки в области водоподготовки

В дополнение к количеству воды, вызывает беспокойство качество воды. Даже древние понимали важность чистоты воды.В санскритских письмах 2000 г. до н. Э. Рассказывается, как очищать грязную воду путем кипячения и фильтрации. Но только в середине XIX века была доказана прямая связь между загрязненной водой и болезнью (холерой), и только в конце того же века немецкий бактериолог Роберт Кох доказал микробную теорию болезни. создание научной основы для обработки и санитарии питьевой воды.

Водоподготовка — это изменение источника воды для достижения качества, отвечающего установленным целям.В конце 19-го — начале 20-го века главной целью было устранение смертельных заболеваний, передающихся через воду. Примерно в то же время началась обработка общественной питьевой воды для удаления патогенных или болезнетворных микроорганизмов. Методы очистки включали фильтрацию через песок, а также использование хлора для дезинфекции. Практическое устранение таких заболеваний, как холера и брюшной тиф в развитых странах, доказало успех этой технологии очистки воды. В развивающихся странах болезни, передаваемые через воду, по-прежнему являются главной проблемой качества воды.

В промышленно развитых странах озабоченность сместилась в сторону хронических последствий для здоровья, связанных с химическим загрязнением. Например, предполагается, что следовые количества некоторых синтетических органических веществ в питьевой воде вызывают рак у людей. Свинец в питьевой воде, обычно выщелачиваемый из проржавевших свинцовых труб, может привести к постепенному отравлению свинцом и вызвать задержку развития у детей. Дополнительная цель снижения таких рисков для здоровья видится в постоянно увеличивающемся количестве факторов, включенных в стандарты питьевой воды.

Требования к системе диализной воды | Всего воды

Стандартные требования к системе диализной воды

Предотвращение обратного потока

Предотвращение обратного потока встроено для обеспечения целостности системы питьевой воды. В случае, если система очищенной воды меняет направление потока, устройство предотвращения обратного потока будет отводить очищенную воду в дренаж, обеспечивая целостность подачи питьевой воды. Предотвращение обратного потока должно быть установлено в соответствии с государственными и местными требованиями.

Клапан смешивания температуры

Смесительный клапан температуры смешивает входящую холодную и горячую воду до температуры примерно 77 градусов F.Преимущество — мембрана обратного осмоса наиболее эффективна при подаче воды с температурой 77 градусов F. Недостаток — потеря давления подачи холодной или горячей воды приведет к тому, что смесительный клапан закроет свой выпуск и, как следствие, отключит систему очистки диализной воды.

Смягчитель воды

Умягчение воды с использованием ионного обмена удаляет положительно заряженные ионы (кальций, магний и тяжелые металлы) из поступающей воды. Положительно заряженные ионы заменяются ионами натрия.Основная функция смягчителя воды в системе очистки диализной воды — защита и продление срока службы мембран обратного осмоса. В системе очистки диализной воды обычно используются два типа умягчителей: одинарные и двойные умягчители.

Угольная фильтрация

Угольная фильтрация используется для удаления хлора, хлораминов и низкомолекулярных органических веществ в процессе адсорбции. Адсорбция — это процесс, при котором пар, растворенный материал или очень маленькие частицы прилипают к поверхности твердого тела.Емкость угольной фильтрации обычно рассчитывается на время контакта с пустым слоем (EBCT), необходимое для удаления хлора и хлораминов из подаваемой воды. Стандарты AAMI для EBCT составляют 6 минут для хлора и 10 минут для удаления хлораминов. Угольные слои следует устанавливать в конфигурации рабочий-полировщик с контрольными портами, установленными на выходе обоих угольных слоев. AAMI рекомендует проводить тест на свободный и общий хлор перед каждой сменой пациента.

Обратный осмос

Установка обратного осмоса, используемая для диализа, должна быть оборудована следующим оборудованием:

• Префильтрация 5 микрон
• Показания давления
• Показания расхода
• Монитор температуры
• Монитор качества воды по проводимости с визуальной и звуковой сигнализацией

Распределительная система

Распределительная система — это трубопровод и клапаны, используемые для подачи очищенной воды из зоны очистки воды на индивидуальную станцию ​​диализа.Распределительный трубопровод устанавливается с прямой или косвенной подачей. В системе прямой подачи используется насос обратного осмоса для подачи очищенной воды в распределительный трубопровод. В системе непрямой подачи используется накопительный бак и распределительный насос для подачи очищенной воды в распределительный трубопровод. Материалы, которые использовались для систем распределения воды для диализа, включают поливинилхлорид (ПВХ), натуральный (непигментированный) полипропилен, нержавеющую сталь и стекло. ПВХ обычно является предпочтительным материалом для систем распределения воды для диализа.

Резервуар для хранения

Резервуар для хранения должен быть изготовлен из инертного материала и иметь непрозрачный цвет. Он должен иметь конструкцию с закрытым верхом / коническим дном. В резервуаре также должен быть гидрофобный вентиляционный фильтр для предотвращения попадания в резервуар переносимых по воздуху бактерий.

Деионизация

Деионизация обычно используется в системе очистки диализной воды по следующим причинам:

• Обеспечить воду самого высокого качества для диализа
• Аварийный байпас при отказе ОО
• Борьба с бактериями при разделении катионных и анионных смол
• Для полировки воды обратного осмоса
• Для полировки обратной воды из распределительного контура перед ее подачей на диализные станции

Ультрафиолетовая дезинфекция

УФ-дезинфекция используется в системе очистки диализной воды для борьбы с бактериями.На выходе из установки УФ-дезинфекции следует использовать окончательную фильтрацию.

Окончательная фильтрация

Для контроля бактерий и эндотоксинов рекомендуется финальная фильтрация размером 0,05 микрона или меньше. Фильтр конечной очистки или ультрафильтр должен быть последним компонентом, через который проходит очищенная вода перед отправкой на станции диализа.

Удаленная сигнализация

Система очистки воды должна быть подключена к удаленной сигнализации, расположенной рядом с постом медсестры поликлиники.Дистанционная сигнализация должна сигнализировать как звуковую, так и визуальную. Дистанционная сигнализация должна быть адаптирована к системе очистки воды.

Системный мониторинг

Мониторинг диализной системы должен включать ежедневный контрольный лист, тестирование на содержание хлора и хлораминов, тестирование на бактерии и тестирование на эндотоксины.

Санитарная обработка системы

Санитарная обработка должна основываться на тестировании на бактерии и графике профилактического обслуживания. Наиболее распространенными химическими веществами для дезинфекции системы являются хлор и реналин.

Мембраны для резервуаров с водой | ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЙ! Magazine

Большинство американцев воспринимают питьевую воду как должное. Мы ожидаем, что чистая вода без загрязнений будет сразу же доступна после поворота крана.

За этим современным чудом скрывается сеть резервуаров для воды и водоочистных сооружений, которые поставляют 50 миллиардов галлонов воды в день. Однако большая часть этой инфраструктуры приближается к концу расчетного срока службы и нуждается в обслуживании и гидроизоляции. Кроме того, для обслуживания растущего населения строятся новые резервуары и очистные сооружения.

Все большее число подрядчиков по гидроизоляции находят, что защита и герметизация этих резервуаров, которые обрабатывают и хранят питьевую воду в Америке, являются прибыльной нишей. Почти все эти резервуары либо стальные, либо бетонные, и во многих отношениях работа аналогична герметизации любой другой стальной или бетонной поверхности. Однако покрытия резервуаров для хранения должны быть безопасными для питьевой воды, а резервуары для обработки подвержены истиранию, циклическому воздействию влажного / сухого и замораживания / оттаивания. Кроме того, ограниченный доступ и замкнутые пространства, типичные для этой работы, часто добавляют значительный уровень сложности.

Новая технология, разработанная в последние годы, означает, что экологически чистые системы покрытий теперь предлагают защиту, аналогичную продуктам на основе растворителей в прошлом. Во многих случаях их проще применять, они более экономичны и эффективны.

Первые шаги

Первый шаг к восстановлению — это определить, почему резервуар в первую очередь приходит в негодность. Обычно это выходит за рамки подрядчика по ремонту и выполняется инженерами-консультантами или фирмами по испытаниям бетона.Основная причина может быть в химическом воздействии, истирании, циклическом замораживании / оттаивании, циклическом изменении влажного / сухого состояния или в чем-то более простом, например, осадке фундамента.

Одной из распространенных проблем с бетонными резервуарами является образование микротрещин, позволяющих воде проникать в арматурную сталь и образовывать ржавчину. Эта химическая реакция значительно увеличивает объем арматурного стержня с огромной мощностью, достаточной для дальнейшего растрескивания бетона. Это, конечно, создает самовоспроизводящийся цикл, который должен быть устранен гидроизоляцией.

Эпоксидные смолы являются одними из самых популярных покрытий благодаря их превосходной адгезии и стойкости к истиранию.

Были разработаны ингибиторы проникающей коррозии, чтобы замедлить этот процесс. Некоторые из них имеют порошковую основу и могут быть добавлены в новый бетон в качестве профилактической меры. Другие жидкие, их распыляют на поверхность бетона. Эти продукты будут проникать через те же микроскопические каналы, что и вода, в арматурную сталь и образовывать защитный слой.Но в тяжелых случаях необходимо удалить бетон, очистить сталь пескоструйной очисткой, а затем восстановить резервуар.

Бетон и сталь можно защитить от истирания, циклов «влажный / сухой» и химикатов, установив мембрану между водой и структурной поверхностью резервуара.

Полимерно-модифицированные цементные покрытия — один из популярных вариантов для бетонных резервуаров с питьевой водой. Эпоксидные покрытия хорошо подходят как для стали, так и для бетона, а также полимочевины и полиуретаны. Металлоконструкции требуют дополнительной защиты.Наружные поверхности обычно окрашиваются акриловым покрытием непосредственно на металл, которое экономично, долговечно, устойчиво к ультрафиолетовому излучению и обеспечивает долгосрочную гибкость. Двухкомпонентные покрытия на основе эпоксидной смолы также популярны, поскольку они хорошо сцепляются с широким спектром старых покрытий с минимальной подготовкой поверхности. Металлические резервуары также требуют катодной защиты, что выходит за рамки данной статьи.

Эпоксидные смолы

Двухкомпонентные эпоксидные системы — популярное покрытие для внутренних поверхностей резервуаров. Они обладают отличной химической стойкостью и просты в применении.Однако они требуют тщательной подготовки поверхности, и поверхность должна быть полностью сухой.

Эпоксидные смолы на водной основе сочетают в себе удобство покрытия на водной основе с характеристиками обычной эпоксидной смолы. Эти покрытия обеспечивают отличную адгезию и защиту от коррозии. Они обладают высокой стойкостью к кислотам, щелочам и влаге, а также к сильному истиранию. Даллас Финч, бывший директор Sherwin-Williams Industrial Coatings and Marine Division, говорит, что эпоксидные мастики с высоким содержанием сухого остатка предназначены для подавляющего большинства внутренних поверхностей резервуаров для хранения питьевой воды.«Есть несколько типов покрытий, которые могут удовлетворить как токсикологические, так и экстракционные требования стандарта ANSI / NSF 61, а также долгосрочные потребности в защите от коррозии резервуаров для хранения питьевой воды», — говорит он. «Из двух наиболее эффективных только эпоксидные смолы с высоким содержанием твердых частиц были разработаны с приемлемым уровнем выбросов ЛОС».

Одним из недостатков покрытий на основе эпоксидной смолы является то, что они не могут быть нанесены на влажный бетон, такой как резервуары, которые недавно были опорожнены, чтобы можно было выполнять работы. Грег Иллиг, эксперт по покрытиям бетонных резервуаров, говорит: «Если содержание влаги превышает четыре процента, влага в порах бетона может препятствовать хорошему сцеплению эпоксидной смолы с бетоном.Точно так же не рекомендуется наносить эпоксидное покрытие на новый бетон до тех пор, пока ему не исполнится 28 дней, чтобы бетон имел возможность гидратироваться, а содержание влаги могло упасть ».

Иногда графики строительства и ремонта не позволяют это сделать. В этих случаях в качестве грунтовки может применяться эпоксидно-цементный раствор (эпоксидная смола на водной основе + цемент). Иллиг говорит: «Нанесенный в качестве выравнивающего раствора, этот тонкий слой эпоксидно-цементного раствора будет действовать как временный барьер для влаги на поверхности бетона, достаточно длинный, чтобы позволить эпоксидному покрытию достичь надлежащего сцепления.Помимо решения проблемы влажности, слой цементно-эпоксидного раствора также заполняет пустоты, соты и поры на поверхности бетона ».

Полимочевины / уретаны

Полиуретаны впервые стали популярными в качестве покрытий для резервуаров в 1970-х годах. Они чрезвычайно универсальны и в зависимости от состава могут быть твердыми и жесткими или мягкими и гибкими. Они устойчивы к истиранию и ударам и соответствуют большинству требований к летучим органическим соединениям.

За последние несколько лет покрытия из полимочевины завоевали значительную долю рынка благодаря своей скорости, универсальности и быстрому высыханию.Усовершенствованные покрытия и подкладки из полимочевины обеспечивают прочную и гибкую гидроизоляцию, которая перекрывает большие трещины и может удлиняться до 400% без образования трещин. Водонепроницаемое покрытие, наносимое распылением, создает бесшовную водонепроницаемую защитную подкладку, которая предотвращает утечки и укрепляет целостность всей конструкции хранения. Он разработан, чтобы выдерживать циклы замораживания-оттаивания в течение десятилетий, а также большие колебания температуры и влажности.

«Полимочевина VersaFlex схватывается за секунды и может быть снова введена в эксплуатацию уже через час.Эпоксидная смола может затвердеть в течение нескольких дней, чтобы сделать то же самое. Сэкономленное время может обеспечить огромную экономию для предприятия », — говорит Брайан Берджесс, вице-президент по контрактам и материалам (C&M), подрядчика по специальным промышленным покрытиям из Декейтера, штат Алабама. Его компания была выбрана для восстановления резервуара для воды времен Второй мировой войны с трещинами шириной до 1/8 дюйма.

Полиуретаны гибкие, быстросохнущие и прочные.

«Из резервуара терялось значительное количество очищенной питьевой воды, что обходится дорого», — говорит Берджесс.Они выбрали VersaFlex AquaVers 405, который одобрен ANSI / NSF 61.5 и соответствует требованиям к питьевой воде.

Первым шагом было слить воду из бака и промыть стены под давлением. Все трещины шириной более 1/8 дюйма были заделаны ремонтным раствором для бетона, затем загрунтованы и, наконец, покрыты полимочевинным покрытием толщиной 80-100 мил. Срок службы продукта составил 75 лет компанией Bechtel Engineering в рамках проекта строительства туннеля в Бостоне «Big Dig».

Другие компании также предлагают покрытия резервуаров из полимочевины. Например, Hi-Chem от Rhino Lining обеспечивает отличную коррозионную стойкость и не портится от большинства химических воздействий и идеально подходит для очистных сооружений.Их серия продуктов Pipeliner разработана в соответствии со стандартом питьевой воды NSF / ANSI 61 и обладает отличной гибкостью, чтобы противостоять ударам и истиранию.

Цементные покрытия

Для бетонных резервуаров возможно применение цементных покрытий. Многие из них созданы с использованием технологии кристаллической гидроизоляции, которая придает покрытию способность «самозажживать» микротрещины. Эти покрытия наносятся с большей толщиной, чем эпоксидные или полимочевинные; Обычно от 1/4 ″ до 5/8 ″.

Покрытия резервуаров могут быть прибыльными, но работа требует особого внимания к безопасности и ограниченному пространству / ограниченному доступу.

W.R. Meadows Cem-Kote Flex — это модифицированная полимером цементная мембрана, которую можно наносить кистью или распылительным оборудованием для более крупных работ. Хотя это покрытие не такое гибкое, как полимочевина, оно обеспечивает отличную адгезию и может наноситься на влажный (или даже полностью водонасыщенный) бетон. Армирующая ткань придает материалу характеристики перекрытия трещин и гибкости.

Заключение

Строительство и ремонт резервуаров для воды имеет значительный потенциал для гидроизоляционной промышленности. Согласно отраслевым источникам, муниципальному сектору водоснабжения и водоотведения США необходимо будет инвестировать 260 миллиардов долларов в течение следующих 20 лет, чтобы удовлетворить ожидаемый спрос.

Финч говорит: «Для контроля коррозии резервуаров для хранения питьевой воды доступен совершенно новый вид систем защитных покрытий. Эти новые системы включают эпоксидные смолы на водной основе, акриловые смолы, мастики, а также эпоксидные смолы и уретаны с высоким содержанием твердых частиц.Некоторые из этих покрытий лучше подходят для новых резервуаров, в то время как другие демонстрируют превосходную адгезию к существующим покрытиям. Ключом к достижению эффективного контроля коррозии является определение системы покрытия с правильными свойствами для конкретных условий резервуара ».

Puretec Промышленная вода | Что такое обратный осмос?

Обратный осмос — это технология, которая используется для удаления большого количества загрязняющих веществ из воды путем проталкивания воды под давлением через полупроницаемую мембрану.

Эта статья предназначена для аудитории, которая практически не имеет опыта работы с водой обратного осмоса и попытается объяснить основы простыми словами, которые должны дать читателю лучшее общее представление о технологии воды обратного осмоса и ее применениях. .

В этой статье рассматриваются следующие темы:

1. Что такое осмос и вода обратного осмоса
2. Как работает обратный осмос (RO)?
3. Какие загрязнения удаляет обратный осмос (RO)?
4. Расчет производительности и конструкции систем обратного осмоса (RO)
   1. Отказ от соли%
   2. Солевой проход%
   3. Восстановление %
   4. Фактор концентрации
   5. Скорость потока
   6. Баланс массы
5. Понимание разницы между проходами и ступенями в системе обратного осмоса (RO)
   1. 1 этап против двухступенчатой ​​системы обратного осмоса (RO)
   2. Множество
   3. Система обратного осмоса (RO) с рециркуляцией концентрата
   4. Однопроходная и двухходовая системы обратного осмоса (RO)
6. Предварительная обработка обратного осмоса (RO)
   1. Обрастание
   2. Масштабирование
   3. Химическая атака
   4. Механическое повреждение
7. Решения для предварительной обработки обратного осмоса (RO)
   1. Мультимедийная фильтрация
   2. Микрофильтрация
   3. Антискаланты и ингибиторы образования накипи
   4. Умягчение ионным обменом
   5. Бисульфит натрия (SBS) для инъекций
   6. Гранулированный активированный уголь (GAC)
8. Тенденции производительности обратного осмоса (RO) и нормализация данных
9. Очистка мембран обратным осмосом (RO)
10. Резюме

Что такое обратный осмос

Обратный осмос , обычно называемый RO , представляет собой процесс, в котором вы деминерализуете или деионизируете воду, проталкивая ее под давлением через полупроницаемую мембрану обратного осмоса.

Осмос

Чтобы понять цель и процесс обратного осмоса, вы должны сначала понять естественный процесс осмоса .

Осмос — это естественное явление и один из важнейших процессов в природе. Это процесс, при котором более слабый солевой раствор имеет тенденцию переходить в крепкий солевой раствор. Примеры осмоса — это когда корни растений поглощают воду из почвы, а наши почки поглощают воду из нашей крови.

Ниже представлена ​​диаграмма, показывающая, как работает осмос. Раствор с меньшей концентрацией будет иметь естественную тенденцию переходить в раствор с более высокой концентрацией. Например, если у вас есть контейнер, полный воды с низкой концентрацией соли, и другой контейнер, полный воды с высокой концентрацией соли, и они разделены полупроницаемой мембраной, тогда вода с более низкой концентрацией соли начнет мигрировать. в сторону емкости с водой с более высокой концентрацией соли.

Полупроницаемая мембрана — это мембрана, которая пропускает одни атомы или молекулы, но не пропускает другие. Простой пример — дверь-ширма. Он позволяет молекулам воздуха проходить сквозь него, но не вредителям или чему-либо большему, чем отверстия в дверце экрана. Другой пример — ткань для одежды Gore-tex, содержащая чрезвычайно тонкую пластиковую пленку, в которой вырезаны миллиарды мелких пор. Поры достаточно велики, чтобы пропускать водяной пар, но достаточно малы, чтобы препятствовать прохождению жидкой воды.

Обратный осмос — это процесс обратного осмоса . В то время как осмос происходит естественным образом без необходимости в энергии, чтобы обратить процесс осмоса вспять, вам необходимо приложить энергию к более солевому раствору. Мембрана обратного осмоса — это полупроницаемая мембрана, которая позволяет проходить молекулам воды, но не большинству растворенных солей, органических веществ, бактерий и пирогенов. Однако вам необходимо «протолкнуть» воду через мембрану обратного осмоса, применяя давление, превышающее естественное осмотическое давление, чтобы опреснить (деминерализовать или деионизировать) воду в процессе, пропуская чистую воду, удерживая при этом большую часть. загрязняющих веществ.

Ниже представлена ​​диаграмма, описывающая процесс обратного осмоса. Когда к концентрированному раствору прикладывается давление, молекулы воды выталкиваются через полупроницаемую мембрану, и загрязнения не пропускаются.

Как работает обратный осмос?

Обратный осмос работает за счет использования насоса высокого давления для увеличения давления на солевой стороне обратного осмоса и проталкивания воды через полупроницаемую обратную мембрану, оставляя почти все (от 95% до 99%) растворенных солей в воде. отклонить поток.Необходимое давление зависит от концентрации соли в исходной воде. Чем более концентрирована исходная вода, тем большее давление требуется для преодоления осмотического давления.

Опресненная вода, которая является деминерализованной или деионизированной, называется пермеатной (или продуктивной) водой. Водяной поток, который несет концентрированные загрязнения, которые не прошли через мембрану обратного осмоса, называется потоком отбракованных (или концентрированных).

Когда исходная вода входит в мембрану обратного осмоса под давлением (давление, достаточное для преодоления осмотического давления), молекулы воды проходят через полупроницаемую мембрану, а соли и другие загрязнители не могут проходить и выводятся через сбросной поток (также известный в виде потока концентрата или рассола), который идет в канализацию или может быть возвращен в систему подачи питательной воды в некоторых случаях для повторного использования через систему обратного осмоса для экономии воды.Вода, которая проходит через мембрану обратного осмоса, называется пермеатом или водой-продуктом, и обычно из нее удаляется от 95% до 99% растворенных солей.

Важно понимать, что в системе обратного осмоса используется перекрестная фильтрация, а не стандартная фильтрация, при которой загрязнения собираются внутри фильтрующего материала. При перекрестной фильтрации раствор проходит через фильтр или пересекает фильтр с двумя выходами: фильтрованная вода идет в одну сторону, а загрязненная вода идет в другую сторону.Чтобы избежать накопления загрязняющих веществ, фильтрация с поперечным потоком позволяет воде сметать накопившиеся загрязнения, а также обеспечивает достаточную турбулентность для поддержания чистоты поверхности мембраны.

Какие загрязняющие вещества обратный осмос удалит из воды?

Обратный осмос способен удалять до 99% + растворенных солей (ионов), частиц, коллоидов, органических веществ, бактерий и пирогенов из питательной воды (хотя не следует полагаться на систему обратного осмоса для удаления 100% бактерий и вирусы).Мембрана обратного осмоса задерживает загрязнения в зависимости от их размера и заряда. Любое загрязняющее вещество с молекулярной массой более 200, вероятно, отторгается правильно работающей системой обратного осмоса (для сравнения молекулярная масса молекулы воды составляет 18). Точно так же, чем больше ионный заряд загрязнителя, тем более вероятно, что он не сможет пройти через мембрану обратного осмоса. Например, ион натрия имеет только один заряд (одновалентный) и не отторгается RO мембраной, как, например, кальций, который имеет два заряда.Аналогичным образом, именно поэтому система обратного осмоса не очень хорошо удаляет газы, такие как CO2, потому что они не сильно ионизируются (заряжаются) в растворе и имеют очень низкий молекулярный вес. Поскольку система обратного осмоса не удаляет газы, пермеатная вода может иметь уровень pH немного ниже, чем обычно, в зависимости от уровней CO2 в исходной воде, поскольку CO2 преобразуется в угольную кислоту.

Обратный осмос очень эффективен при очистке солоноватых, поверхностных и грунтовых вод как для больших, так и для малых потоков.Некоторые примеры отраслей, в которых используется вода обратного осмоса, включают фармацевтическую промышленность, питательную воду для котлов, продукты питания и напитки, отделку металлов и производство полупроводников и многие другие.

Расчетные характеристики и расчетные характеристики обратного осмоса

Есть несколько расчетов, которые используются для оценки производительности системы обратного осмоса, а также для конструктивных соображений. В системе обратного осмоса есть приборы, которые отображают качество, расход, давление, а иногда и другие данные, такие как температура или часы работы.Чтобы точно измерить производительность системы обратного осмоса, вам потребуются как минимум следующие рабочие параметры:

• Давление подачи
• Давление пермеата
• Давление концентрата
• Проводимость корма
• Проводимость пермеата
• Поток сырья
• Поток пермеата
• Температура

Отказ от соли%


Это уравнение показывает, насколько эффективно мембраны обратного осмоса удаляют загрязнения.Он не говорит вам, как работает каждая отдельная мембрана, а скорее как система в целом работает. Хорошо спроектированная система обратного осмоса с правильно функционирующими мембранами обратного осмоса будет отбрасывать от 95% до 99% большинства загрязняющих веществ в питательной воде (которые имеют определенный размер и заряд). Вы можете определить, насколько эффективно мембраны обратного осмоса удаляют загрязнения, используя следующее уравнение:

Отклонение соли% =	Электропроводность питательной воды — Электропроводность пермеатной воды	× 100
	Электропроводность сырья

Чем выше отвод соли, тем лучше работает система.Низкое отторжение соли может означать, что мембраны требуют очистки или замены.

Солевой проход%


Это просто обратная процедура удаления соли, описанная в предыдущем уравнении. Это количество солей, выраженное в процентах, которые проходят через систему обратного осмоса. Чем ниже солевой канал, тем лучше работает система. Высокий уровень прохождения соли может означать, что мембраны требуют очистки или замены.

Прохождение соли% = (1 -% отклонения соли)

Восстановление %


Процент извлечения — это количество воды, которое «извлекается» как хорошая пермеатная вода.Другой способ думать о процентном извлечении — это количество воды, которое не отправляется в дренаж в виде концентрата, а собирается в виде пермеата или воды в виде продукта. Более высокий процент извлечения означает, что вы отправляете меньше воды в дренаж в виде концентрата и экономите больше пермеата. Однако, если процент извлечения слишком высок для конструкции обратного осмоса, это может привести к более серьезным проблемам из-за образования накипи и засорения. % Извлечения для системы обратного осмоса устанавливается с помощью программного обеспечения для проектирования с учетом множества факторов, таких как химический состав питательной воды и предварительная обработка обратным осмосом перед системой обратного осмоса.Следовательно, правильный процент извлечения, при котором должен работать RO, зависит от того, для чего он был разработан. Рассчитав процент извлечения, вы можете быстро определить, работает ли система не по назначению. Расчет% извлечения ниже:

% Извлечение =	Скорость потока пермеата (галлонов в минуту)	× 100
	Скорость подачи (галлонов в минуту)

Например, если степень извлечения составляет 75%, это означает, что на каждые 100 галлонов питательной воды, попадающей в систему обратного осмоса, вы получаете 75 галлонов пригодной для использования пермеатной воды и 25 галлонов утечки в виде концентрата.Промышленные системы обратного осмоса обычно имеют степень извлечения от 50% до 85% в зависимости от характеристик питательной воды и других проектных соображений.

Фактор концентрации


Коэффициент концентрации связан с восстановлением системы обратного осмоса и является важным уравнением при проектировании системы обратного осмоса. Чем больше воды вы извлекаете в виде пермеата (чем выше процент извлечения), тем больше концентрированных солей и загрязняющих веществ вы собираете в потоке концентрата. Это может привести к более высокому потенциалу образования накипи на поверхности мембраны обратного осмоса, когда коэффициент концентрации слишком высок для конструкции системы и состава питательной воды.

Коэффициент концентрации =	1
	1 — Извлечение%

Концепция не отличается от котла или градирни. У них обоих есть очищенная вода, выходящая из системы (пар), и в конечном итоге остается концентрированный раствор. По мере увеличения степени концентрации могут быть превышены пределы растворимости и осаждение на поверхности оборудования в виде накипи.

Например, если ваш поток подачи составляет 100 галлонов в минуту, а поток пермеата составляет 75 галлонов в минуту, то извлечение будет (75/100) x 100 = 75%. Чтобы найти коэффициент концентрации, формула должна быть 1 ÷ (1-75%) = 4.

Коэффициент концентрации 4 означает, что вода, поступающая в поток концентрата, будет в 4 раза более концентрированной, чем исходная вода. Если исходная вода в этом примере составляла 500 частей на миллион, тогда поток концентрата был бы 500 x 4 = 2000 частей на миллион.

Поток


Gfd =	галлонов в минуту пермеата × 1440 мин / день
	Количество элементов RO в системе × площадь каждого элемента RO

Например, у вас есть следующее:

Система обратного осмоса производит 75 галлонов пермеата в минуту.У вас есть 3 сосуда обратного осмоса, и каждый сосуд содержит 6 мембран обратного осмоса. Таким образом, у вас всего 3 х 6 = 18 мембран. В системе обратного осмоса используется мембрана Dow Filmtec BW30-365. Этот тип мембраны (или элемента) обратного осмоса имеет площадь поверхности 365 квадратных футов.

Чтобы найти поток (Gfd):

Gfd =	75 галлонов в минуту × 1440 мин / день	=	108 000
	18 элементов × 365 кв. Футов		6 570

Поток 16 Гсф.

Это означает, что 16 галлонов воды проходит через каждый квадратный фут каждой мембраны обратного осмоса в день. Это число может быть хорошим или плохим в зависимости от типа химического состава питательной воды и конструкции системы. Ниже приводится общее практическое правило для диапазонов потоков для различных источников воды, которые можно лучше определить с помощью программного обеспечения для проектирования обратного осмоса. Если бы вы использовали мембраны обратного осмоса Dow Filmtec LE-440i в приведенном выше примере, то поток был бы 14. Поэтому важно учитывать, какой тип мембраны используется, и стараться поддерживать тип мембраны одинаковым во всей системе. .

Источник питательной воды	Gfd
Сточные воды	5-10
Морская вода	8–12
Солоноватоводные поверхностные воды	10-14
Солоноватая колодезная вода	14–18
Пермеат обратного осмоса Вода	20-30

Баланс массы


Уравнение массового баланса используется для определения того, правильно ли показывает ваш расходомер и приборы контроля качества или требует калибровки.Если ваши приборы не считывают правильно, то собираемые вами данные о производительности бесполезны. Для выполнения расчета массового баланса вам потребуется собрать следующие данные из системы обратного осмоса:

1. Скорость подачи (галлонов в минуту)
2. Расход пермеата (галлонов в минуту)
3. Расход концентрата (галлонов в минуту)
4. Проводимость сырья (мкСм)
5. Проводимость пермеата (мкСм)
6. Концентрат Проводимость (мкСм)

Уравнение баланса массы:

(Расход исходного материала ¹ x проводимость исходного материала) = (расход пермеата x проводимость пермеата)
+ (расход концентрата x проводимость концентрата)

¹ Поток исходного материала равен потоку пермеата + потоку концентрата

Например, если вы собрали следующие данные из системы обратного осмотра:

Тогда уравнение баланса масс будет:

(7 x 500) = (5 x 10) + (2 x 1200)

3,500 ≠ 2,450

Затем найдите разницу

(разница / сумма) x 100

((3500 — 2450) / (3500 + 2450)) x 100

= 18%

Разница в +/- 5% допустима.Обычно достаточно разницы от +/- 5% до 10%. Разница в> +/- 10% недопустима, и требуется калибровка оборудования обратного осмоса, чтобы гарантировать, что вы собираете полезные данные. В приведенном выше примере уравнение баланса массы обратного осмоса выходит за пределы допустимого диапазона и требует внимания.

Система обратного осмоса (RO): понимание разницы между проходами и стадиями в системе обратного осмоса (RO)

Термины этап и этап часто ошибочно принимают за одно и то же в системе обратного осмотра и могут сбивать с толку терминологию оператора обратного осмотра.Важно понимать разницу между 1 и 2 этапами RO и 1 и 2 проходами RO.

Разница между одно- и двухступенчатой ​​системой обратного осмоса

В одноступенчатой ​​системе обратного осмоса питательная вода входит в систему обратного осмоса одним потоком и выходит из системы обратного осмоса в виде концентрата или пермеата.

В двухступенчатой ​​системе концентрат (или отходы) с первой ступени затем становится питательной водой для второй ступени. Пермеатная вода, собираемая с первой ступени, объединяется с пермеатной водой со второй ступени.Дополнительные этапы увеличивают выход из системы.

Множество

В системе обратного осмоса матрица описывает физическое расположение сосудов под давлением в двухступенчатой ​​системе. Сосуды высокого давления содержат мембраны обратного осмоса (обычно в сосуде высокого давления находится от 1 до 6 мембран обратного осмоса). На каждой ступени может быть определенное количество сосудов высокого давления с мембранами обратного осмоса. Затем отбраковка каждой ступени становится потоком сырья для следующей последующей ступени.Двухступенчатая система обратного осмоса, показанная на предыдущей странице, представляет собой массив 2: 1, что означает, что концентрат (или отбраковка) из первых 2 сосудов обратного осмоса подается в следующий 1 сосуд.

Система обратного осмоса с рециркуляцией концентрата

С системой обратного осмоса, которая не может быть установлена ​​должным образом, и химический состав питательной воды позволяет это, можно использовать установку рециркуляции концентрата, в которой часть потока концентрата возвращается обратно в питательную воду на первую ступень, чтобы помочь увеличить восстановление системы.

Однопроходный обратный осмос против двухпроходного обратного осмоса

Подумайте о проходе как об отдельной системе обратного осмоса. Имея это в виду, разница между однопроходной системой обратного осмоса и двухпроходной системой обратного осмоса заключается в том, что при двухпроходной системе обратного осмоса пермеат из первого прохода становится питательной водой для второго прохода (или второго обратного осмоса), что в итоге дает пермеат гораздо более высокого качества, потому что он прошел через две системы обратного осмоса.

Помимо получения пермеата гораздо более высокого качества, двухпроходная система также позволяет удалять газообразный диоксид углерода из пермеата путем нагнетания щелочи между первым и вторым проходами.Использование CO 2 нежелательно, если после обратного осмоса используются слои ионообменной смолы со смешанным слоем. Добавляя щелочь после первого прохода, вы увеличиваете pH воды пермеата первого прохода и превращаете C02 в бикарбонат (HCO3-) и карбонат (CO3-2) для лучшего отвода мембранами обратного осмоса во втором проходе. Это невозможно сделать с помощью однопроходного обратного осмоса, потому что введение каустика и образующегося карбоната (CO3-2) в присутствии катионов, таких как кальций, вызовет образование накипи на мембранах обратного осмоса.

Предварительная обработка обратного осмоса

Надлежащая предварительная обработка с использованием как механической, так и химической обработки имеет решающее значение для системы обратного осмоса, чтобы предотвратить загрязнение, образование накипи и дорогостоящий преждевременный выход из строя мембраны обратного осмоса, а также необходимость частой очистки.Ниже приводится краткое изложение общих проблем, с которыми сталкивается система обратного осмоса из-за отсутствия надлежащей предварительной обработки.

Обрастание

Загрязнение происходит, когда на поверхности мембраны накапливаются загрязнения, которые эффективно закупоривают мембрану. В муниципальной питательной воде много загрязнителей, которые не видны человеческому глазу и безвредны для потребления человеком, но достаточно велики, чтобы быстро загрязнить (или закупорить) систему обратного осмоса. Загрязнение обычно происходит в передней части системы обратного осмоса и приводит к более высокому перепаду давления в системе обратного осмоса и более низкому потоку пермеата.Это приводит к более высоким эксплуатационным расходам и, в конечном итоге, к необходимости очистки или замены мембран обратного осмоса. В конечном итоге засорение в некоторой степени произойдет, учитывая очень мелкие поры в мембране обратного осмоса, независимо от того, насколько эффективен ваш график предварительной обработки и очистки. Однако, имея надлежащую предварительную обработку, вы сводите к минимуму необходимость решать проблемы, связанные с обрастанием, на регулярной основе.

Загрязнение может быть вызвано следующими причинами:

1. Твердые или коллоидные вещества (грязь, ил, глина и т. Д.))
2. Органические вещества (гуминовые / фульвокислоты и т. Д.)
3. Микроорганизмы (бактерии и др.). Бактерии представляют собой одну из наиболее распространенных проблем загрязнения, так как мембраны обратного осмоса, используемые сегодня, не переносят дезинфицирующих средств, таких как хлор, и поэтому микроорганизмы часто могут размножаться на поверхности мембраны. Они могут образовывать биопленки, которые покрывают поверхность мембраны и приводят к сильному загрязнению.
4. Прорыв фильтрующего материала перед установкой обратного осмоса.В угольных слоях GAC и в слоях умягчителя может образоваться утечка из-под дренажа, и если на месте не будет надлежащей последующей фильтрации, среда может засорить систему обратного осмоса.

Выполняя аналитические тесты, вы можете определить, имеет ли вода, подаваемая в ваш обратный осмос, высокий потенциал загрязнения. Для предотвращения загрязнения системы обратного осмоса используются методы механической фильтрации. Самыми популярными методами предотвращения загрязнения являются использование мультимедийных фильтров (MMF) или микрофильтрация (MF). В некоторых случаях картриджной фильтрации будет достаточно.

Масштабирование

По мере того, как некоторые растворенные (неорганические) соединения становятся более концентрированными (помните обсуждение коэффициента концентрации), может происходить образование накипи, если эти соединения превышают пределы своей растворимости и осаждаются на поверхности мембраны в виде отложений. Результатами масштабирования являются более высокий перепад давления в системе, более высокий проход соли (меньшее отталкивание соли), низкий поток пермеата и более низкое качество пермеатной воды. Примером обычных отложений, которые имеют тенденцию образовываться на мембране обратного осмоса, является карбонат кальция (CaCO3).

Химическая атака

Современные тонкопленочные композитные мембраны не устойчивы к хлору и хлораминам. Окислители, такие как хлор, «прожигают» дыры в порах мембраны и могут нанести непоправимый ущерб. Результатом химического воздействия на мембрану обратного осмоса является более высокий поток пермеата и более высокий проход соли (пермеат более низкого качества). Вот почему рост микроорганизмов на мембранах обратного осмоса имеет тенденцию так легко загрязнять мембраны обратного осмоса, поскольку нет биоцида, препятствующего их росту.

Механическое повреждение

Частью схемы предварительной обработки должны быть водопровод и контроль системы обратного осмоса до и после. Если произойдет «жесткий запуск», возможно механическое повреждение мембран. Аналогичным образом, если в системе обратного осмоса слишком большое противодавление, то также может произойти механическое повреждение мембран обратного осмоса. Эти проблемы могут быть решены путем использования двигателей с частотно-регулируемым приводом для запуска насосов высокого давления для систем обратного осмоса и путем установки обратного клапана (ов) и / или предохранительных клапанов для предотвращения чрезмерного обратного давления на установку обратного осмоса, которое может вызвать необратимое повреждение мембраны.

Растворы для предварительной обработки

Ниже приведены некоторые решения по предварительной обработке для систем обратного осмоса, которые могут помочь минимизировать загрязнение, образование накипи и химическое воздействие.

Мультимедийная фильтрация (MMF)

Мультимедийный фильтр используется для предотвращения загрязнения системы обратного осмоса. Мультимедийный фильтр обычно содержит три слоя материала, состоящего из антрацитового угля, песка и граната, с поддерживающим слоем гравия на дне.Эти носители лучше всего подходят из-за различий в размере и плотности. Более крупный (но более легкий) антрацитовый уголь будет наверху, а более тяжелый (но меньший) гранат останется внизу. Расположение фильтрующего материала позволяет удалять самые крупные частицы грязи в верхней части слоя материала, при этом более мелкие частицы грязи задерживаются все глубже и глубже в среде. Это позволяет всему слою действовать как фильтр, что позволяет значительно увеличить время работы фильтра между обратной промывкой и более эффективным удалением твердых частиц.

Хорошо управляемый мультимедийный фильтр может удалять частицы размером до 15-20 микрон. Мультимедийный фильтр, в котором используется добавка коагулянта (который заставляет крошечные частицы соединяться вместе с образованием частиц, достаточно больших для фильтрации), может удалять частицы размером до 5-10 микрон. Для сравнения: ширина человеческого волоса составляет около 50 микрон.

Мультимедийный фильтр рекомендуется, когда значение индекса плотности ила (SDI) больше 3 или когда мутность больше 0.2 NTU. Точного правила нет, но следует соблюдать приведенные выше рекомендации, чтобы предотвратить преждевременное загрязнение мембран обратного осмоса.

Важно установить картриджный фильтр 5 микрон непосредственно после блока MMF на тот случай, если нижний дренаж MMF выйдет из строя. Это предотвратит повреждение насосов, расположенных ниже по потоку, и засорение системы обратного осмоса MMF.

Микрофильтрация (MF)

Микрофильтрация (MF) эффективна при удалении коллоидных и бактериальных веществ и имеет размер пор всего 0.1-10 мкм. Микрофильтрация помогает снизить вероятность загрязнения установки обратного осмоса. Конфигурация мембраны может быть разной у разных производителей, но чаще всего используется тип «полое волокно». Обычно вода перекачивается с внешней стороны волокон, а чистая вода собирается с внутренней стороны волокон. Мембраны для микрофильтрации, используемые в системах питьевой воды, обычно работают в «тупиковом» потоке. В тупиковом потоке вся вода, подаваемая на мембрану, фильтруется через мембрану.Образуется осадок на фильтре, который необходимо периодически отмывать от поверхности мембраны. Степень извлечения обычно превышает 90 процентов для источников питательной воды, которые имеют довольно высокое качество и низкую мутность.

Антискаланты и ингибиторы образования накипи

Антискаланты и ингибиторы образования накипи, как следует из их названия, представляют собой химические вещества, которые можно добавлять в питательную воду перед установкой обратного осмоса, чтобы помочь снизить потенциал образования накипи в питательной воде. Антискаланты и ингибиторы образования накипи увеличивают пределы растворимости проблемных неорганических соединений.Увеличивая пределы растворимости, вы можете концентрировать соли дальше, чем это было бы возможно в противном случае, и, следовательно, достичь более высокой скорости извлечения и работать с более высоким коэффициентом концентрации. Антискаланты и ингибиторы образования накипи препятствуют образованию накипи и росту кристаллов. Выбор антискаланта или ингибитора образования накипи и правильная дозировка зависят от химического состава питательной воды и конструкции системы обратного осмоса.

Умягчение ионным обменом

Смягчитель воды может использоваться для предотвращения образования накипи в системе обратного осмоса путем обмена ионов, образующих накипь, на ионы, не образующие накипи.Как и в случае с блоком MMF, важно установить картриджный фильтр 5 микрон непосредственно после устройства для смягчения воды на тот случай, если нижний дренаж смягчителя выйдет из строя.

Бисульфит натрия (SBS) для инъекций

Добавляя бисульфит натрия (SBS или SMBS), который является восстановителем, в поток воды перед обратным обратным осмосом в соответствующей дозе, вы можете удалить остаточный хлор.

Гранулированный активированный уголь (GAC)

GAC используется как для удаления органических компонентов, так и остаточных дезинфицирующих средств (таких как хлор и хлорамины) из воды.Носители GAC изготавливаются из угля, ореховой скорлупы или дерева. Активированный уголь удаляет остаточный хлор и хлорамины с помощью химической реакции, которая включает перенос электронов с поверхности ГАУ на остаточный хлор или хлорамины. Хлор или хлорамины превращаются в хлорид-ион, который больше не является окислителем.

Недостатком использования GAC перед установкой обратного осмоса является то, что GAC быстро удаляет хлор в самом верху слоя GAC. Это оставит остаток слоя GAC без какого-либо биоцида для уничтожения микроорганизмов.Слой GAC будет поглощать органические вещества по всему слою, которые являются потенциальной пищей для бактерий, поэтому в конечном итоге слой GAC может стать питательной средой для роста бактерий, которые могут легко перейти к мембранам обратного осмоса. Аналогичным образом, слой GAC может производить очень маленькие углеродные частицы при некоторых обстоятельствах, которые могут привести к загрязнению RO.

Анализ тенденций и нормализация данных RO

Мембраны обратного осмоса являются сердцем системы обратного осмоса, и необходимо собрать определенные данные, чтобы определить состояние мембран обратного осмоса.Эти точки данных включают давление в системе, потоки, качество и температуру. Температура воды прямо пропорциональна давлению. По мере снижения температуры воды она становится более вязкой, и поток пермеата обратного осмоса будет падать, поскольку для проталкивания воды через мембрану требуется большее давление. Аналогичным образом, когда температура воды увеличивается, поток пермеата обратного осмоса увеличивается. В результате данные о производительности системы обратного осмоса должны быть нормализованы, чтобы изменения потока не интерпретировались как ненормальные при отсутствии проблем.Нормализованные потоки, давления и задержка солей должны быть рассчитаны, нанесены на график и сопоставлены с базовыми данными (когда RO был введен в эксплуатацию или после того, как мембраны были очищены или заменены), чтобы помочь устранить любые проблемы, а также определить, когда чистить или проверять мембраны повреждать. Нормализация данных помогает отобразить истинную производительность мембран обратного осмоса. Как правило, когда нормализованное изменение составляет +/- 15% от исходных данных, вам необходимо принять меры. Если вы не следуете этому правилу, то очистка мембран обратного осмоса может оказаться не очень эффективной для приведения мембран к почти новым характеристикам.

Очистка мембраны обратного осмоса

Мембраны обратного осмоса

неизбежно потребуют периодической очистки от 1 до 4 раз в год в зависимости от качества питательной воды. Как правило, если нормализованный перепад давления или нормализованный проход соли увеличился на 15%, то пора очистить мембраны обратного осмоса. Если нормализованный поток пермеата снизился на 15%, то также пора очистить мембраны обратного осмоса. Вы можете очистить мембраны обратного осмоса на месте или попросить их удалить из системы обратного осмоса и очистить за пределами объекта в сервисной компании, которая специализируется на этой услуге.Было доказано, что очистка мембран за пределами площадки более эффективна для обеспечения лучшей очистки, чем очистка салазок на месте.

Очистка мембраны

RO включает очистители с низким и высоким pH для удаления загрязнений с мембраны. Накипь устраняется с помощью очистителей с низким pH и органических веществ, коллоидные и биообрастающие вещества обрабатываются очистителем с высоким pH. Очистка мембран обратного осмоса — это не только использование соответствующих химикатов. Есть много других факторов, таких как потоки, температура и качество воды, правильно спроектированные и рассчитанные на очистные устройства и многие другие факторы, которые должна учитывать опытная сервисная группа, чтобы должным образом очистить мембраны обратного осмоса.

Обратный осмос: Резюме

Обратный осмос — это эффективная и проверенная технология производства воды, которая подходит для многих промышленных применений, требующих деминерализованной или деионизированной воды. Дальнейшая постобработка после системы обратного осмоса, такая как деионизация в смешанном слое, может повысить качество пермеата обратного осмоса и сделать его пригодным для самых требовательных применений.