Перспективы использования мембранной технологии очистки воды на тепловых электростанциях

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_

С точки зрения технологических возможностей различают мембраны для ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса. В этом ряду размер пор уменьшается, а рабочее давление растет [2].

Ультрафильтрационные мембраны имеют наиболее крупные поры диаметром от 1 до 0,05 микрон (1 мкм=10-6 м) и работают обычно при давлениях 2-5 бар. Они применяются, например, для доочистки питьевой водопроводной воды от коллоидных и высокомолекулярных загрязнений, если не требуется корректировка ее солевого состава.

Нанофильтрационные элементы (поры 5-50 нм, или 0,05-0,005 мкм) используют для умягчения воды с повышенной жесткостью, для удаления ионов тяжелых металлов и хлороорганики. Одновалентные ионы, такие как Na, K, Cl, NO3 задерживаются слабо - в среднем не более 10-30%. Рабочее давление нанофильтрации обычно не превышает 5-7 бар.

Обратноосмотические мембраны имеют поры диаметром менее 10 нанометров (менее 0,01 мкм), работают при давлениях до 100 бар и позволяют осуществлять глубокое обессоливание, или деминерализацию. Обратный осмос применяют для получения сверхчистой воды для производственных нужд, а также для опреснения морской и солоноватых подземных вод, причем степень обессоливания (селективность) составляет обычно не менее 92-97%.

Мембраны могут иметь различную геометрическую форму: трубчатые, половолоконные и плоские. Трубчатые мембраны представляют собой трубки диаметром от нескольких миллиметров до 1-2 см, изготовленные из пористого материала, например керамики. Мембраны в виде полых волокон тоже имеют трубчатую форму, но их диаметр составляет обычно от 0,1 до 0,5 мм. Из-за такого малого размера в единицу объема фильтровального аппарата можно поместить огромное количество волокон, и их суммарная рабочая поверхность будет в десятки раз выше, чем у трубчатых мембран большого диаметра. Плоские мембраны производят в виде пленок, как правило, тонкопленочные композитные, то есть многослойные, причем каждый слой изготавливается из разных химических соединений [3].

Список использованной литературы:

1. Подготовка подпиточной воды теплосети методом микрофильтрации на казанской ТЭЦ-2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3024.

2. Мембранные технологии очистки воды. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://crystal-company.ru/membrane_technology.html.

3. Мембранные методы очистки воды. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www .sibai.ru/membrannyie -metodyi -ochistki-vodyi.html.

© Гафуров Н.М., Кувшинов Н.Е., 2016

УДК 66.081.6

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

Н.Е. Кувшинов

магистрант 1 курса института теплоэнергетики, кафедры «КУПГ» Казанский государственный энергетический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОДЫ НА

ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Аннотация

В статье рассматриваются перспективы использования мембранной технологии очистки воды на тепловых электростанциях.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_

Ключевые слова

Водоподготовка, очистка воды, обессоливание, мембранные технологии

Энергетическая отрасль является крупнейшим средоточием водоподготовительных установок большой производительности. На сегодняшний день на каждом крупном объекте теплоэнергетики задействовано от одной и более установок различных технологий подготовки питательной воды для энергетических котлов.

Общепринятой в энергетике технологической схемой предварительной очистки воды является традиционная технология: коагуляция в осветлителях и доочистка на механических фильтрах с зернистой загрузкой. Существенным недостатком традиционной технологии является возможность выноса шлама из осветлителя при незначительных изменениях параметров процесса (расход, температура, дозы реагентов и др.). При этом увеличивается нагрузка на механические и ионитные фильтры, а также возможен проскок взвеси и, соответственно неудовлетворительное качество осветленной воды. Технология мембранной фильтрации по сравнению с традиционной технологией позволяет получить осветленную воду значительно лучшего качества по таким показателям как цветность, мутность, взвешенные вещества, окисляемость, железо [1].

Мембранные технологии очистки воды - перспективные технологии очистки. В основу мембранной технологии очистки воды заложен натуральный природный процесс фильтрации воды. Основной фильтрующий элемент установки - полупроницаемая мембрана.

Мембранные методы очистки воды классифицируются по размерам пор мембран в следующей последовательности [2]:

1) микрофильтрация воды - размер пор мембраны 0,1-1,0 мкм;

2) ультрафильтрация воды - размер пор мембраны 0,01-0,1 мкм;

3) нанофильтрация воды - размер пор мембраны 0,001-0,01 мкм;

4) обратный осмос - размер пор мембраны 0,0001 мкм.

Примеси, размер которых превышает размер пор мембраны, при фильтрации физически не могут проникнуть через мембрану.

Для обессоливания воды применяют различные методы: ионный обмен, дистилляция, обратный осмос и другие.

Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки. Ионный обмен требует большого реагентного хозяйства, хотя и является проверенным и надежным методом. Дистилляция требует больших энергетических ресурсов и экономически целесообразна при большом солесодержании исходной воды. Обратный осмос (обратноосмотическая мембрана) требует минимального количества реагентов, прост в эксплуатации и занимает небольшие площади. Недостатком обратного осмоса является большой расход воды на собственные нужды.

Наиболее целесообразно использовать комбинированный метод, в две стадии - на первой стадии основную часть солей удаляют при помощи технологии обратного осмоса, на второй - финишная очистка методом ионного обмена с противоточной регенерацией.

Мембранные методы имеют следующие преимущества: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на проведение процесса; разделение можно проводить при низких температурах воды, которые определяются свойствами мембраны; если исключить забивание мембран, процесс имеет непрерывный характер; их можно осуществлять без добавок химических реагентов; аппараты относительно просты и не имеют движущихся частей; количество энергии, необходимой для мембранных процессов не превышает 2,0 - 2,5 кВт-ч/м3 фильтрата [3].

Дополнительное преимущество обратного осмоса перед ионным обменом состоит в комплексном удалении загрязнений, в том числе органических, которые негативно влияют на ионообменные смолы и работу оборудования.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070

Несмотря на кажущуюся простоту процесса обратного осмоса и ультрафильтрации до настоящего времени нет единого взгляда на механизм перехода воды через мембрану. Существует несколько гипотез: гиперфильтрационная (ситовая), сорбционная, диффузионная, электростатическая и др. Список использованной литературы:

1. Новая химводоподготовка на Казанской ТЭЦ-2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www .tatgencom .ru/images/gencom/expo -2011/download/water_preparation_08.pdf.

2. Подготовка подпиточной воды теплосети методом микрофильтрации на казанской ТЭЦ-2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3024.

3. Новые мембранные методы внутрицикловой очистки воды. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://vunivere.ru/work24526.

© Гафуров Н.М., Кувшинов Н.Е., 2016

УДК 621.352

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

И.З. Багаутдинов

младший научный сотрудник научно-исслед. лаборатории госбюджетных НИР Казанский государственный энергетический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Аннотация

В статье рассматриваются общие сведения о топливных элементах и принципах их работы.

Ключевые слова

Топливный элемент, молекула водорода и кислорода, образование воды

Топливный элемент - это электрохимическое устройство преобразования энергии, которое за счет химической реакции преобразовывает водород и кислород в электричество. В результате этого процесса образуется вода и выделяется большое количество теплоты. Топливный элемент очень похож на аккумулятор, который можно зарядить и затем использовать накопленную электрическую энергию.

Изобретателем топливного элемента считают Вильяма Р. Грува, который изобрел его еще в 1839 г. В этом топливном элементе в качестве электролита использовался раствор серной кислоты, а в качестве топлива - водород, который соединялся с кислородом в среде окислителя. Следует отметить, что до недавнего времени топливные элементы использовались только в лабораториях и на космических аппаратах.

В перспективе топливные элементы смогут составить конкуренцию многим другим системам для преобразования энергии (включая газовую турбину на электростанциях) ДВС в автомобиле и электрическим батарейкам в портативных устройствах. Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо и используют давление, созданное расширением выделяющихся при сгорании газов, для выполнения механической работы. Аккумуляторные батареи хранят электрическую энергию, преобразовывая ее затем в химическую энергию, которая при необходимости может быть преобразована обратно в электрическую энергию. Потенциально топливные элементы очень эффективны. Еще в 1824 г. французский ученый Карно доказал, что циклы сжатия-расширения двигателя внутреннего сгорания не могут обеспечить КПД преобразования