🌊 Опреснительные станции SWRO

Модуль #236. Опреснительные станции на Каспии: МАЭК-Казатомпром Актау (50 000 м³/сутки питьевой воды), Карабогаз-Кулсары промышленная (Атырау), планируемые установки для Мангистау 5 млн м³/сутки. Технология SWRO (Seawater Reverse Osmosis) — мембранный обратный осмос Toray TM820V-440, рекуперация энергии ERI ERD (Energy Recovery Inc, экономия 60% эл-энергии), предочистка UF Toray HFU-2020, постобработка кальцинированием (CaCO₃) и хлорированием/УФ. СНиП 2.04.02, NSF 61, WHO Guidelines Drinking-Water, IDA Desalination Standards.

1. Технологическая цепочка SWRO

IDA + WHO Drinking-Water Guidelines:

Водозабор Open Intake (морской) или Beach Well (скважины под пляжем) — фильтр через грунт защита от водорослей.
Грубая очистка: сита 5-10 мм + барабанные фильтры 80 мкм (защита от ракушек, медуз, рыбы).
Предочистка флокуляция/коагуляция (FeCl₃ или Al₂(SO₄)₃) + DAF (Dissolved Air Flotation) — удаление взвесей и водорослей.
Тонкая фильтрация: UF (ультрафильтрация) мембраны Toray HFU-2020 (Ø1.3 мм половолоконные, 0.02 мкм отсечение).
SDI (Silt Density Index) измерение для контроля качества (требование <3 для SWRO).
Картриджные фильтры 5 мкм (Pall, 3M) — последняя ступень перед мембранами.
Антискалянт + дозирование биоцида (DBNPA) для защиты мембран.
SWRO membranes Toray TM820V-440 в напорных корпусах 8×40' Ø8" L=1м, рабочее давление 55-70 бар (TDS Каспий ~13 000 мг/л).
Energy Recovery ERI PX-300 ERD (Pressure Exchanger) — передача давления из концентрата (brine) в питательную воду.
Постобработка: декарбонизация CO₂, добавление CaCO₃ для минерализации (post-treatment), дозирование Cl₂ (или ClO₂) и УФ-обеззар.

Упражнение 1 — Технология для Каспия

Каспий: солёность TDS 13 000 мг/л (солоновато-морская, в 3× меньше Океана 35 000), t° летом до +30°C (риск засорения мембран биообрастанием), сильное ветровое волнение. Какая технология опреснения оптимальна?

MED (Multi-Effect Distillation) термическая — традиционно для солёной водыMSF (Multi-Stage Flash) — для крупных установок 50+ млн м³/суткиТолько UF без обратного осмоса — этого достаточно для солоноватой водыSWRO Seawater Reverse Osmosis + ERI Pressure Exchanger: 1) Водозабор Beach Well (защита от водорослей+штормов, естественная пред-фильтрация через песок); 2) Pre-treatment UF Toray HFU-2020 (надёжно, низкая SDI); 3) Two-pass SWRO с мембранами Toray TM820V-440 (1-pass для основной соли, 2-pass для дополнит. снижения NaCl); 4) Energy Recovery ERI PX-300 (КПД 96%, снижает удельный расход энергии с 4-5 кВт·ч/м³ до 2.5-3 кВт·ч/м³); 5) Anti-Scaling + биоцид DBNPA дозирование (защита от обрастания при +30°C); 6) Post-treatment кальцинирование CaCO₃ + хлор + УФ; 7) CIP (Cleaning-In-Place) каждые 3 мес кислотой (HCl 2%) + щёлочью (NaOH 2%) + биоцидом; 8) Управление SCADA Siemens PCS7 + контроль SDI/мутности/pH/Cl в режиме реального времени; 9) Brine (концентрат) сброс в море в 1 км от берега с диффузором на глубине 15 м (защита экосистемы); 10) IDA Desalination Standards + СНиП 2.04.02 + NSF 61 + WHO Drinking-Water Guidelines

Упражнение 2 — Кол-во мембран

Установка 100 000 м³/сутки питьевой воды. Производительность одной мембраны Toray TM820V-440 при t°=20°C, давлении 60 бар, TDS Каспия 13 000 мг/л — ~40 м³/сутки. Recovery rate 45% (т.е. 100 м³ морской → 45 м³ пресной). Сколько мембран нужно (с резервом +15% на замену/чистку)?

Q_питат = Q_продукт / recovery = 100000 / 0.45 = 222 222 м³/сутки
N_мембран = Q_продукт / производ. + резерв 15%
(для упрощения — расчёт от Q_продукт)

Подсказка: N = 100 000 / 40 = 2500 шт. + 15% резерв = ~2875 шт. (в корпусах 8×40' по 8 мембран в корпусе = 360 корпусов). Введите 36 (×100). С учётом 2-pass и резервных корпусов на чистку — реально 3600 мембран в установленных. Округление до 36 ×100 = 3600 мембран всего.

Упражнение 3 — Бюджет SWRO 100 000 м³/сутки

ССЦ + импорт: водозабор Beach Well 12 скважин × 200 м³/час + подающие трубопроводы — 8 млрд тг, пред-очистка: коагуляция/флок/DAF — 6 млрд тг, UF-станция Toray HFU-2020 (200 модулей × 250 м³/час) — 12 млрд тг, картриджные фильтры 5 мкм (200 корпусов) — 1.4 млрд тг, SWRO мембраны Toray TM820V-440 × 3600 шт + напорные корпуса (450 корпусов) + ВД-насосы 60 бар — 38 млрд тг, Energy Recovery ERI PX-300 × 24 единицы (экономия 60% эл-эн.) — 14 млрд тг, пост-обработка кальцинирование + хлор + УФ-обеззар. — 4.8 млрд тг, резервуары пресной воды 4 × РВС-5000 — 3.2 млрд тг, насосная подающая в город + магистральн. водопровод 8 км — 5.4 млрд тг, здание машзала 18 000 м² с климат-контролем — 12 млрд тг, энергоснабжение (ввод 110 кВ + ТП + резерв ДГУ 5 МВт) — 14 млрд тг, АСУ ТП Siemens PCS7 + SCADA + лаборатория ASTM/EPA — 6 млрд тг, диффузор сброса концентрата 2 км в море на глубине 15 м — 4 млрд тг, благоустройство + охрана + проектир. + ОВОС — 16.2 млрд тг. Стоимость?

Цель: ~145 млрд тг (допуск ±10%). 8+6+12+1.4+38+14+4.8+3.2+5.4+12+14+6+4+16.2 = 145 млрд тг. Удельная стоимость ~1.45 млн тг/(м³/сутки) ≈ $3200/(м³/сутки) — соответствует мировым SWRO-проектам (Sorek Израиль $3500, Carlsbad США $4000).

Упражнение 4 — Сброс концентрата (brine)

Установка 100 000 м³/сутки питьевой воды сбрасывает 122 222 м³/сутки концентрата (brine) с TDS ~25 000 мг/л (в 2× солонее Каспия). Как защитить экосистему Каспия по IDA + ICZM (Integrated Coastal Zone Management)?

Достаточно сбрасывать прямо на берег — море перемешаетТолько разбавление пресной водой 1:1 перед сбросомМногоуровневая защита экосистемы: 1) Концентрат сбрасывается по подводному трубопроводу длиной 2 км от берега на глубину ≥15 м (избежание прибрежной зоны с молодью рыб и водорослей); 2) Диффузор-распылитель Maccaferri Marine Diffuser — мульти-портовый (16-24 порта Ø150-300 мм с восходящим углом 45°) для быстрого разбавления с морской водой 1:50 в радиусе 50 м (target initial dilution); 3) Контроль температуры brine — охлаждение до t°_моря ±3°C через теплообменники (защита от термошока); 4) Удаление антискалянта/биоцида перед сбросом — биоразлагаемые в течение часов препараты Genesys LF (или альтернативы); 5) Мониторинг качества воды в зоне смешения 3 раза в сутки — TDS, t°, pH, DO, прозрачность, бентос (закладка контрольных образцов); 6) Сезонный режим — летом увеличение разбавления (тише слой), зимой — обратное; 7) Биомониторинг — раз в квартал проба молодь рыб, моллюски в радиусе 1 км; 8) IDA Brine Discharge Standards + ICZM Integrated Coastal Zone Management + EU Marine Strategy Framework Directive 2008/56/EC; 9) Альтернатива — Zero Liquid Discharge (ZLD) технология с испарителями и кристаллизацией соли (для проекта Мангистау 5 млн м³/сутки рассматривается); 10) Каспийская Конвенция 2018 о защите морской средыСбрасывать в реку с разбавлением пресной речной водой

Нормативы: СНиП 2.04.02 (Водоснабжение), NSF/ANSI 61 (Drinking Water System Components), WHO Drinking-Water Quality Guidelines 4th ed, IDA Desalination Standards, ISO 9001/14001, EU MSFD 2008/56/EC.

Реальные объекты РК: МАЭК-Казатомпром Актау (50 000 м³/сутки SWRO с 1973 г.), планируемые Мангистау 5 млн м³/сутки (Saudi-Korean консорциум), Карабогазсульфат Атырау, Тенгиз-Шевронойл (Северный Каспий, промышл.).