Способ деминерализации воды

 

Изобретение относится к методам и средствам фотоэлектрического опреснения солнечных вод. Новым в способе является то, что разбавление рассола исходной водой выполняют с сохранением баланса расходов и степени минерализации исходной воды на входе электродиализного аппарата и рассола с пресной водой на его выходе. Способ осуществляется или за счет предварительного временного увеличения степени минерализации исходной воды или увеличения амплитуд рабочего тока, протекающего через электродиализный аппарат. 1 з.п. флы, 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803727/26 (22) 16.03.90 (46) 07.11.92. Бюл, 1Ф 41 (75) А.А.Мурадов и Н.С.Орловский (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 874091, кл. В 01 0 61/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР

hL 793598, кл. В 01 0 61/42, 1978. (54) СПОСОБ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ (57) Изобретение относится к методам и средствам фотоэлектрического опреснения

Изобретение относится к деминерализации соленых вод, а именно к методам и средствам деминерализации соленых вод на основе традиционных и нетрадиционных возобновляемых источников энергии, к аппаратам и технологическим процессам фотоэлектродиализной деминерализации воды.

Известна фотоэлектродиализная установка, реализующая способ деминерализации воды, основанный на преобразовании концентрированного солнечного излучения в электрическую энергию постоянного тока солнечной батареи и пропускании через электродиализный аппарат упомянутого тока, при этом по измерению уровня солнечного излучения в течение светового дня регулируют с помощью термоклапана расход поступления исходной опресняемой воды на вход электродиализного аппарата.

"Фотоэлектрическая электродиализная установка" авт. Арамедов Х,А„ Атаева Б.Н,.

Мурадов А,А. и др.}, Однако ввиду наличия сброса рассола возникает необходимость его утилизации Ы«, 1773462 А1 (51)5 В 01 О 61/42, G 05 D 27/00 солнечных вод. Новым в способе является то, что разбавление рассола исходной водой выполняют с сохранением баланса расходов и степени минерализации исходной воды на входе электродиализного аппарата и рассола с пресной водой на его выходе. Способ осуществляется или за счет предварительного временного увеличения степени минерализации исходной воды или увеличения амплитуд рабочего тока, протекающего через электродиализный аппарат. 1 з.п, флы, 11 ил. или хранения, что усложняет и удорожает реализацию способа в эксплуатации.

Известна установка, реализующая способ деминерализации воды, основанный на электродиализе с противотоком потоков диамата и рассола и их рециркуляционном возвращением соответственно на входы трактов опреснения и концентрирования, при этом рециркуляционные коллекторы выполнены в виде сообщающихся с атмосферой емкостей, которые снабжают перегородками различной высоты, причем высоту перегородок уменьшают в каждом коллекторе по мере удаления от устройства для ввода раствора (см. А.С.СССР М 874091 от

4.07.78 г„опублик. 23.10.81., БИ hL 39).

Описанный способ имеет следующие недостатки.

Так как процесс упомянутого электродиализа сопровождается сбросом рассола, необходимо решать вопросы утилизации рассола, причем с увеличением крупнотоннажного производства пресной воды ухудшаются экологические условия в местах эксплуатации установок. реализующих спо соб, кроме того, в связи с тем, что в установках, реализующих данный способ, отсутствует информация о подтверждении или о воэможности работы элеткродиализных аппаратов с электропитанием OT возобновляемых источникОВ энерГии, ОГрэничиваетсЯ Область практического применения установок, реализующих этот спОсоб в MGGTBx, лишенных централизованного энергоснабжения, Из известных способов деминерализации Воды наиболее совершенным, близким по технической сущности и Выбранным В

КЭЧЕСТВЕ ПРОТОТИПЭ ДЛЯ ЗЭЯВЛЯЕМОГС ЯВЛЯ ется способ деминерализации воды (A,Ñ.

СССР Q 793598 От 25.11.78 г, опублик.

07.01,81 БИ М 1), основанный на том, что электрсдиализу подверГают часть исхОднОго Объема Воды. Вычисленную пс формуле сителя и поддерживают значения степени минерализации нэ выходе смесителя в соответствии с выражением

Q> Ж С +Gz Ж С2+Чсм С1

Срез

Ч. ! с с где Срез — значение заданной степени минерализации воды на выходе смесителя;

С1 и С2 — значения степени минерализации исходной воды и рассола;

01 и Ог — заданные расходы исходной воды и рассола;

V,— суммарное количество разбавленного раствора опресняемой воды;

At — время, в течение которого ведут

V M — количество исходной воды, запол15 няющей емкость смесителя;

30

50 где Ч вЂ”; Ч вЂ” объем воды, подвергаемой электродиализу; Се— концентрация соли в исходном растворе, С вЂ” заданная конечная концентрация соли; См конц8нтрация соли B диамате, cooTB87ci"

Вующая минимуму среднего сопротивления диализатора. Злектродиалиэ ведут до концентрации соли, при которой среднее сспрстивл8ние диалиэатсрэ минимальное, и полученный диамат смешивают с Оставшейся частью исходной воды, Прототип имеет следующие недостатТак как процесс электродиализа не является безотходным в виду наличия сброса рассола, возникает угроза экологического загрязнения окружающей среды„особенно эта опасность возрастает при крупнотоннзжнсм производстве пресной ВОды или борьбе с засолением орошаемых земель.

Установки, реализущие способ-прототип, работоспособны or традиционных источников энергии и в них не предусмотрена возможность функционирования от нетрадиционных источников энергии, например солнца, ветра и т.д. В результате ограничивается область технического использования установок, реализующих способ-прототип, в местах лишенных централизованногс электроснабжения.

Цель изобретения — повышение экологической чистоты за счет безотходности фотоэлектрсдиализа.

C выхода злектродиализного аппарата рассол полностью возвращают на вход смефотоэлектродиализ, и при отклонении измеренного значения степени минерализации нэ выходе смесителя от расчетного изменяют расход исходной воды на смесителе пропорционально величине и знаку отклонения..

Кроме того, в способе деминерализации воды в начальный момент фотоэлектродиализа измеряют степень минералиэации воды на Выходе смесителя, сравнивают с расчетным значением и при превышении расчетным значением измеренного значения степени минералиэации с выхода электродиализного аппарата подают с пос»оянным расходом рассол на вход смесителя, а расход исходной воды на входе увеличивают до тех пор, пока измеренное значение степени минералиэации на выходе смесителя становится равным расчетному или же при превышении измеренного значения степени минерализации воды на выходе смесителя от расчетногс на начальной стадии фотоэлектродианализа тока через электродиализный аппарат уменьшают с максимальногс допустимого значения до тех пор, пока степень минерализации воды на выходе смесителя не станет равной расчетной.

На фиг,1 — 5 даны функциональные схемы установок, реализующих предлагаемый способ деминералиэации воды; на фиг,6-8 — временные зависимости в течение светового дня уровня солнечного излучения, электрических параметров солнечной батареи на выходе стабилизатора постоянного тока и напряжения, а также импульсы электрического тока электродиалиэнсго аппарата, создаваемые импульсным источником тока, подключенного к стабилизатору тока и напряжения солнечной батареи; на фиг.9—

11 — изображены временные зависимости в течение светового дня импульсов управле1773462 ния заполнением исходной водой проходной емкости смесителя, изменение степени минерализации исходной, опресняемой, пресной воды и рассола.

Для раскрытия технической сущности 5 предлагаемого способа и электродиализных установок для его реализации необходимо отметить следующие факторы.

Во-первых, баланс количества воды и степени минерализации при смешивании Ю разного количества воды и степени минерализации, которое базируется на приведенном аналитическом соотношении, упомянутом в прототипе, а именно

1 1 — ". — C1) См Со

Г1реобраэуя выражение (1), приходим к виду

V (Со Сп ) = Vо (Со С) (2)

Или что то же самое при заданных рас- 25 хода", смешиваемых растворов (воды или рассола) в течение заданного промежутка времени имеем

« а -(Со--С)=а (C.-С), (3), а Х=ао С2, где V = G e. t — объем количества воды, подлежащей смешиванию;

Q и Qî — заданные расходы воды M pGc- 35 сола соответственно;

Л t — заданный промежуток времени;

С1 = Со — Сн — степень минеРализации воды, полученной путем смешивания исходной воды и диамата; 40

С2 = Со — с — степень минерализации воды, полученной путем смешивания воды и воды, опреснен.: ой по заданной концентрации соли.

АнализиРУя вы.3 и 4, отметим, что ба- 45 ланс количества исходной и опресненной води и степень ее минерализации сохраняются при варьировании значений расходов и степени минерализаций смешиваемых по составу растворов. Таким образом, стано- 5п вится возможным регулировать процесс разбавления (снижения) концентрации соли рассола на выходе электродиализного аппарата исходной водой, причем процесс этот реализуется как в непрерывном во времени 55 режиме, так и в имг ульсивном (порционных) режимах. В связи с указанными элементами р8Гулирования — расходом и степенью минерализации рассола и исходной воды и в соответствии с тем, что в смесителе, осушествляющем разбавление можно включить емкость, заполненную до его определенного обьема также исходной водой, становится возможным и дальнейшее снижение степени минерализации опресняемой воды, при этом баланс гидравлических параметров и алгоритм, описывающий принцип работы такого смесителя разбавителя, поясняется приведенным соотношением

Q1 " С1+ 02 С2+ Vcm С1 = ЧГ Срез (5)

Q1 + С1 + 02 + С2 + Чсм C1

Срез

Ч (6) где 01 и Qz — заданные расходы исходной воды и рассола;

V«количество объема исходной воды, заполняющей емкость смесителя;

Ч= суммарное количество разбавленного раствора опресняемой воды;

С1 и Cz — значения степени минерализации исходной воды и рассола;

Срез — наибольшее значение заданной степени минерализации;

A t — время, в течение которого ведут электродиализ.

Наряду с этим отметим и факторы, определяющие процесс электродиализа со стороны электрических параметров и характеристик.

Они включают энергоустановку, обеспечивающую электропитание электродиализного аппарата и его электрический режим. Так как наиболее экологически чистым в эксплуатации энергоустановки являются фотоэлектрические установки— солнечные батареи и модули, неравномерность поступления солнечного излучения в течение светового дня обуславливает необходимость стабилизации выходных электрических параметров солнечных батарей (постоянного тОка и напряжения, мощности), С другой стороны, для исключения осадкообразования и вероятности отравления мембран электродиалиэного аппарата целесообразно проводить электродиализный процесс импульсным током или осуществлять периодическое реверсирование в течение нескольких часов реверсирования направления постоянного тока, протекающего через электродиализный аппарат.

Согласно экспериментальным данным электродиализ пригоден и эффективен при определении океанских, морских вод, обессоливании артезианских и водопроводной воды, а также речных и сточных вод. Начальные значения степени минерализации исходных вод, подлежащих электродиализу, находятся в пределах (38 — 0,15) à — л, а конечные значения степени мииерализации на выходе злектродиализного аппарата — в пределах (1,5 — О,О5) à — л . Удельные энергозатраты достигают (0,3-2) кВт ч. м . ПлотHocYb рабочего тОк3 злектродиализатара в пределах 1-400 А, Температура исходной воды в пределах 281-323 К, Напря>кения на клеммах электродиализных аппаратов доостигают 40 — 300 B.

Кроме того, следует отметить то, «та л ри создании электрадиализных установок с использованием солнечных батарел широка используют стандартное оборудование, агрегаты и элементы, серийна изготовляемые отечественной промышленностью, в числа которых входит л контроль измерительная л регулирующая аппаратура — датчики давления, расходов и солесодержания, регулируемые клапаны и вентили, регулируемые дроссели и гидрораспределители, а также типовые блоки управления техноло ическими процессзми.

На основании изложенного для реализации предлагаемого способа деминерализации воды необходима выполнять следующие операции и приемы проведения с соблюдением соатветству ащих режимов технологического процесса.

Предварительные операции.

На ОснОве заданных технических требований л еур являем» 1х к лардлагае, ам у способу деминерализации воды, Расчетным путем определяют электрические параметры (амплитуду„ частоту илл длительность импульсного рабочего тока злектродиализатора, Рабочее на пря жение н а его клеммах, а также потребляемую мощность) электродиализзтара, обеспечивающие заданное снижение солесодержания на его выходе, включая, fl pw неОбхадимости N числа ступеней электрадиализатора, По результатам полученных данных осуществляют выбор и обоснование типовых конструкций(см. Например, "ЗДА типа ЗОУНИИМП-25М, типа ЗОСХ, ЗОУ вЂ” "Бархан", типа ЭДУ вЂ” 1000 и др.) и технологического процесса электрадиализаторов, а также выполняют монтаж и пусканаладочные рабаты схемы электрадиализатора, реализующее предлагаемый способ.

Согласно электрическим параметрам электрадиализатора, насосов прокачки исходной воды, рассола и пресной воды, 3 также потребляемой мощности блока регулирования и управления, совместного с блоKGM контроля и измерений (например, стандартные блОки аналОгичнОго назначения — промышленные средства тиг а УПЗТ, типа БСК-311, типа уровень "Уровень-1" и типоустройства "Кедр" ), а также с учетом наличия стабилизатора постоянного тока и напряжения и импульсного источника тока

5 на основе блакинга-генератора, например, Захаров В.К, и др. Электронные устройства автоматики и телемеханики Д-д, Знергоатомиздат, 1984, 432 с.) осуществляют выбор фотоэлектрической установки из f0 стандартных солнечных батарей типа

"Старт-БС-1", "Старт — БС-2", или типа

"MRM 564,161,ООПС или типа Ф Ш. 579,169.

ПС и т.д.

Основные операцил и режимы их прове15 дения, Включают гидравлическую и электрическую схемы электрадиализатора, рециркулируют рассол посредством его подачи с . выхода электродиализатора на один из

20 входов смесителя запарно-регулируемой арматуры трубопроводной системы электродиализной установки.

При этом в смесителе разбавляют paccoll исходной водой от водоисточника лри

25 заданных параметрах — степени солесодержания (минерализации) и их расходов так, что на входе электрадиализатора обеспечивают баланс расходов и степени минерализации исходной воды на входе электродиализнога

30 аппарата и рассола с пресной водой на его выходе, причем рассол пОлнОстью Вазврдгцают через смеситель на вход электрадиализного аппарата при заданном расходе и степени минерализации олресняемой воды

35 на выходе смесителя не более заданного значения, соответствующего значениям параметров установившегося процесса электРОдиал иза.

Непревышение заданного значения

40 степени минерализации опресняемой воды на входе электродиализатора достигают двумя методами.

За счет предварительного временного увеличения степени минерализации исход45 ной воды лри протекании исходной воды через дозатор, которым вводят дополнительные компоненты, идентичные составу компонент исходной воды, например, дополнительные в количественной мере, но

50 идентичные па составу компоненты создают с помощью определенного объема рассола на выходе злектродиализатора, который также смешиваютс исходной водой, используют при этом трехплунжерные кривошип55 ные насосы ло ГОСТ 19028-73 с подачей

0,63-10 см ч типа ПТ-(или Т-2, позашневые насосы типа HP с подачей 0,4 — 4 м ч, насосы типа НРА с подачей 0,25-8 мз ч и т.д. Могут быть также использованы дозиру1773462

5

35

55 ющие устройства сливного типа с местным сопротивлением в виде плавающей шайбы или вместо последней может быть регулируемый дроссель, Упомянутые устройства могут быть применены как комплектующие изделия смесителей. Далее прекращают ввод дополнительных компонентов при выводе электродиализиого аппарата на установившийся режим по гидравлическим и электрическим параметрам.

Непревышение заданного значения степени мииеоализации опресняемой воды на входе электродиализатора достигают за счет предварительного временного проведения процесса электродиализатора с электрическими параметрами рабочего тока (амплитуда, часгота следования или длительность импульсного тока, амплитуда для постоянного тока и амплитуда с частотой для переменного тока), превышающими их номинальное значение, которые устанавливают путем регулирования значений параметров рабочего тока от максимально допустимых значений до номииальиых(максимальное значение тока ограничено электрофизическими параметрами и мощностью рассеяния электродиализного аппарата), Предварительный временный процесс электродиализа проводят при максимальных значениях параметров рабочего тока. В этом случае обеспечивают с запасом снижение степени минерализации исходной опресняемой воды, в результате получают пресную воду с более низкой степенью минерализации, чем требуется по техническим или нормативным требованиям, и рассол, подаваемый с выхода электродиализатора на один вход смесителя и далее на вход электродиализатора. При разбавлеиии этого состава рассола с исходной водой получают опресняемую воду заданного расхода со степенью минерализации не более заданного значения, а затем стабилизуют процесс электродиализатора путем регулирования значения параметра рабочего тока (см. параметры рабочего тока), а именно, учитывая, что производительность злектродиализного аппарата пропорциональна плотности тока, то максимальное значение тока фотоэлектролиза устанавливают при заданных параметрах мембран до проявлений явления поляризации иа мембранах в соответствии с плотностью тока ие более 300 А, При этом уменьшают значения тока злектродиализного аппарата по ступенчато-убывающей зависимости до тех пор, пока степень минерализации воды на выходе смесителя иа станет равной расчетному по выр. 6.

Разбавление рассола исходной водой осуществляют путем поэтапного электродиФ ализа, причем каждый этап электродиализа образуют по одинаковой гидравлической и электрическим схемам включения электродиализного аппарата и смесителя, при этом вход каждого последующего электродиализного аппарата соединяют с выходом предыдущего смесителя, который составляют из трубопроводной системы с запорнорегулирующей арматурой и проходной емкостью, которую периодически заполняют исходной водой.

Вспомогательные операции и режимы их проведения.

Данный вид операции, несмотря на название и последовательность изложения, также являются важными и необходимыми при реализации предлагаемого способа, Блоком контроля и регулирования управляют процессом электродиализа электрическими сигналами (диапазоны напряжений 1 10 — 0,1 В, тока 0,001 — 0,1 А, 0,1-10 Ом и частоты 0 — 10 кГц с датчиков з давлений и солесодержаний. В действие приводятся исполнительные органы в виде клапанов, регулируемых дросселей и вентилей, размещенных внутри и между трубопроводами и проходной емкостью смесителя, Фотоэлектродиализная установка, изображенная на фиг.3, содержит солнечную батарею 1, подключенную через стабилизатор 2 и импульсный источник тока 3 к электродиализному аппарату 4, вход 5 которого соединен со смесителем б и регулируемым дросселем 7 через трехходовой клапан 8, на один из входов 9 которого подсоединен дозатор 10, а выходы 11 и 12 электродиализного аппарата 4 подсоединены соответственно к баку пресной воды 13 и второму входу 14 смесителя 6 через насос 15, при этом блок контроля и регулирования 16 соединен с датчиками давлений 17 и солесодержаний 18, а концентрированный рассол, необходимый в предварительный момент времени электродиализа по первому альтернативному варианту, находится в баке 19.

Фотоэлектродиализиая установка, изображенная иа фиг.3, работает следующим образом, В начальный момент времени (см. фиг.б-8) поступления солнечного излучения Ф на выходе солнечной батареи 1 появится Ось и 1 б (см. фиг.7), а на выходе стабилизатора 2 — Ос и 1 т (см. фиг.7), Наряду с этим через смеситель б и электродиализный аппарат 4 протекает опресняемая вода, создаваемая потоком воды с расходом

QH, степенью минерализации Сис.s, поступающей от водоисточника, и концентрированным рассолом с расходом Q и степенью минерализации (рассол содержит дополнительную концентрацию соли), из бака 19 подаваемой через дозатор (насос-дозатор)

10. В этом. случае опресняемая вода после смесителя 6 на входе 5 электродиализатора имеет заданные гидравлические параметры: расход Q и степень минерализации опресняемой воды не превышает значения

С0пр > (см. фиг.11), а рабочий импульсный ток имеет значение 1н, При достижении времени на выходе электродиализного аппарата 4 появля1отся пресная вода с рассолом О,1з =- 0,5 О„,и степенью минерализации Cns, а также рассол с расходом Qp= 0,5 Q ууи степенью минерализации С> (см. фиг,9 — 11), которые с помощью насоса 15 возвращают на вход 14 смесителя 6, Одновременно с этим с блока управления и регулирования поступает электрический сигнал по отклонению насоса-дозатора 10 (см, фиг,10) и установки в положении "Закрыто" задвижки на входе трехходового клапана 9 и сокращения расхода исходной воды водоистачника ат Он да значения Оу. с помощью регулируемого дросселя 7 (см. фиг.9). Таким образом происходит вывод установки на установившийся режим электрадиализа, при котором на вход электродиализного аппарата 4 с расходом О и степенью минерализации C>!i,<, поступает апресняемая вода. Данный процесс продолжается до момента времени t2 в течение всего светового дня и в течение

acего этого времени пресная вода поступает с бак 13 сбора пресной воды или непосредственно потребителю, а рассол постоянно рециркулируют и возвращают на вход 14 смесителя.

Следует отметить, что образуемые в процессе электродиализа щелочной раствор из катадной камеры и кислый из анодной камеры электродиализного аппарата также могут быть подсоединены к линии рассола или упомянутые компоненты могут быть использованы самостоятельно для других целей. Кроме того, для стабильной и качественной работы фотозлектродиализнай установки необходима подготовка исходной воды, позволяющая удалить грубодисперсные и коллоидные примеси, соли кальция, магния, железа 0,5 мг л

-1 марганца 0,5 мг л, общей жесткости 40 мгэкв . л

На фиг.4 изображена функциональная схема фотоэлектродиализной установки, которая в отличие от установки на фиг.3 между импульсным источником тока 3 и электрадиал!Изным аппаратом 4 имеет управляемый аттенюатар 20, позВОляющий регулировать значения рабочего тока электрадиализного аппарата 4, Фотоэлектродиализная установка на фиг.4 работает следующим образом.

При наличии солнечного излучения Фв момент времени светового дня работа солнечной батареи 1, стабилизатора 2 и импульсного источника тока 3 аналогична работе аналогичных агрегатов установки на фиг,3. Отличием же в установке на фиг.4 является то, что отсутствует дозатор 10, поэтому электрическими сигналами с датчика солесодержаний 18 через блок 16 управления и регулирования с помощью управляемога аттенюатора 20 задается максимальное значение импульсного тока (см. фиг,8) электродиализного аппарата 4, так как в этом случае через него протекает исходная вода с расходом О!! степенью ми20 нерализации Сисх.в, создающая пресную воI ду со степенью минералиэации Сп, значительно меньшей, чем заданное значение степени минерализации по техническим требованиям потребителя, и расходом

25 Оп. Кроме того с выхода 12 электрадиализного аппарата 4 насосом 15 рассол расхо-! дом и степенью минерализации Ср подается на вход 14 смесителя 6, на другой ега вход поступает исходная вода от водоисточника.

30 При этом на выходе смесителя и входе 5 электродиализного аппарата 4 — опресняемая вада расходом Оо = Q,, и степенью минерализации Сандр,!! (CM. Пу!Нктирную линию Q,èà фиг.9). Причем по поступлении

35 рассола на вход смесителя в блок управления и регулирования 16 уменьшается расход исходной воды из водоисточника регулируемым дросселем 7 — датчик давления, управляющий через блок 16 регулируе40 мым дросселем 7 и установленный в трубопроводе 14 (на фиг.4 для упрощения не показан).

Однако в связи с тем, что по достижении времени t степень минерализации рассола

45 Ср на выходе электродиализнога аппарата возрастает, т.к, при разбавлении рассола исходной водой степень минерализации опресняемой воды Соп также возрастает для обеспечения непревышения заданно50 ro значения степени минерализации опресияемай воды Сод.8. C помощью электрических сигналов датчиков солесодержания 18 через блок регулирования 13 и управляемый аттенюатор начинают регулировать значе55 ние рабочего тока, пропускаемого через электродиализный аппарат 4 от максимально-допустимого 1 кс и до номинального значения 1ном(см. фиг,8). В результате этого степень минерализации (солесодержания) пресной воды увеличивается, но не превы14

1773462

73 (7) V шает заданного значения Сп,, и наоборот степень минерализации рассола Ср уменьшается и за счет этого поддерживается непревышение заданного значения степени минерализации опресняемой воды Conp.s. на выходе смесителя 6 и на входе 5 электродиализного аппарата 4.

В дальнейшем неизменность значения степени минерализации опресняемой воды

C»р.s. поддерживают регулированием значения рабочего тока электродиализного аппарата 4 1и.

Изображенная на фиг.1 фотозлектродиализная установка отличается от предыдущих установок тем, что в ее конструктивной схеме имеются два смесителя 6 и 61 и два гидрораспределителя 21 и 22, управляемые блоком t6 и переключающие соответствующие гидролинии с трубопроводами 23 поступления исходной воды и трубопроводами 14 рассола.

Работа установки на фиг.1 аналогична работе установок на фиг.3.

В изображенную на фиг,1 установку необходимо ввести дозатор 10 и исключить из схемы управляемый аттенюатор, однако различие, проявляемое в процессе функционирования, заключается в том, что к электродиализному аппарату 4 поочередно подключаются смеситель 6 или смеситель

61 гидрораспределителями 21 и 22, причем управление происходит как правило сигналами с датчиков 18 или программными устройством, встроенным в блок 13 (команды в случае наличия программного устройства приобретают вид зависимости— см. фиг.10).

На фиг.1 изображена фотоэлектродиализная установка, позволяющая оптимизировать процесс электродиалиэа. Причем смеситель 6 составлен трубопроводной системой 14,23 и 24 и проходной емкостью 6 и

6 с запорно-регулируемой арматурой 15 ,21,22 и 25. Гидрораспределитель 21 срабатывает от блока 13, последний управляется датчиками давлений 17 внутри смесителя 6 и 6 или датчиков уровня, те и другие датчики на фиг.4 не показаны, чтобы упростить схему.

Поочередное периодическое заполнение емкостей 6 и 61 осуществляется исходной водой, каждая из которых заполняется не менее, чем на половину. в дальнейшем подачей рассола вместе с исходной водой при Qp = Оисх.s и в суммарном расходе на входе 5 электродиализного аппарата

4 Qp= Qp + Оисх.в.

В этом случае степень минерализации .опресняемой воды Сррр,в. на входе 5 электродиалиэного аппарата определяется как

С С1 т+Ч1 С1

Српр.в

V где С»р.в. — степень минерэлизации опресняемой воды на входе 5 электродиализного аппарата 4; Cp — степень минералиэации опресняемой воды на выходе трубопровода

24 смесителей 6 и 6; t — время истечения

1. опресняемой воды из смесителя 6 или 6; С1

1, и Cz — соответственно степени минерализации исходной воды водоисточника и рассола; Ч1 — объем заполнения исходной водой проходной емкости смесителя 6 или 6; Q—

1, расход опресняемой воды на выходе трубопровода 24 смесителя 6 и 6 .

Такая конструктивная схема фотоэлектролизной установки эффективна при опреснении соленых вод с начальной степенью минерализации (3 — 7) Г-л . Благодаря наличию датчиков давлений 17 и солесодержания 18 обеспечивается не только поддержание заданного режима технологического процесса электродиализа в установках, изображенных на фиг.1 — 5, но и отключают установки при аварийных остановках насосов 10 и 15, превышении давления или перепада давлений между трактами концентрации и обессоливания, а также при минимальных уровнях воды в проходных емкостях смесителей 6 и 6 или наоборот

1 при превышении заданного уровня опресняемой воды в упомянутых емкостях смесителей би 6 ит.д.

Что же касается исключения осадкообразования при реализации предлагаемого способа безотходного электродиализэ отметим, что через электродиализные аппараты 4 пропускают импульсный рабочий ток, в случае же электропитания установок постоянным рабочим током необходимо предусмотреть схему реверсирования направления тока через 2-6 ч, а также воздействием нэ мембраны аппаратов 4 турбулентным потоком водовоздушной смеси и т.д.

На фиг.2 изображена фотоэлектродиализная установка, отличием которой от предыдущих установок является наличие гидравлической связи трубопроводных систем исходной воды с трубопроводами t1 и

12 электродиализного аппарата 4 через управляемые трехходовые клапаны 25, причем разбавление рассола с исходной водой и частью пресной воды осуществляется в таком режиме, когда рассол разделяют на два

1773462

55 потока с равными расходами, которые разбавляют соответственно с равными расходами пресной и исходной воды и далее оба потока разбавленного рассола насосом 15 подают на вход смесителя 6 и далее на электродиализный аппарат 4.

Данный вариант реализации предлагаемого способа с рециркуляцией рассола и части пресной воды далее с исходной водой эффективна при обессоливании соленых вод 7 Г-л и выше, На фиг,5 изображена фотоэлектролизная установка для глубокого обессоливания соленых вод, в этом случае процесс электродиализа, реализуемый установкой, проводят поэтапно по одинаковой гидравлической и электрической схемам при последовательном включении электродиализных аппаратов 4 и смесителей 6, при этом вход каждого последующего электродиализного аппарата 4 соединен последовательно с выходом предыдущего смесителя 6.

Кроме того, наличие проходной емкости смесителя 6, в которой происходит накопление опресняемой воды, способствует еще более интенсивному опреснению исходной воды до заданного значения.

Технико-экономическая эффективность, создаваемая предлагаемым способом.

Технический эффект.

По сравнению с известными способами (a том числе с прототипом и базовым объектом) технические преимущества предлагаемого способа и установок, реализующих его, установлены на основе сопоставительного анализа. Методика сопоставительного анализа базируется на следующих технических требованиях и условиях эксплуатации сопоставляемых способов: предлагаемый и известный способы (установки для их осуществления) эксплуатируются при одинаковых условиях, а именно интенсивности солнечного излучения и продолжительности светового дня, а также интервалы рабочих температур окружающей среды одинаковые; опреснению подвергают соленую воду из одного водоисточника, т.е. исходную воду с равной по значению степенью минерализации, а на выходе электродиализных аппаратов одинаковый расход пресной воды (производительность пресной воды); электродиализные установки, реализующие сопоставляемые технические решения, потребляют от электроисточника равную по значению электрическую мощность;

Наряду с прототипом в качестве базового объекта установка опреснительная электродиалиэная ЗОУ-НИИПМ-25M (см. гехническое описание и инструкцию по эксплуатации ВП 100,17.00.000. ТО. 1984 r), выявлены следующие преимущества, Благодаря безотходности технического электродиализного процесса устраняется экологическое загрязнение окружающей среды в местах эксплуатации установок, реализующих предлагаемый способ, Особенно это важно при производстве крупнотоннажного электродиализа, так как сброс рассола вызывает эрозию (засоление) почвы.

Благодаря тому, что отсутствует сброс рассола становится возможным ресурсосбережение исходной воды и ее рациональное использование, Предлагаемый способ реализуется установками с электропитанием от традиционных и нетрадиционных электроисточников, например солнечных батарей, т,е, становится возможным размещение и применение электродиализных аппаратов в местах, лишенных централизованного энергоснабжения.

Эффективность способа повышается за счет того, что установки, реализующие и редлагаемый способ, могут быть созданы методами агрегатирования и комплексной стандартизации на основе серийно изготовляемых отечественной промышленностью аппаратурой и элементами.

8 связи с тем, что в конструктивно-технологической схемах установок, реализующих предлагаемый способ, использованы стабилизатор тока и импульсный источник электропитания на основе блокинг-генераторов отсутствуют силовые коммутирующие электромеханические переключатели, что повышает надежность и увеличивает ресурс работы установок, реализующих способ.

Кроме того, устраняется осадкообразование на мембранах электродиализного аппарата и отравление, т.е. также увеличивается ресурс и повышается надежность установок.

Экономический эффект.

Зкономический эффект также выявлен по результатам сопоставительного анализа предлагаемого технического решения и базового объекта, в качестве которого выбрана установка ЭОУ-НИИПМ вЂ” 25М, реализующая известный способ и агрегатированная солнечная батарея типа "ИЛЕВ" и н щн

Благодаря тому, что по сравнению с известными техническими решениями установки, реализующие предлагаемый способ, не имеют сброса рассола в окружающую среду отсутствует экологическое загрязнение в месте эксплуатации установок и дополнительные экономические и материальные затраты на приобретение и оборудование

1773462

18 природоохранительных средств и мероприятий. Однако в связи с отсутствием экономических данных, характеризующих стоимостный эффект от сохранения экологической чистоты в месте эксплуатации установки, конкретное 5 исчисление и предоставление экономики в рублях на одну установку не предоставляется возможным.

Так как установки, реализующие предлагаемый способ, создаются методами агрега- 10 тирования и комплексной стандартизации на основе стандартных серийно изготовляемых отечественной промышленностью аппаратурой, элементами и оборудованием, обуславливающих несомненный экономи- 15 ческий эффект и отсутствие соответствующих стоимостных показателей, то конкретное исчисление и представление экономики в рублях на одну установку также не представляется возможным. 20

Формула изобретения

1. Способ деминерализации воды посредством фотоэлектродиализа, включающий смешение исходной воды с продуктом электродиализа в смесителе и измерение 25 степени минерализации исходной воды, опресняемой воды, рассола и расходов исходной воды, рассола и воды на выходе смесителя, отли ч а ю щи и ся тем, что,с целью повышения экологической чистоты за 30 счет безотходности фотоэлектродиализа, с выхода электродиализного аппарата рассол полностью возвращают на вход смесителя и поддерживают значения степени минерализации воды на выходе смесителя в соответ- 35 ствии с выражением

01 Ъ С1 + 02 At С2 + Чсм C>

©pB3 где Срез — значение заданной степени минерализации воды на выходе смесителя;

С1 и Cz — значения степени минерализации исходной воды и рассола;

Q> и Qz — заданные расходы исходной воды и рассола;

V

Ч . — суммарное количество разбавленного раствора опресняемой водой;

Л 1 — время, в течение которого ведут фотоэлектродиализ, и при отклонении измеренного значения степени минерализации на выходе смесителя от расчетного, изменяют расход исходной воды на смесителе пропорционально величине и знаку отклонения, 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в начальный момент фотоэлектродиализа измеряют степень минерализации воды на выходе смесителя, сравнивают с расчетным значением и при превышении расчетным значением измеренного значения степени минерализации с выхода электродиализного аппарата подают с постоянным расходом рассол на вход смесителя, а расход исходной воды на входе увеличивают до тех пор, пока измеренное значение степени минерализации на выходе смесителя становится равным расчетному, или же при превышении измеренного значения степени минерализации воды на выходе смесителя от расчетного на начальной стадии фотоэлектродиализа ток через электродиализный аппарат уменьшают с максимально допустимого значения до тех пор, пока степень минерализации воды на выходе смесителя на станет равной расчетному.

1773462

От водоисточники вод

1773462

От ь-ло хтож;.ка

1773462

1773462

4иг.7

1(3 Зал

Фиг.8

В.""ã,.9

Фиг.!О

Фиг. If

Редактор

С

Заказ 3884 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1м

Ъ (о

С с сп

Составитель Н.Орловский

Техред М.Моргентал Корректор С.Патоушева