Способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления

 

Использование: мембранное разделение растворов и суспензий, в частности очистка природных вод, предварительная подготовка воды перед глубокой ее очисткой, например перед опреснением, очистка промышленных стоков, разделение, очистка и концентрирование растворов или суспензий органических или минеральных веществ. Сущность изобретения: мембранная установка для очистки воды содержит насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода концентрата с запорным клапаном и устано-вленной параллельно ему диафрагмой, линию отвода фильтрата с запорным клапаном. Установка снабжена также накопительной емкостью фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком с линией отвода фильтрата. Способ очистки воды включает стадию фильтрования воды на мембранной установке и стадию регенерации установки, причем на стадии фильтрования в батарею разделительных аппаратов подают исходную воду без примесей концентрата, отвод концентрата осуществляют через диафрагму в количестве не более 6% от произведенного фильтрата, при этом закрывают запорный клапан на линии отвода концентрата и открывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, на стадии регенерации включают промывочный насос на непрерывный режим работы, закрывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, запорный клапан на линии отвода концентрата попеременно открывают и закрывают, насос подачи исходной воды включают после открытия запорного клапана на линии отвода концентрата и выключают одновременно с его закрытием. Изобретение направлено на снижение энергопотребления, улучшение качества фильтрата, увеличение производительности и ресурса работы мем-бранной установки. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области мембранного разделения растворов и суспензий, в частности к средствам очистки природных вод с целью использования их в хозяйственно-питьевом водоснабжении, для предварительной подготовки воды перед дальнейшей более глубокой ее очисткой, например перед опреснением, для очистки промышленных стоков, для разделения, очистки и концентрирования растворов или суспензий органических или минеральных веществ, и может быть использовано в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения и коммунального хозяйства, а также в пищевой, химической, медицинской, биологической и др. промышленности.

Известна установка для очистки воды, включающая мембранный аппарат, циркуляционный насос и циркуляционный контур [1].

Основными недостатками известной конструкции являются низкая производительность аппарата и значительный расход энергии.

Известен способ очистки воды ультрафильтрацией, при котором на мембранный аппарат подают не исходную воду, а концентрат или смесь исходной воды с концентратом [2].

Основным недостатком способа является низкое качество получаемого фильтрата.

Известна мембранная установка для очистки воды, включающая насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, циркуляционный насос и циркуляционный контур [3].

В батарею разделительных аппаратов известной конструкции подают смесь исходной воды и концентрата, что значительно снижает качество фильтрата. Кроме того, в целях увеличения периода фильтроцикла за счет снижения концентрационной поляризации через разделительные аппараты прокачивают гораздо большее количество фильтруемой воды, чем нужно для фильтрования, что требует излишних энергозатрат. К основным недостаткам можно отнести то, что конструкция установки не обеспечивает эффективной регенерации мембран, так как промывка их потоком фильтруемой воды удаляет частички загрязнителя, осевшие на мембране, а проникшие в ее поры в основном остаются. Это приводит к уменьшению производительности установки и ресурса ее работы.

Известен способ очистки воды, включающий стадию фильтрования в мембранном аппарате и стадию регенерации мембран от загрязнений, заключающийся в резком сбрасывании давления в аппарате и промывке мембран обратным током жидкости [4].

Этот способ имеет существенные недостатки. Обратный ток жидкости (фильтрата) сам по себе малоэффективен, так как при постоянном и даже продолжительном действии перепада давления под и над мембраной фильтрат проходит по наиболее крупным порам, вымывая из них частицы загрязняющих веществ и взрыхляя осевшие на мембране. Через мелкие поры, имеющие большое гидравлическое сопротивление и сцепление с частичками загрязняющих веществ, фильтрат практически не проходит. Кроме того, небольшая скорость потока фильтрата вдоль мембраны не позволяет сорвать и вынести из аппарата взрыхленные загрязнения.

Изобретение направлено на снижение энергопотребления, улучшение качества фильтрата, увеличение производительности, ресурса работы мембранной установки для очистки воды.

Для достижения поставленной цели мембранная установка для очистки воды, содержащая насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода фильтрата с запорным клапаном, линию отвода концентрата с запорным клапаном и установленной параллельно ему диафрагмой, снабжена накопительной емкостью для фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком с линией отвода фильтрата.

Способ очистки воды на предлагаемой мембранной установке включает собственно стадию фильтрования воды и стадию регенерации установки. На стадии фильтрования в батарею разделительных аппаратов подают исходную воду без примеси концентрата, отвод концентрата осуществляют через диафрагму в количестве не более 6% от произведенного фильтрата, при этом закрывают запорный клапан на линии отвода концентрата и открывают запорный клапан на линии отвода фильтрата. На стадии регенерации включают промывочный насос на непрерывный режим работы, закрывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, запорный клапан на линии отвода концентрата попеременно открывают и закрывают, насос подачи исходной воды включают после открытия запорного клапана на линии отвода концентрата и выключают одновременно с его закрытием.

На чертеже изображена схема предлагаемой мембранной установки для очистки воды.

Мембранная установка для очистки воды содержит фильтр грубой очистки 1, насос подачи исходной воды 2, обратный клапан 3, четырехходовой кран 4, батарею разделительных аппаратов 5 на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран 6, запорный клапан 7, накопительную емкость 8, промывочный насос 9, обратный клапан 10, диафрагму 11, установленный параллельно ей запорный клапан 12, линию подвода исходной воды 13, линию отвода концентрата 14, линию отвода фильтрата 15.

Установка работает следующим образом. Исходную воду, прошедшую фильтр грубой очистки 1, насосом 2 подают через обратный клапан 3, четырехходовой кран 4 в батарею разделительных аппаратов 5. Фильтрат по линии отвода фильтрата 15 через запорный клапан 7 поступает в накопительную емкость 8. Концентрат из батареи аппаратов 5 по линии отвода концентрата 14 отводят через четырехходовой кран 4 и диафрагму 11, которая пропускает концентрат в количестве не более 6% от произведенного фильтрата. В режиме фильтрования промывочный насос 9 отключен, запорный клапан 7 открыт, запорный клапан 12 закрыт.

После того, как производительность мембранной установки в результате накопления на поверхности мембраны и в ее порах загрязняющих веществ снизится до допустимого предела, проводят ее регенерацию. Для этого закрывают запорный клапан 7 на линии отвода фильтрата 15. При этом промывочный насос 9 включают в работу в непрерывном режиме. Спустя некоторое время, когда давления под мембраной и над мембраной сравниваются, открывают запорный клапан 12. При этом давление над мембранами 6 резко снижается, и фильтрат из подмембранного пространства устремляется в надмембранное по всей площади половолоконных или трубчатых мембран 6, отрывая осевшие частицы загрязняющего вещества, которые удаляются из аппаратов 5 в виде промывных вод через четырехходовой кран 4 и запорный клапан 12. Затем включают насос 2, при этом скорость потока в канале половолоконных или трубчатых мембран 6 увеличивается и происходит окончательный вынос загрязняющих веществ из установки.

Пример. В соответствии с изобретением была собрана мембранная установка и проведен процесс очистки речной воды Р. Псекупс Краснодарского края. Установка включала насос подачи исходной воды 2 марки ЦВС 25/20, батарею разделительных аппаратов 5 в количестве 120 шт марки УВА-ПС-20-1040 на основе половолоконных ультрафильтрационных мембран 6, промывочный насос 9 марки ЦВС 63/20.

В таблице представлены характеристики предлагаемого способа и устройства для очистки воды в сравнении с известными.

Как видно из таблицы, при любой исходной воде (мутность от 20 до 200 мг/л) предлагаемый способ обеспечивает высокое качество фильтрата (мутность фильтрата < 0,2 мг/л). Производительность известной и предлагаемой установок в начальный период их работы были равны 18 м³/ч и 22 м³/ч соответственно, после 500 ч работы - 12 м³/ч и 18 м³/ч соответственно. Ресурс работы известной установки составил 500 ч, а предлагаемой - 11000 ч. Общая потребляемая электроэнергия в предлагаемой установке более чем в 2 раза меньше, чем в известной установке (2,9 и 7 кВт соответственно).

Таким образом, изобретение позволяет снизить энергопотребление, увеличить производительность и ресурс работы мембранной установки, улучшить эффективность процесса фильтрования воды.

Литература.

1. Патент Великобритании N 2164579.

2. То же.

3. Патент РФ N 2006490.

4. Дытнерский Ю.П. Барометрические процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986, с. 70.

Формула изобретения

1. Мембранная установка для очистки воды, содержащая насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода фильтрата с запорным клапаном, линию отвода концентрата с запорным клапаном и установленной параллельно ему диафрагмой, отличающаяся тем, что она снабжена накопительной емкостью фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком - с линией отвода фильтрата.

2. Способ очистки воды, включающий стадию фильтрования воды на мембранной установке и стадию регенерации установки, отличающийся тем, что на стадии фильтрования в батарею разделительных аппаратов подают исходную воду без примеси концентрата, отвод концентрата осуществляют через диафрагму в количестве не более 6% от произведенного фильтрата, при этом закрывают запорный клапан на линии отвода концентрата и открывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, на стадии регенерации включают промывочный насос на непрерывный режим работы, запорный клапан на линии отвода концентрата попеременно открывают и закрывают, насос подачи исходной воды включают после открытия запорного клапана на линии отвода концентрата и выключают одновременно с его закрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2