Аппарат для получения обессоленной воды

 

Изобретение относится к аппаратам для получения обессоленной воды и может быть использовано в медицинской, пищевой и электронной промышленности. Аппарат для получения обессоленой воды содержит корпус с крышками и трубопроводами для ввода водопроводной воды и вывода концентрата и обессоленной воды и размещенный в корпусе рулонный мембранный элемент с фильтратотводящей трубкой. Внутри рулонного мембранного элемента между витками пакета мембран расположен сепаратор, перегородки которого образуют каналы движения рабочего раствора. Фильтратная линия мембранного рулонного элемента разделена посредством непроницаемой перегородки на две секции, длина первой из которых составляет 0,6-0,9 длины рулона от входа рабочего раствора. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области мембранной техники, т.е. к устройствам для получения глубоко обессоленной воды и может быть использовано в медицинской, пищевой и электронной промышленности.

В настоящее время для получения глубоко обессоленной воды мембранными методами используют многоступенчатый обратный осмос. Однако такие установки являются дорогостоящими. Применение высокопроизводительных или высокоскоростных рулонных элементов в указанных установках поможет решить эту проблему.

Так в патенте США [1] описан высокопроизводительный рулонный мембранный модуль, который состоит из центрального коллектора пермеата с двумя выходами, на который наматываются два слоя мембранной пленки, разделенных пористой перегородкой. По длине слои разделены на две или более частей путем склеивания с целью уменьшения перепада давления и снижения обратного давления.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является высокоскоростной мембранный рулонный элемент, описанный в патенте США [2], который обеспечивает 4-5 кратное увеличение скорости движения исходного потока за счет изменения параметров входного канала и конструктивного выполнения его в виде буквы "М". Причем согласно изобретению разграничение входного канала при помощи твердых пластин (сепаратора) на 4 канала, выполненных под прямыми углами к стандартному каналу, увеличивает длину канала исходной воды в 4 раза и, соответственно, скорость потока также в 4 раза. Однако в известном решении по мере движения очищаемой воды по рабочему каналу, образованному сепаратором, происходит увеличение концентрации растворенных веществ в разделяемом потоке, что приводит к ухудшению рабочих характеристик мембраны - удельной производительности и селективности. Вследствие чего происходит ухудшение качества фильтрата.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение высокого качества фильтрата, получаемого при помощи устройства с высокоскоростным рулонным мембранным элементом.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном устройстве, включающем корпус с крышками и трубопроводами для ввода водопроводной воды и вывода концентрата и обессоленной воды, с размещенным внутри корпуса рулонным мембранным элементом с фильтратотводящей трубкой, в рулонном мембранном элементе между витками пакета, состоящего из двух мембран и дренажа, размещен сепаратор, перегородки которого образуют каналы движения рабочего раствора и расположены перпендикулярно фильтратотводящей трубке в шахматном порядке по ходу движения рабочего раствора. При этом согласно изобретению на дренажном полотне и в фильтратотводящей трубке выполнена непроницаемая перегородка, разделяющая мембранный рулонный элемент на две секции и расположенная параллельно перегородкам сепаратора на расстоянии 0,6-0,9 длины рулонного мембранного элемента от входа рабочего раствора, при этом фильтратотводящая линия второй секции рулонного мембранного элемента при помощи трубопровода соединена с трубопроводом ввода водопроводной воды.

В патентной и научно-технической литературе не выявлены технические решения, содержащие всю заявленную совокупность признаков.

По мере движения потока по образованному поперечными перегородками сепаратора каналу постоянно увеличивается объем отбираемого фильтрата, увеличивается концентрация растворенных веществ в разделяемом растворе, что приводит к ухудшению рабочих характеристик мембран - удельной производительности и селективности. При этом происходит ухудшение качества фильтрата, отбираемого с поверхности мембран в последних каналах сепаратора, что недопустимо в случае получения глубоко обессоленной воды.

Установлено, что разграничение фильтратной линии фильтрующего мембранного элемента на две секции согласно предлагаемому изобретению и возврат фильтрата, отбираемого из второй секции в трубопровод ввода водопроводной воды обеспечивает требуемое качество фильтрата.

Расстояние, на котором выполнена перегородка, разделяющая фильтрующий мембранный элемент на две секции, выбирается из условий, с одной стороны, обеспечения требований к качеству фильтрата, а, с другой стороны - к производительности.

Увеличение расстояния от входа водопроводной воды до перегородки позволяет увеличить производительность фильтрующего мембранного элемента по фильтрату, но не обеспечивает его качества.

Уменьшение указанного расстояния позволяет получить фильтрат требуемого качества, но снижает производительность рулонного мембранного элемента.

Экспериментально установлено, что оптимальным расстоянием, на котором выполнена перегородка, является 0,6-0,9 длины рулонного мембранного элемента от входа рабочего раствора.

Предлагаемое техническое решение будет понятно из следующего описания и приложенного к нему чертежа.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата для получения обессоленной воды; на фиг.2 изображен вид мембранного фильтрующего элемента.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения: 1. Корпус 2. Крышка 3. Трубопровод ввода водопроводной воды 4. Трубопровод вывода концентрата 5. Трубопровод вывода фильтрата I секции 6. Трубопровод вывода фильтрата II секции 7. Рулонный мембранный элемент 8. Мембрана 9. Дренажное полотно
10. Фильтратотводящая трубка
11. Сетка-турбулизатор
12. Поперечная перегородка
13. Непроницаемая перегородка
Аппарат для получения обессоленной воды состоит из корпуса 1 с крышками 2, трубопроводами ввода водопроводной воды 3, вывода концентрата 4, вывода фильтрата 1-ой секции 5, вывода фильтрата II-ой секции 6. Внутри корпуса 1 размещен мембранный рулонный элемент 7, состоящий из пакета из двух мембран 8, между которыми размещено дренажное полотно 9, между которыми размещен сепаратор, и фильтратотводящей трубки 10. Сепаратор состоит из сетки-турбулизатора 11, на поверхности которой выполнены поперечные перегородки 12, которые расположены в шахматном порядке по ходу движения рабочего раствора и перпендикулярно фильтратотводящей трубке 10. В фильтратотводящей трубке 10 и на дренажном полотне 9 выполнена непроницаемая перегородка 13, разделяющая фильтратную линию на две секции. Трубопровод вывода фильтрата II секции 6 соединен с трубопроводом ввода водопроводной воды 3 [фиг. 1, 2].

Аппарат для получения обессоленной воды работает следующим образом.

Исходную водопроводную воду через трубопровод 3 подают в аппарат получения обессоленной воды на рулонный мембранный элемент 7. Поток воды, попадая в сепаратор рулонного мембранного элемента и наталкиваясь на поперечную перегородку 12, разворачивается на 90^o и направляется по каналу, образованному сепаратором. При этом за счет постоянного отбора фильтрата объем исходного потока уменьшается, в нем увеличивается концентрация растворенных веществ. За счет того, что фильтратная линия мембранного рулонного элемента 7 разделена на две секции, то и фильтрат разделяется на части. Фильтрат, полученный с I-ой секции, по трубопроводу 5 направляют потребителю, а фильтрат II-ой секции по трубопроводу 6 возвращают на вход рулонного мембранного элемента 7 на повторную обработку. Полученный концентрат по трубопроводу 4 направляют в канализацию.

Пример.

Для испытаний взят аппарат с рулонным мембранным элементом, с композитной мембраной с селективностью по 0,15%-ному раствору NaCl 98%, производительностью 15,4 л/м кв.·час, площадь фильтрации 1,3 м.кв. Сепаратор мембранного рулонного элемента имеет 5 поперечных перегородок. Поперечные перегородки сепаратора и непроницаемая перегородка на дренажном полотне выполнены при помощи клея толщиной 2 мм. Непроницаемая перегородка в фильтратотводящей трубке выполнена при помощи диска из полистирола, толщиной 2 мм на расстоянии 750 мм от входа в рулонный мембранный элемент.

Испытания проводились на воде с исходной концентрацией MgSO₄ 200 мг/л. В результате опытов производительность по фильтрату составила 0,015 м.куб/час, при этом концентрация MgSO₄ в фильтрате составила 2,4 мг/л. По сравнению с прототипом качество фильтрата повысилось на 20%.

Результаты других опытов приведены в таблице.

Как видно из приведенных результатов, использование предлагаемого аппарата для получения обессоленной воды позволяет получить фильтрат требуемого качества при незначительном снижении производительности.

Литература
1. Патент США N 4792401, приор. 03.01.88 г, МКИ: B 01 D 13/00 "Рулонный мембранный модуль и способ его изготовления и использования", публ. 20.12.88 г.

2. Патент США N 4814079, приор. 04.04.88 г, МКИ: B 01 D 13/00 "Спиральная обратноосмотическая мембранная ячейка", публ. 21.05.89 г.

Формула изобретения

Аппарат для получения обессоленной воды, включающий корпус с крышками и трубопроводами для ввода водопроводной воды и вывода концентрата и обессоленной воды с размещенным внутри корпуса рулонным мембранным элементом с фильтратотводящей трубкой, в рулонном мембранном элементе между витками пакета, состоящего из двух мембран и дренажа, размещен сепаратор, перегородки которого образуют каналы движения рабочего раствора и расположены перпендикулярно фильтратотводящей трубке в шахматном порядке по ходу движения рабочего раствора, отличающийся тем, что на дренажном полотне и в фильтратотводящей трубке выполнена непроницаемая перегородка, разделяющая мембранный рулонный элемент на две секции и расположенная параллельно перегородкам сепаратора на расстоянии 0,6 - 0,9 длины рулонного мембранного элемента от входа рабочего раствора, при этом фильтратотводящая линия второй секции рулонного мембранного элемента при помощи трубопровода соединена с трубопроводом ввода водопроводной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3