Способ опреснения воды (варианты)

Изобретения могут быть использованы для получения воды питьевого качества и для использования в технологических процессах в результате опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной жесткостью. Способ включает предварительное осветление исходной воды, подачу в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л. Затем в умягченную воду дозируют раствор соляной кислоты в эквивалентном количестве к бикарбонату натрия. В декарбонизаторе из воды извлекают свободную углекислоту и направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата. При этом на первой ступени соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75% и рабочий концентрат направляют на вторую ступень. После второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени. Рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней от 10 до 50 бар. Рабочий концентрат после последней ступени направляют в бак-солерастворитель, в который добавляют поваренную соль. Солесодержание для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени устанавливают в пределах 30-50 г/л. Регенерационный соляной раствор прокачивают через катионит снизу вверх с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию. Способы обеспечивают увеличение удельного выхода пермеата с обратноосмотической системы обессоливания, уменьшение расхода концентрата по ступеням обессоливания и, соответственно, уменьшение расходов воды на собственные нужды установки до 2,5-6%. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 18 табл., 2 пр.

 

Область техники

Изобретение относится к технологическим процессам опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной (высокой) жесткостью, содержанием железа более 0,1 мг/л и общей минерализацией выше 400 мг/л, и может быть использовано для получения воды питьевого качества, а также для получения обработанной воды для использования в различных технологических процессах.

Предшествующий уровень техники

Известен способ обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды, включающий пропускание воды под давлением через полунепроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, который направляют в кристаллизатор, где выделяют кристаллы, а осветленный раствор смешивают с исходной минерализованной водой, при этом концентрат захолаживают, сначала в теплообменнике, отводя тепло осветленному раствору, затем в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации к источнику холода, после чего полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор перед смешиванием с исходной минерализованной водой пропускают через теплообменник (см. патент РФ на изобретение № 2142329, МПК B01D61/02; C02F01/44, опубл. 10.12.1999 г.).

Основным недостатком известного способа является то, что он применим только для опреснения высокоминерализованной воды и подразумевает использование дополнительного оборудования, а также дополнительных источников энергии.

Известен также способ глубокого обессоливания пресных и солоноватых вод, включающий последовательные процессы по ступеням: осветление, обработка осветленной воды на ионообменных фильтрах и обессоливание на обратноосмотической установке с отводом концентрата из каждой ступени очистки (см. статью Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО-166 на Нижнекамской ТЭЦ-1. - Ходырев Б.Н. и др. // Электрические станции, 2002 №6, с.54-62).

По известному способу процесс обратноосмотического обессоливания осуществляют при постоянном значении приложенного давления ~1070 КПа в аппаратах с однотипными мембранными элементами, при значительных величинах сброса концентрата 15-30% от расхода питательной воды, которым соответствуют низкие значения отношения расходов пермеата к концентрату n=2,3-5,7. Такой способ обессоливания позволяет обеспечить режим работы обратноосмотических установок без образования минеральных отложений в мембранных элементах при относительно неглубоком концентрировании обрабатываемой воды. Вместе с тем этот способ, так же, как и предыдущие, не позволяет увеличить выработку пермеата и, следовательно, отношение расходов пермеата к концентрату, а также использовать получаемый концентрат в качестве регенерирующего раствора Na-катионитных фильтров. В результате указанных особенностей аналога расход воды на собственные нужды в целом по установке обессоливания остается достаточно высоким - 23,5-51,4% от расхода получаемой обессоленной воды. Кроме того, к недостаткам известного способа можно отнести неглубокое обессоливание воды (значения показателя электропроводности пермеата составляют от 7-8 до 40-50 мкСм/см) вследствие отсутствия дополнительной ступени Н-ОН-ионирования пермеата, а также в результате загрязнения мембран органосодержащими отложениями при работе на воде с повышенным содержанием органических веществ, особенно техногенной природы. Это обусловлено отсутствием на стадии предподготовки эффективной ступени очистки воды от растворенных органических веществ.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является известный способ глубокого обессоливания пресных и солоноватых вод, включающий последовательные процессы по ступеням: осветление, обработку осветленной воды на ионообменных фильтрах и обессоливание в обратноосмотической ступени с отводом концентрата из каждой ступени очистки, при этом процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно при более высоком давлении очищаемой воды на каждой последующей стадии обессоливания с соответствующими заданным давлениям мембранами, причем давление очищаемой воды устанавливают в пределах на первой стадии не более 1,6 МПа и не более 4,0 МПа - на последней стадии при отношении расходов пермеата к концентрату обратноосмотической ступени в целом в пределах n=7-99, отвод концентрата из обратноосмотической ступени производят в каждой стадии на регенерацию ионообменных фильтров, а пермеат после обратноосмотической ступени очистки подвергают Н-ОН-ионированию (см. патент РФ на изобретение № 2283288, МПК C02F09/08; B01D61/12; C02F01/42; C02F01/44, опубл. 10.09.2006 г.).

Недостатком известного способа является невозможность восстановить рабочую ионообменную емкость катионита концентратом обратноосмотической установки. В соответствии с условиями достижения равновесия химической реакции обмена ионов Na на Ca и Mg, ионов Na должно быть в «2 с лишним раза» больше, чем Ca и Mg. Только в этом случае рабочая обменная емкость ионита восстановится до целесообразных значений. Катионит, регенерируемый только концентратом обратноосмотической ступени, восстановит только половину рабочей обменной емкости. При последующей регенерации половину от половины и так далее до полного истощения по ионам Na.

Количества кислых стоков, возникающих при регенерации установки H–OH ионирования пермеата, недостаточно для регенерации установки H–катионирования или подкисления исходной воды перед системой обратного осмоса. Так как пермеат содержит минимальное количество минеральных примесей регенерация установки H–OH ионирования пермеата будет производится значительно реже, чем регенерация установки H–катионирования.

Технически и экономически нецелесообразно ограничивать солесодержание концентрата обратноосмотической ступени не более 10 г/л, так как при добавлении в данный концентрат поваренной соли в количестве необходимой для проведения регенерации Na-катионитовой установки солесодержание концентрата составит 22-25 г/л. Производителями современных катионитных смол рекомендуется солесодержание регенерационного раствора поддерживать около 100-120 г/л (8-10%). Кроме того, при солесодержании исходной воды около 1400 мг/л кратность концентрирования концентрата составит n=7, это означает, что количество отводимого концентрата с обратноосмотической ступени составит 14% от расхода, полученного пермеата. Это обстоятельство существенно увеличивает объем образующихся сточных вод и ограничивает целесообразность применения известного способа опреснения верхней границей солесодержания исходной воды на уровне 1000 мг/л.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является увеличение эффективности выделения солей, уменьшение количества получаемых сточных вод и значительная экономия химических реагентов.

Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является существенное увеличение удельного выхода пермеата с обратноосмотической системы обессоливания, уменьшение расхода концентрата по ступеням обессоливания и, соответственно, уменьшение расходов воды на собственные нужды установки до 2,5 -6%.

Указанный технический результат достигается тем, что способ опреснения воды (по первому варианту) заключается в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем в умягченную воду дозируют раствор соляной кислоты, при этом количество кислоты выбирают эквивалентно количеству бикарбоната натрия, затем в декарбонизаторе из воды извлекают свободную углекислоту, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака солерастворителя регенерационный соляной раствор прокачивают последовательно через анионит, а затем через катионит снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.

Целесообразно, чтобы максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, было не менее 50 г/л.

Солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания.

Количество натрия, добавляемого в бак солерастворитель на смешение с рабочим концентратом, определяют как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающим в бак солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.

Количество ступеней обратноосмотической системы определяется из выражения N=logn(25/s)+1, где N-число ступеней обратного осмоса (округляется в большую или меньшую сторону до целого числа); n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5; s – солесодержание исходной воды, мг/л; 25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л; 1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды (концентрация солей на этой стадии предполагается в 2 - 2,5 раза).

Для удаления бикарбонат иона из исходной воды можно пользоваться технологией Сl-анионирования при соблюдении некоторых условий описанных ниже вместо дозирования соляной кислоты.

Указанный технический результат достигается также тем, что способ опреснения воды (по второму варианту) заключается в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем используют установку Cl–анионирования для замещения бикарбонат иона на хлорид ион, при остаточном содержание бикарбонат иона не более 0,2 мг-экв/л, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака солерастворителя регенерационный соляной раствор при помощи насоса подают на установку Cl–анионирования, где прокачивают через колонну с отработанным анионитом снизу вверх, а затем этот регенерационный раствор последовательно прокачивают через отработанный катионит установки Na-катионирования снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.

Целесообразно, чтобы максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, было не менее 50 г/л.

Солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания.

Количество натрия, добавляемого в бак солерастворитель на смещение с рабочим концентратом, определяют как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающим в бак солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.

Количество ступеней обратноосмотической системы определяется из выражения N=logn(25/s)+1, где N-число ступеней обратного осмоса (округляется в большую или меньшую сторону до целого числа); n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5; s – солесодержание исходной воды, мг/л; 25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л; 1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды (концентрация солей на этой стадии предполагается в 2 - 2,5 раза).

Увеличение удельного выхода пермеата происходит за счет использования нескольких ступеней осмотического обессоливания. Как правило, применяется одна ступень обратноосмотического обессоливания воды, соответственно для достижения заданной производительности по очищенной воде необходимо использовать на 30 % больше исходной воды, избыток воды, которой после системы обратного осмоса будет сброшен в канализацию. При использовании ступенчатого осмоса производительность по очищенной воде достигается при использовании только 2,5 – 5% избытка расхода воды от производительности на собственные нужды. Процент выхода пермеата от исходной воды по ступеням системы обратноосмотического обессоливания следующий: первая ступень – 70%, вторая ступень – 21%, третья ступень - 4,4%.

Для примера: при обычной технологии обратноосмотического обессоливания из 145 м3 исходной воды получается 100 м3 очищенной воды на первой и единственной ступени. При ступенчатом осмосе – из 105 м3 исходной воды получается 100 м3 очищенной воды, при этом первая ступень осмоса производит 73 м3, вторая ступень осмоса производит 22,5 м3, третья ступень осмоса производит 4,5 м3 пермеата, всего 100 м3 пермеата. Это достигается за счет более полного использования концентрата на обратноосмотических ступенях.

Процесс опреснения или частичного обессоливания воды ведется при помощи технологии обратноосмотического обессоливания воды, работающей в комбинировании с ионообменными технологиями водоподготовки.

Ионообменные технологии используются для корректировки ионного состава воды, которая впоследствии проходит обессоливание при помощи технологии обратного осмоса.

Данный процесс предполагает высокий коэффициент использования сточных вод, образующихся после обратноосмотического обессоливания с высоким содержанием солей Na на приготовление регенерирующего раствора для Na-катионирования системы предварительного умягчения воды. Тем самым значительно уменьшается общее количество сбрасываемых сточных вод, а также значительно уменьшается расход реагентов для работы системы умягчения.

По способу опреснения воды предлагается производить концентрирование концентрата обратноосмотической ступени до величины солесодержания определяемой исходя из двух условий:

1) количество солей Na в необходимом для регенерации объеме рабочего концентрата после последней ступени обратного осмоса составляет около 40-45% от количества, требуемого для регенерации фильтров умягчения. Необходимо добавить в бак солерастворитель, в рабочий концентрат, около 55-60% поваренной соли. После этого солесодержание рабочего концентрата так же должно увеличиться на 55-60% для получения из него регенерационного раствора необходимого объема с солесодержанием 65-110 г/л. Таким образом, солесодержание достаточного для регенерации объема рабочего концентрата после последней ступени осмоса должно быть около 30-50 г/л;

2) из условия (возможностей) работы мембраны. Максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран (Naк) не должно быть больше 50 г/л.

В соответствии с этими условиями концентрация иона натрия в концентрате после последней ступени обратного осмоса составит Naк=Naум*K (г/л), где Naум – концентрация натрия в обрабатываемой воде после системы умягчения (г/л); K –кратность увеличения солесодержания концентрата на системе обратноосмотического обессоливания. Концентрация (количество) натрия, который необходимо добавить в бак солерастворитель определяется по выражению Naдоб=Naк*(1,05-1,1) (г/л концентрата).

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется изображениями, на которых показано:

фиг. 1 - технологическая схема системы водоподготовки и расходы потоков воды по первому варианту;

фиг. 2 - технологическая схема системы водоподготовки и расходы потоков воды по второму варианту.

Позиции на чертежах обозначают следующее:

1 – установка Na-катионитовых фильтров (два фильтра);

2 – установка дозирования соляной кислоты;

3 – декарбонизатор;

4 - первая ступень обратноосмотической системы обессоливания;

5 - вторая ступень обратноосмотической системы обессоливания;

6 - третья ступень обратноосмотической системы обессоливания;

7 – четвертая ступень обратноосмотической системы обессоливания;

8 - бак солерастворитель;

9 - установка Сl–анионирования воды.

Подробное описание изобретения

Способ опреснения воды предусматривает два варианта его реализации.

Предложенный способ опреснения воды по первому варианту осуществляют следующим образом.

Способ опреснения воды содержит следующие технологические стадии. Вода после предварительного осветления поступает на установку Na-катионитовых фильтров 1 (фиг. 1). Целесообразно, чтобы было установлено не менее двух фильтров, которые работают в непрерывном режиме (по системе TWIN). Жесткость умягченной воды должна быть 0,02-0,1 мг-экв/л. Величина жесткости умягченной воды будет определяться степенью увеличения солесодержания концентрата установками обратного осмоса. Степень увеличения солесодержания может составлять до 100 крат. Соответственно при степени увеличения солесодержания 100 жесткость рабочего концентрата после последней системы обратного осмоса составит около 10 мг-экв/л.

Далее в умягченную воду из установки дозирования соляной кислоты 2 дозируется раствор соляной кислоты. Количество кислоты эквивалентно соответствует количеству бикарбоната. В результате в воде эквивалентно возрастает количество хлорид иона, при этом бикарбонат переходит в воду и углекислый газ. Значение рН воды падает.

Затем в декарбонизаторе 3 из воды извлекается свободная углекислота.

Если из воды не удалять бикарбонат ион, то при многократном концентрировании концентрат уже после второй ступени обратноосмотической системы обессоливания будет содержать преимущественно пищевую соду (бикарбонат натрия), тем самым рН концентрата повысится до 8,3-8,4 и возможно отложение солей жесткости на мембранах второй и последующих ступеней установки обратного осмоса.

Далее вода поступает на первую ступень 4 обратноосмотической системы обессоливания. Соотношение исходного потока к рабочему концентрату («рековери») должно быть примерно 70-75%. Это связано с обеспечением оптимальных параметров работы мембран (давления и расхода воды) для извлечения максимальной производительности по пермеату. Затем рабочий концентрат после первой ступени 4 обессоливания поступает на вход второй ступени 5 системы обессоливания. Соотношение значения потоков на второй ступени 5 поддерживается на уровне как для первой ступени 4. После второй ступени 5 рабочий концентрат используется в качестве исходной воды для третьей ступени 6 системы обессоливания. На каждой ступени обратноосмотической системы обессоливания солесодержание концентрата будет возрастать в 3,5-4 раза.

Таким образом, солесодержание концентрата будет равно исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5-4 в степени, значение которой равна количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания. Если солесодержание исходной воды 1000 мг/л, то солесодержание рабочего концентрата после трех ступеней будет 1000*43= 64000 мг/л. Кратность увеличения солесодержания составит 64. Для упрощения расчета предположим, что вся соль остается в концентрате (солесодержание фильтрата - ноль).

Для исходной воды солесодержанием 500 мг/л получаем 500*43=32000 мг/л.

Соответственно, для воды солесодержанием 500 мг/л возможно использование четвертой ступени осмотического обессоливания с «рековери» 50%.

Для исходной воды солесодержанием 5000 мг/л получаем 5000 * 42= 80000 мг/л.

Вода с исходным солесодержанием 5 г/л позволяет вести процесс опреснения воды «рековери» 93,8%. Т.е. расход концентрата от расхода пермеата составит 6,2%. (для одноступенчатого осмоса – 30%).

Для примера, если производительность установки обессоливания по пермеату – 10 м3/час, то отвод концентрата с солесодержанием 80 г/л составит – 0,62 м3/час.

Рабочий концентрат после четвертой ступени 7 системы обратного осмоса поступает в бак солерастворитель 8, куда добавляется поваренная соль. Расход рабочего концентрата составит 15 литров на 1 м3 исходной воды (1000 литров разделить на кратность увеличения солесодержания 64 получим 15 литров). «Рековери» составляет 98,5%. Количество возвращаемого натрий иона с концентратом теоретически составит 50% количества, требуемого для регенерации Na- катионитовых фильтров 1.

Рабочая обменная емкость катионита должна составить 50% от статической обменной емкости. Рабочая обменная емкость современных смол для оптимального ведения данного процесса умягчения составит 1,0-1,2 г-экв/л смолы, что составляет 50% от статической обменной емкости смолы.

Из бака солерастворителя 8 раствор прокачивается через катионит снизу вверх. Предварительное взрыхление катионита с перемешиванием его слоев нежелательно.

Таким образом, сброс сточной воды с установки обессоливания будет состоять только из сточных вод установки умягчения и системы предварительного осветления воды.

Предложенная схема достаточно вариативна. Возможно на первой стадии добавление соляной кислоты с декарбонизацией, а на второй умягчение. Для воды, содержащей железо, это позволит стабилизировать железо в двухвалентном состоянии и удалить его на фильтре умягчения.

Изобретение (по первому варианту) иллюстрируется следующим примером.

Пример. Применение системы водоподготовки по предложенному (комбинированному) способу опреснения для пресной воды из артезианской скважины. Состав исходной воды представлен в таблице 1. Требуемая производительность по очищенной воде – 100 м3/час.

Таблица 1
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 7,0
Общая щелочность мг-экв/л 4,2
Хлориды мг/л 65
Сульфаты мг/л 84
Натрий+калий мг/л 18
Солесодержание мг/л 549
Кремний (в виде H4SiO4) мг/л Не более 3,0
Железо растворенное мг/л - Не допускается при рН более 6,8
Окисляемость мг O2 0,2-0,5

Технологическая схема системы водоподготовки, по первому варианту, представлена на фиг. 1. Исходная вода данного состава после системы осветления воды поступает в установку Na–катионитовых фильтров умягчения воды. Установка состоит из двух фильтрующих колонн, которые работают последовательно. Одна колонна пропускает (умягчает) воду, вторая колонна находится в регенерации или в режиме ожидания. Колонны заполнены ионообменной смолой на 70% от их объема. Ионообменная смола (катионит) находится изначально в Na форме. Ионы кальция и магния, содержащиеся в исходной воде, обмениваются в колонне в объеме катионита на ионы натрия. Остаточная жесткость умягченной воды должна составлять от 0,02 до 0,1 мг-экв/л. Расход воды после установки умягчения должен быть 101,4 м3/час. После установки умягчения в воду дозируется при помощи станции дозирования раствор соляной кислоты. Станция дозирования состоит из насоса дозатора с водоподъемным и напорным трубопроводами с обратным клапаном и полимерной емкости. Соляная кислота, вступая в химическое взаимодействие с бикарбонат ионом, содержащимся в воде, переводит последний в газообразный диоксид углерода и образует хлорид ион и воду. Остаточное содержание бикарбонат иона в обработанной воде должно быть не более 0,2 мг-экв/л. Таким образом, ионный состав воды представлен солями сильных электролитов. Состав умягченной воды с обработкой НCl представлен в таблице 2.

Таблица 2
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,05
Общая щелочность мг-экв/л 0,2
Хлориды мг/л 213
Сульфаты мг/л 84
Натрий+калий мг/л 178
Солесодержание мг/л 472
Диоксид углерода мг/л 241
рН Ед. рН 4,0

Далее вода направляется на стадию декарбонизации. На данной стадии происходит отгонка из воды диоксида углерода при помощи воздуха. Декарбонизаторы представляют из себя колонные аппараты: атмосферные с насадкой и инжекционные безнасадочные. Также для декарбонизации можно использовать мембранные аппараты с гидрофобными мембранами. После стадии декарбонизации вода поступает через картриджный фильтр тонкой очистки на первую ступень обратноосмотической системы обессоливания. Повышается давление воды при помощи центробежного многоступенчатого насоса высокого давления и вода с давлением 10 бар поступает в мембранный корпус, в котором содержатся мембранные элементы. Мембранные элементы подбираются исходя из солесодержания исходной воды. За счет избыточного давления вода просачивается через поверхность мембранных элементов. Фильтрация организована таким образом, что не вся вода просачивается через мембрану. На первой ступени через мембрану фильтруется только 70-73% от заданной производительности по очищенной воде. Таким образом, формируется два потока: пермеат и концентрат. Пермеат – очищенная вода, поступающая непосредственно потребителю или на коррекционную обработку, концентрат – поток, насыщенный солями поступающий на вторую и последующие ступени обратноосмотического обессоливания. Параметры процесса обратноосмотического обессоливания устанавливаются путем регулирования расхода концентрата и уровня давления воды на входе в мембранный блок. Состав концентрата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлен в таблице 3.

Таблица 3
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,175
Общая щелочность мг-экв/л 0,64
Хлориды мг/л 671
Сульфаты мг/л 293
Натрий+калий мг/л 592
Солесодержание мг/л 1608
Диоксид углерода мг/л 3,7
рН Ед. рН 7,2

Состав пермеата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлен в таблице 4.

Таблица 4
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,01
Общая щелочность мг-экв/л 0,01
Хлориды мг/л 10,9
Сульфаты мг/л 3,2
Натрий+калий мг/л 8,86
Солесодержание мг/л 23,8
Диоксид углерода мг/л 3,1
рН Ед. рН 5,9

Расход концентрата после первой ступени умягчения необходимо установить на уровне 30,42 м3/час, соответственно расход пермеата с первой ступени будет получен в размере 101,4-30,42=70,98 м3/час. Перед второй ступенью при помощи насоса высокого давления второй ступени повышают давление концентрата первой ступени до 15-18 бар. На второй ступени обратноосмотического обессоливания также образуется пермеат и концентрат. Пермеат, очищенный от солей, направляется потребителю, а концентрат на третью ступень обратноосмотического обессоливания. Составы концентрата и пермеата после второй ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 5 и 6.

Таблица 5
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,52
Общая щелочность мг-экв/л 2,08
Хлориды мг/л 2245
Сульфаты мг/л 970
Натрий+калий мг/л 1956
Солесодержание мг/л 5310
Диоксид углерода мг/л 4,2
рН Ед. рН 7,6
Индекс Ланжелье - -1,16

Таблица 6
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 10,1
Сульфаты мг/л 3,0
Натрий+калий мг/л 9,0
Солесодержание мг/л 22,4
Диоксид углерода мг/л 3,8
рН Ед. рН 5,8

На второй ступени через мембрану фильтруется только 20-22,5% от заданной производительности по очищенной воде. Расход концентрата после второй ступени необходимо установить на уровне 9,12 м3/час, соответственно выход пермеата со второй ступени составит 30,42-9,12= 21,3 м3/час. Концентрат после второй ступени направляется на третью ступень обратноосмотической системы обессоливания. Перед третьей ступенью при помощи насоса высокого давления третьей ступени повышают давление концентрата второй ступени до 30-35 бар. При данном давлении происходит процесс обратноосмотического разделения воды данного ионного состава. На третьей ступени через мембрану фильтруется только 4,0-6,5% от заданной производительности по очищенной воде. Составы концентрата и пермеата после третьей ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 7 и 8.

Таблица 7
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 1,73
Общая щелочность мг-экв/л 6,65
Хлориды мг/л 7414
Сульфаты мг/л 3212
Натрий+калий мг/л 6465
Солесодержание мг/л 17539
Диоксид углерода
рН
мг/л 5,6
Ед. рН 7,7
Индекс Ланжелье - - 0,02

Таблица 8
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 31,6
Сульфаты мг/л 4,5
Натрий+калий мг/л 26
Солесодержание мг/л 69
Диоксид углерода мг/л 4,8
рН Ед. рН 5,9

После третьей ступени пермеат отправляется потребителю, а концентрат на четвертую ступень обратноосмотического обессоливания. Расход концентрата после третьей ступени необходимо установить на уровне 2,74 м3/час, соответственно выход пермеата с третьей ступени составит 9,12-2,74=6,4 м3/час. Перед четвертой ступенью при помощи насоса высокого давления четвертой ступени повышают давление концентрата третьей ступени до 50-55 бар. Четвертая ступень увеличивает солесодержание концентрата до рабочих значений 35 г/л. Расход концентрата после четвертой ступени необходимо установить на уровне 1,37 м3/час, соответственно выход пермеата с третьей ступени составит 2,74-1,37=1,37 м3/час. Пермеат после четвертой ступени направляется потребителю. Составы концентрата и пермеата после четвертой ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 9 и 10.

Таблица 9
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 3,46
Общая щелочность мг-экв/л 12,9
Хлориды мг/л 14814
Сульфаты мг/л 6423
Натрий+калий мг/л 12921
Солесодержание мг/л 35022
Диоксид углерода мг/л 12,1
рН Ед. рН 7,7
Индекс Ланжелье - 0,44
Процент насыщения по CaSO4 % 19,84

Таблица 10
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 26,7
Сульфаты мг/л 2
Натрий+калий мг/л 19
Солесодержание мг/л 49
Диоксид углерода мг/л 9,5
рН Ед. рН 5,5

Расход пермеата суммируется по всем четырем ступеням обессоливания и составляет 70,98+21,29+6,4+1,37=100 м3/час. Расход концентрата с установки обратноосмотического обессоливания составит 1,37 м3/час. Расходы потоков воды, по примеру для первого варианта осуществления способа, показаны на фиг. 1.

Затем концентрат после четвертой ступени с солесодержанием 35 г/л поступает в бак солерастворитель. Также в бак солерастворитель добавляется поваренная соль, либо 26% раствор поваренной соли. Солесодержание раствора в баке солерастворителе доводится до 73,5 г/л (73,5 г/л = 35 г/л+35 г/л*1,1) при добавлении реагента NaCl. Если добавлять 26% раствор поваренной соли солесодержание получившегося раствора в баке солерастворителе будет меньше, около 68 г/л. Затем данный раствор при помощи насоса прокачивается через колонну с катионитом установки умягчения воды, которая выведена в регенерацию. Регенерация осуществляется раствором поваренной соли. Для экономии поваренной соли рекомендуется прокачивать раствор из бака солерастворителя через катионит снизу вверх. Соляной раствор прокачивается через катионит не менее 1 часа. Линейная скорость прохождения раствора через катионит должна находиться в диапазоне от 3 до 5 м/час. Затем производится отмывка катионита от продуктов регенерации исходной водой. Удельный расход отмывочной воды равен 11 м3 воды на 1 м3 катионита.

Как видно из таблиц 5, 7 и 9 индекс насыщения Ланжелье на всех ступенях обратноосмотического обессоливания имеет отрицательное значение кроме последней ступени. На последней (четвертой) ступени индекс имеет значение 0,44. Это фактически подразумевает отсутствие процесса отложения солей временной жесткости на всех ступенях обратноосмотического обессоливания воды. Процент насыщения солями CaSO4 составляет 19,84 на последней ступени обессоливания, что говорит об отсутствии процесса отложения данных солей в мембранах.

Предложенный способ опреснения воды по второму варианту осуществляют следующим образом.

Способ опреснения воды содержит следующие технологические стадии. Вода после предварительного осветления поступает на установку Na-катионитовых фильтров 1 (фиг. 2). Целесообразно, чтобы было установлено не менее двух фильтров, которые работают в непрерывном режиме (по системе TWIN). Жесткость умягченной воды должна быть 0,02-0,1 мг-экв/л. Величина жесткости умягченной воды будет определяться степенью увеличения солесодержания концентрата установок обратного осмоса. Степень увеличения солесодержания может составлять до 100 крат. Соответственно при степени увеличения солесодержания 100 жесткость рабочего концентрата после последней системы обратного осмоса составит около 10 мг-экв/л.

При отношении общей жесткости исходной воды (Ж) к бикарбонат иону (HCO3) (мг-экв/л) и отношении гидрокарбонат иона к сумме содержания анионов сильных кислот возможно вместо подкисления воды использовать установку Сl–анионирования воды 9, размещенную после Na–катионитовых фильтров 1 воды перед первой ступенью 4 обратноосмотической системы обессоливания. При недостаточно полном удалении бикарбонат иона на установке Cl–анионирования воды 9 возможно использование системы дозирования соляной кислоты 2 после установки Cl- анионирования воды 9 для удаления остаточного содержания бикарбонат иона.

Если из воды не удалять бикарбонат ион, то при многократном увеличении солесодержания концентрат уже после второй ступени 5 обратноосмотической системы обессоливания будет содержать преимущественно пищевую соду (бикарбонат натрия), тем самым рН концентрата повысится до 8,3-8,4 и возможно отложение солей жесткости на мембранах второй и последующих ступеней установки обратного осмоса.

Далее вода поступает на первую ступень 4 обратноосмотической системы обессоливания. Соотношение исходного потока к рабочему концентрату («рековери») должно быть примерно 70-75%. Это связано с обеспечением оптимальных параметров работы мембран (давления и расхода воды) для извлечения максимальной производительности по пермеату. Затем рабочий концентрат после первой ступени 4 системы обессоливания поступает на вход второй ступени 5 системы обессоливания. Соотношение значения потоков на второй ступени 5 поддерживается на уровне как для первой ступени 4 обратноосмотической системы обессоливания. После второй ступени 5 рабочий концентрат используется в качестве исходной воды для третьей ступени 6. На каждой ступени обратноосмотической системы обессоливания солесодержание концентрата будет возрастать в 3,5-4 раза.

Рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель 8, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–катионитового фильтра 1 объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л. Из бака солерастворителя 8 регенерационный соляной раствор при помощи насоса подают на установку Cl–анионирования воды 9, где прокачивают через колонну с отработанным анионитом снизу вверх. Затем этот регенерационный раствор последовательно прокачивают через отработанный катионит установки Na-катионирования 1 снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.

Изобретение (по второму варианту) иллюстрируется следующим примером.

Пример. Применение системы водоподготовки по предложенному (комбинированному) способу опреснения для солоноватой воды из артезианской скважины. Состав исходной воды представлен в таблице 11. Требуемая производительность по очищенной воде – 100 м3/час.

Таблица 11
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 24,0
Общая щелочность мг-экв/л 11,2
Хлориды мг/л 382
Сульфаты мг/л 288
Натрий+калий мг/л 92
Солесодержание мг/л 1865
Кремний (в виде H4SiO4) мг/л Не более 3,0
Железо мг/л - Не допускается
Окисляемость мг O2 0,2-0,5

Технологическая схема системы водоподготовки по второму варианту представлена на фиг. 2. Исходная вода данного состава после системы осветления воды поступает в установку Na–катионитового умягчения воды. Установка состоит из двух фильтрующих колонн, которые работают последовательно. Одна колонна пропускает (умягчает) воду, вторая колонна находится в регенерации или в режиме ожидания. Колонны заполнены ионообменной смолой на 70% от их объема. Ионообменная смола (катионит) находится изначально в Na форме. Ионы кальция и магния, содержащиеся в исходной воде, обмениваются в колонне в объеме катионита на ионы натрия. Остаточная жесткость умягченной воды должна составлять от 0,02 до 0,1 мг-экв/л. Расход воды после установки умягчения должен быть 104,2 м3/час. После установки умягчения вода направляется на установку Сl–анионирования. Умягченная вода, проходя через установку Cl–анионирования, замещает анионы сульфата и бикарбоната на анионы хлорида, содержащиеся в анионообменной смоле. Конструктивно данная установка повторяет установку Na – катионирования, только в качестве ионообменного материала используется анионообменная сильноосновная смола. Остаточное содержание бикарбонат иона в обработанной воде после установки Cl-анионирования должно быть не более 0,2 мг-экв/л. Использование процесса Cl–анионирования вместо дозирования соляной кислоты возможно при выполнении следующих условий: при отношении общей жесткости исходной воды (Ж) к бикарбонат иону (HCO3) (мг-экв/л) и отношении гидрокарбонат иона к сумме содержания анионов сильных кислот вместо подкисления воды используют установку Сl– анионирования воды, установленную после Na–катионирования воды перед первой ступенью обратноосмотической системы обессоливания.

Таким образом, ионный состав воды представлен солями сильных электролитов. Состав воды после Cl-анионирования представлен в таблице 12.

Таблица 12
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,05
Общая щелочность мг-экв/л 0,2
Хлориды мг/л 722
Сульфаты мг/л 288
Натрий+калий мг/л 642
Солесодержание мг/л 1715
Диоксид углерода мг/л 1,2
рН Ед. рН 7,0

Далее вода поступает через картриджный фильтр тонкой очистки на первую ступень обратноосмотической системы обессоливания. Повышается давление воды при помощи центробежного многоступенчатого насоса высокого давления и вода с давлением 19 бар поступает в мембранный корпус. В корпусе содержатся мембранные элементы. Мембранные элементы подбираются исходя из солесодержания исходной воды. За счет избыточного давления вода просачивается через поверхность мембранных элементов. Фильтрация организована таким образом, что не вся вода просачивается через мембрану. На первой ступени через мембрану фильтруется только 70-73% от заданной производительности по очищенной воде. Таким образом, формируется два потока: пермеат и концентрат. Пермеат – очищенная вода, поступающая непосредственно потребителю или на коррекционную обработку, концентрат – поток, насыщенный солями, поступающий на вторую и последующие ступени обратноосмотического обессоливания. Параметры процесса обратноосмотического обессоливания устанавливаются путем регулирования расхода концентрата и уровня давления воды на входе в мембранный блок. Составы концентрата и пермеата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 13 и 14.

Таблица 13
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,167
Общая щелочность мг-экв/л 0,65
Хлориды мг/л 2549
Сульфаты мг/л 953
Натрий+калий мг/л 2121
Солесодержание мг/л 5667
Диоксид углерода мг/л 1,11
рН Ед. рН 7,5

Таблица 14
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 11,5
Сульфаты мг/л 3
Натрий+калий мг/л 9
Солесодержание мг/л 23,77
Диоксид углерода мг/л 0,9
рН Ед. рН 5,8

Расход концентрата после первой ступени умягчения необходимо установить на уровне 31,26 м3/час, соответственно расход пермеата с первой ступени будет получен в размере 104,2–31,26=72,94 м3/час. Перед второй ступенью при помощи насоса высокого давления второй ступени повышают давление концентрата первой ступени до 30-35 бар. На второй ступени обратноосмотического обессоливания также образуется пермеат и концентрат. Пермеат очищенный от солей направляется потребителю, а концентрат на третью ступень обратноосмотического обессоливания. Составы концентрата и пермеата после второй ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 15 и 16.

Таблица 15
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,52
Общая щелочность мг-экв/л 2,09
Хлориды мг/л 8418
Сульфаты мг/л 3155
Натрий+калий мг/л 7008
Солесодержание мг/л 18718
Диоксид углерода мг/л 2,1
рН Ед. рН 7,7
Индекс Ланжелье - -1,127

Таблица 16
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 36
Сульфаты мг/л 10
Натрий+калий мг/л 28
Солесодержание мг/л 74,8
Диоксид углерода мг/л 1,65
рН Ед. рН 5,9

На второй ступени обратноосмотического обессоливания через мембрану фильтруется только 20-22,5% от заданной производительности по очищенной воде. Расход концентрата после второй ступени необходимо установить на уровне 9,37 м3/час, соответственно, выход пермеата со второй ступени составит 31,26-9,37=21,89 м3/час. Концентрат после второй ступени направляется на третью ступень обратноосмотической системы обессоливания. Перед третьей ступенью при помощи насоса высокого давления третий ступени повышают давление концентрата второй ступени до 50 бар. При данном давлении происходит процесс обратноосмотического разделения воды данного ионного состава. На третьей ступени через мембрану фильтруется только 4,0-6,5% от заданной производительности по очищенной воде. Составы концентрата и пермеата после третьей ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 17 и 18.

Таблица 17
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 1,21
Общая щелочность мг-экв/л 4,75
Хлориды мг/л 18669
Сульфаты мг/л 7009
Натрий+калий мг/л 15548
Солесодержание мг/л 41534
Диоксид углерода мг/л 4,0
рН Ед. рН 7,6
Индекс Ланжелье - -0,05
Процент насыщения по CaSO4 % 10,42

Таблица 18
Показатель Единица измерения Значение
Общая жесткость мг-экв/л 0,005
Общая щелочность мг-экв/л 0,005
Хлориды мг/л 33,5
Сульфаты мг/л 2,2
Натрий+калий мг/л 23
Солесодержание мг/л 59,7
Диоксид углерода мг/л 3,35
рН Ед. рН 5,6

После третьей ступени пермеат отправляется потребителю, а концентрат в бак солерастворитель. Расход концентрата после третьей ступени необходимо установить на уровне 4,2 м3/час, соответственно, выход пермеата с третьей ступени составит 9,37-4,2=5,17 м3/час. Третья ступень увеличивает солесодержание концентрата до рабочих значений 42 г/л. Расход пермеата суммируется по всем четырем ступеням обессоливания и составляет 72,94+21,89+5,17=100 м3/час. Расход концентрата с установки обратноосмотического обессоливания составит 4,2 м3/час. Расходы потоков воды, по примеру для второго варианта осуществления способа, показаны на фиг. 2.

Затем концентрат после третьей ступени с солесодержанием 42 г/л поступает в бак солерастворитель. Также в бак солерастворитель добавляется поваренная соль, либо 26% раствор поваренной соли. Солесодержание раствора в баке солерастворителе доводится до 86,1 г/л (86,1 г/л=41г/л+41г/л*1,1), при растворении NaCl. Если добавлять раствор поваренной соли солесодержание получившегося раствора в баке солерастворителе будет меньше. Затем данный раствор при помощи насоса прокачивается последовательно через колонну с анионитом установки Cl-анионирования, затем через колонну с катионитом установки Na-катионирования воды, которые выведены в регенерацию. Вывод в регенерацию установки Na–катионирования и Сl–анионирования производится одновременно. Регенерация осуществляется раствором поваренной соли. Для экономии поваренной соли рекомендуется прокачивать раствор из бака солерастворителя через катионит снизу вверх. Соляной раствор прокачивается через анионит, затем катионит не менее 1 часа. Линейная скорость прохождения раствора через ионообменные смолы должна находиться в диапазоне от 3 до 5 м/ч. Затем производится отмывка анионита и катионита от продуктов регенерации исходной водой. Удельный расход отмывочной воды равен 11 м3 воды на 1 м3 смолы.

Как видно из таблиц 15 и 17 индекс насыщения Ланжелье на всех ступенях обратноосмотического обессоливания имеет отрицательное значение. Это фактически подразумевает отсутствие процесса отложения солей временной жесткости на всех ступенях обратноосмотического обессоливания воды. Процент насыщения солями CaSO4 составляет 10,42 на последней ступени обессоливания, что говорит об отсутствии процесса отложения данных солей в мембранах.

Применение комбинированной технологии опреснения воды по предложенному способу по затратам соизмеримо с традиционными схемами обратноосмотического обессоливания воды. При этом расход сточной воды по данной схеме составляет около 2,5-6% от производительности. Сброс сточной воды после установки осмоса отсутствует. Расход сточной воды в традиционных схемах обратноосмотического обессоливания составляет около 35-40% от производительности.

Настоящее изобретение не ограничено описанными выше примерами, приведенными лишь в качестве иллюстрации конкретных вариантов его осуществления.

Предложенная простая технология опреснения воды позволяет получить увеличение эффективности выделения солей, уменьшение количества получаемых сточных вод и значительную экономию химических реагентов

1. Способ опреснения воды, заключающийся в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем в умягченную воду дозируют раствор соляной кислоты, при этом количество кислоты выбирают эквивалентно количеству бикарбоната натрия, затем в декарбонизаторе из воды извлекают свободную углекислоту, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания направляют в бак-солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака-солерастворителя регенерационный соляной раствор прокачивают последовательно через анионит, а затем через катионит снизу вверх с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, не должно быть больше 50 г/л.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество натрия, добавляемого в бак-солерастворитель на смещение с рабочим концентратом, определяется как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающем в бак-солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество ступеней обратноосмотической системы N определяется из выражения

N=logn(25/s)+1,

где n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5;

s – солесодержание исходной воды, мг/л;

25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л;

1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды.

6. Способ опреснения воды, заключающийся в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем используют установку Cl–анионирования для замещения бикарбонат-иона на хлорид-ион, при остаточном содержании бикарбонат-иона не более 0,2 мг-экв/л, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания направляют в бак-солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака-солерастворителя регенерационный соляной раствор при помощи насоса подают на установку Cl–анионирования, где прокачивают через колонну с отработанным анионитом снизу вверх, а затем этот регенерационный раствор последовательно прокачивают через отработанный катионит установки Na-катионирования снизу вверх с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, не должно быть больше 50 г/л.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что количество натрия, добавляемого в бак-солерастворитель на смешение с рабочим концентратом, определяется как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающем в бак-солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что количество ступеней обратноосмотической системы N определяется из выражения

N=logn(25/s)+1,

где n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5;

s – солесодержание исходной воды, мг/л;

25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л;

1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике очистки дренажных и сбросных вод от загрязнений и может быть использовано в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота.
Изобретение относится к очистке производственно-дождевых сточных вод. Установка очистки сточных вод содержит накопительную емкость 1 с вводом сточных вод и средством аэрации потока сточных вод, соединенную с блоком 2 разделения стоков, и перекачивающие насосы 3, 4, 5.

Изобретение относится к интегрированной установке для переработки отходов медицинской лаборатории. Установка содержит, по меньшей мере, контейнер для сбора отходов и загрузочный насос, который переносит отдельные порции отходов в резервуар, таким образом, что установка работает благодаря гравитации прерывистыми циклами.

Изобретение может быть использовано в системах водоподготовки хозяйственно-бытового и производственного назначения, преимущественно для получения качественной питьевой воды из природных северных источников.

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано в системах предварительной очистки природных вод подземных водоисточников преимущественно от железа, марганца и взвешенных веществ в хозяйственно-питьевом, промышленном и сельскохозяйственном водоснабжении.

Изобретение может быть использовано для безреагентной очистки сапонитсодержащей воды и уплотнения сапонитсодержащего осадка. Для осуществления способа формируют излучение бегущих гидроакустических волн звукового и ультразвукового диапазонов частот, воздействуют излучением на загрязненную сапонитсодержащую воду, осуществляют гидроакустическую коагуляцию и осаждение сапонитсодержащих частиц, уплотнение тел водоупорных дамб и акустическую сушку осадка.

Изобретение относится к станциям водоподготовки и может быть использовано для водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий. Способ очистки жидкости включает подготовку воды перед очисткой путем ввода реагентов, очистку воды методом гравитационного осаждения с применением балластных материалов и методом фильтрации, гидроциклонное разделение балласта и удаленных из жидкости примесей, обеззараживание воды перед отправкой ее потребителю.

Изобретение может быть использовано для безреагентной очистки оборотных и сточных вод от сапонитсодержащих шламовых частиц и уплотнения сапонитсодержащего осадка в хвостохранилищах.

Изобретение относится к комплексам очистки сточных вод, предназначенным для глубокой физико-химической и биологической (комбинированной) очистки производственных сточных вод от взвешенных веществ, соединений азота, фосфора, поверхностно-активных веществ и других загрязнителей с обеспечением качества очистки до требований, допускающих сброс очищенной воды в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Изобретение может быть использовано для сгущения продуктов обогащения обогатительных фабрик, гидрометаллургии, для очистки оборотных промышленных вод, для подготовки питьевой воды и дальнейшего использования сгущенного осадка в качестве сырья.

Изобретение может быть использовано для очистки городских стоков и стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов с последующим их сбросом в водоем.

Изобретение относится к технике очистки дренажных и сбросных вод от загрязнений и может быть использовано в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота.

Изобретение относится к системе очистки сточных вод, содержащих органические, преимущественно белковые, загрязнения, и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод молочных производств.

Изобретение относится к многофункциональным системам, оборудованию и соответствующим способам переработки фекальных масс и пищевых отходов. Многофункциональная система переработки отходов для выработки электроэнергии и питьевой воды содержит первую ступень узла сушки топлива, включающую в себя первую емкость под давлением, предназначенную для вмещения ила, содержащего воду и твердые вещества, вторую емкость под давлением, примыкающую к первой емкости под давлением и предназначенную для вмещения изолированного от ила высокотемпературного отработавшего пара, который нагревает и частично сушит ил и генерирует первичную иловую воду в паровой фазе и уплотненный ил, вторую ступень узла сушки топлива, включающую в себя третью емкость под давлением, предназначенную для приема уплотненного ила, и четвертую емкость под давлением, примыкающую к третьей внутренней сушильной емкости и предназначенную для приема и вмещения первичной иловой воды в паровой фазе таким образом, что первичная иловая вода в паровой фазе оказывается отделенной от уплотненного ила и нагревает и сушит уплотненный ил, чтобы получить вторичную иловую воду в паровой фазе и высушенный твердый топливный материал, причем по меньшей мере часть первичной иловой воды конденсируется в жидкую фазу, систему водоподготовки, которая получает первичную и вторичную иловую воду либо в паровой, либо в жидкой фазе, или в обеих фазах, причем система водоподготовки имеет конденсатор, очистительное устройство и фильтр, при этом первичная или вторичная иловая вода в паровой фазе конденсируется и первичная или вторичная иловая вода в жидкой фазе очищается и фильтруется для получения питьевой воды, узел топочной камеры, предназначенный для сжигания высушенного твердого топлива, поступающего из второй ступени узла сушки топлива, для выработки пара в котле, и узел генератора с паровым приводом, приводимый в действие поступающим из котла паром и предназначенный для выработки электроэнергии, причем узел генератора с паровым приводом создает высокотемпературный отработавший пар.

Изобретение относится к технике очистки и обеззараживания воды из природных сильно загрязненных источников. Установка очистки и обеззараживания воды содержит фильтр предварительной очистки воды, подключенный входом к источнику исходной воды и выходом к контактной емкости, к которой подключен источник озона, а выходом обработанной озоном воды контактная емкость сообщена с ультрафильтрационным модулем с установленной в нем ультрафильтрационной мембраной, а выходом очищенной воды ультрафильтрационный модуль сообщен с модулем обратного осмоса, при этом контактная емкость снабжена насосом подачи обработанной озоном воды и эжектором, сопло которого подключено к выходу насоса подачи обработанной озоном воды, эжектор подключен к контактной емкости в зоне, ниже заданного уровня воды в контактной емкости, при этом контактная емкость подключена к источнику озона через эжектор, который сообщен с источником озона входом в его камеру смешения, ультрафильтрационный модуль подключен входом к выходу насоса подачи обработанной озоном воды из контактной емкости посредством трубопровода подачи обработанной озоном воды, причем на последнем последовательно по ходу обработанной озоном воды установлены обратный клапан и регулировочный клапан подачи обработанной озоном воды, полость ультрафильтрационного модуля перед ультрафильтрационной мембраной через сбросной кран сообщена с канализацией, а полость после ультрафильтрационной мембраны подключена через второй обратный клапан и регулятор соотношения обессоленной и необессоленной воды к накопительной емкости и через угольный фильтр и перепускной кран к входу насоса подачи очищенной воды, последний выходом подключен к модулю обратного осмоса, который выходом пермеата подключен к накопительной емкости и выходом воды, составляющей от 38 до 42% (объемн.) от поступившей на обратный осмос воды и не прошедшей через мембрану обратного осмоса с концентрированными в ней примесями, сообщен через сбросной кран с канализацией, через третий обратный клапан - с входом в модуль обратного осмоса и через запорный кран - с емкостью реагентов для промывки мембраны обратного осмоса, которая посредством насоса для промывки подключена к входу в модуль обратного осмоса, а ультрафильтрационный модуль выходом очищенной воды подключен к промежуточной накопительной емкости с промывным насосом.
Изобретение относится к очистке производственно-дождевых сточных вод. Установка очистки сточных вод содержит накопительную емкость 1 с вводом сточных вод и средством аэрации потока сточных вод, соединенную с блоком 2 разделения стоков, и перекачивающие насосы 3, 4, 5.

Изобретение относится к интегрированной установке для переработки отходов медицинской лаборатории. Установка содержит, по меньшей мере, контейнер для сбора отходов и загрузочный насос, который переносит отдельные порции отходов в резервуар, таким образом, что установка работает благодаря гравитации прерывистыми циклами.

Изобретение может быть использовано в системах водоподготовки хозяйственно-бытового и производственного назначения, преимущественно для получения качественной питьевой воды из природных северных источников.

Изобретение относится к области очистных сооружений, а именно к станциям очистки производственно-дождевых сточных вод для переработки дождевых, талых, сточных вод и вод производственного характера.

Изобретение относится к устройству и способу получения обогащенной водородом воды и может быть использовано в медицинском оборудовании для оздоровительно-лечебных процедур и в хозяйственно бытовой деятельности.

Изобретение относится к комплексу оборудования, предназначенного для получения сорбционных материалов для обработки и очистки жидких сред, зараженных токсичными и радиоактивными веществами, преимущественно для извлечения долгоживущих радионуклидов цезия и стронция из высокосолевых растворов, в частности из жидких радиоактивных отходов.

Изобретения могут быть использованы для получения воды питьевого качества и для использования в технологических процессах в результате опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной жесткостью. Способ включает предварительное осветление исходной воды, подачу в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-эквл. Затем в умягченную воду дозируют раствор соляной кислоты в эквивалентном количестве к бикарбонату натрия. В декарбонизаторе из воды извлекают свободную углекислоту и направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата. При этом на первой ступени соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75 и рабочий концентрат направляют на вторую ступень. После второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени. Рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней от 10 до 50 бар. Рабочий концентрат после последней ступени направляют в бак-солерастворитель, в который добавляют поваренную соль. Солесодержание для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени устанавливают в пределах 30-50 гл. Регенерационный соляной раствор прокачивают через катионит снизу вверх с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию. Способы обеспечивают увеличение удельного выхода пермеата с обратноосмотической системы обессоливания, уменьшение расхода концентрата по ступеням обессоливания и, соответственно, уменьшение расходов воды на собственные нужды установки до 2,5-6. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 18 табл., 2 пр.

Наверх