Способ деминерализации воды Советский патент 1992 года по МПК B01D61/42 G05D27/00 

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 фо- тоэлектродиализной 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

или хранения, что усложняет и удорожает реализацию способа в эксплуатации.

Известна установка, реализующая способ деминерализации воды,основанный на электродиализе с противотоком потокоа 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 № 874091 от 4.07.78 г., опублик. 23.10.81., БИ N 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

(Л

J

VJ

СлЭ

4 О

ю

соб, кроме того, в связи с тем, что в установках, реализующих данный способ, отсутствует информация о подтверждении или о возможности работы элеткродиализных аппаратов с электропитанием от возобновляемых источников энергии, ограничивается область практического применения установок, реализующих этот способ в местах, лишенных централизованного энергоснабжения.

Из известных способов деминерализации воды наиболее совершенным, близким по технической сущности и выбранным s качестве прототипа для заявляемого является способ деминерализации воды (А,С, СССР Г 793598 от 25.11.78 г. опублг к. 07.01,81 БИ Ms 1), основанный на том, что электродиализу подвергают часть исходного объема воды, вычисленную по формуле

V V0

о-ё)

о;

ъ

где V0 - исходный объем воды; V -- объем воды, подвергаемой электродиализу; Со - концентрация соли в исходном растворе; С

-заданная конечная концентрация соли; См

-концентрация соли в диамате, соответствующая минимуму среднего сопротивления диализатора. Электродиализ аедут до концентрации соли, при которой среднее сопротивление диализатора минимальное, и полученный диамат смешивают с оставшейся частью исходной воды,

Прототип имеет следующие недостатки.

Так как процесс электродиализа не является безотходным в виду наличия сброса рассола, возникает угроза экологического загрязнений окружающей среды, особенно эта опасность возрастает при крупнотоннажном производстве пресной аоды или борьбе с засолением орошаемых земель.

Установки, реализущие способ-прототип, работоспособны от 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 централизованного электроснабжения.

Цель изобретения - повышение экологической чистоты за счет безотходное™ фо- тоэле ктродиал и за.

С выхода электродиализного,аппарата рассол полностью возвращают на вход смесителя и поддерживают значения степени минерализации на выходе смесителя в соответствии с выражением

г Qt At -Ci +Q2 At С2+Усм -С1 Срез ,

где Срез - значение заданной степени минерализации воды на выходе смесителя;

Ci и С2 значения степени минерализации сходной воды и рассола;

Qi и Q2 - заданные расходы исходной воды и рассола;

VCM - количество исходной воды, заполняющей емкость смесителя;

V.- суммарное количество разбавленного раствора опресняемой воды;

At - 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.

Кроме того, в способе деминерализации воды в начальный момент фотоэлектродиа- лиза 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 фотоэлектродианализа тока через электродиализный аппарат уменьшают с максимального 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 деминерализации 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 электродиализного 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 управления заполнением исходной водой проходной емкости смесителя, изменение степени минерализации исходной, опресняемой, пресной воды и рассола.

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

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

с-са

CM w i

0)

Преобразуя выражение (1), приходим к 2Q

виду

V (Со - Cm) V0 (Со - С) .(2)

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

( Q (Со - Cm) Q (Со - С), | Q X Qo С2 ,

(3)

где V Q A t - объем количества воды, подлежащей смешиванию;

Q и Qo - заданные расходы воды и рас- сола соответственно;

At - заданный промежуток времени;

Ci Со - Си - степень минерализации воды, полученной путем смешивания исходной воды и диамата;

Са Со С - степень минерализации воды, полученной путем смешивания воды и воды, опресненной по заданной концентрации соли.

Анализируя вы.З и 4, отметим, что ба- ланс количества исходной и опресненной воды и степень ее минерализации сохраняются при варьировании значений расходов л степени минерализации смешиваемых по составу рестворов. Таким образом, стано- вится возможным регулировать процесс разбавления (снижения) концентрации соли рассола на выходе электродиализного аппарата исходной водой, причем процесс этот реализуется как в непрерывном во времени режиме, так и в импульсивном (порционных) режимах. В связи с указанными элементами регулирования - расходом и степенью минерализации рассола и исходной воды и в соответствии с тем, что в смесителе, осуществляющем 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

Qi At Ci + Q2 At C2 + Vcm Ci Vj; Срез

.(5)

10

15

Q

5

0

5

0

5 0 5

рез

Qi At Ci + Q2 At €2 + Уем Ci

v

где Qi и Q2 - заданные расходы исходной воды и рассола;

VCH - количество обьема исходной воды, заполняющей емкость смесителя;

- суммарное количество разбавленного раствора опресняемой воды;

Ci и С2 - значения степени минерализации исходной воды и рассола;

Срез - наибольшее значение заданной степени минерализации;

At- 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 злектродиалиэного 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, обес- соливании артезианских и водопроводной воды, а также речных и сточных вод. Начальные значения степени минерализации исходных вод, подлежащих электродиализу, находятся в пределах (38-0,15) , а конечные значения степени минерализации на выходе электродиализного аппарата - в пределах (1,5-0,05) . Удельные энергозатраты достигают (0,3-2) кВт ч м . Плотность рабочего тока злектродиалмзаторэ а пределах 1-400 А2, Температура исходной воды в пределах 281-323 К, Напряжения на клеммах элекгродиализкых аппаратов достигают 40-300 В.

Кроме того, следует отметить то, что при создании электродиализных установок с использованием солнечных батарей широко используют стандартное оборудование, агрегаты и элементы, серийно изготовпяемые отечественной промышленностью, в число которых входит и контроль измерительная и регулирующая аппаратура - датчики давления, расходов и солесодержачия, регулируемые клапаны и вентипм, регулируемые дроссели и гидрораспределители, а тзкже типовые блоки управления технологическими процессами.

На основании изложенного для реализации предлагаемого способа деминерализации воды необходимо выполнять следующие операции м приемы проведения с соблюдением соответствующих режимов технологического процесса.

Предварительные операции.

На основе заданных технических требований, предъявлрймух к предлагаемой способу деминерализации воды, расчэтпь гм путем определяют электрические параметры (амплитуду, частоту млм длительность импульсного рабочего тока электродмализа- тора, рабочее напряжение на его клеммах, а также потребляемую моа ность) злектро- диализатора, обеспечивающие заданное снижение еолееодержанмп на его выходе, включая, при необходимости т число ступеней злектродиализатора,

По результатам полученных данных осуществляют выбор 54 обоснование типовых конструкций (см. например, ЭДАтмпа ЭОУ- НИИМП-25М, типа ЭОСХ, ЭОУ- Бархан, типа ЭДУ-1000 и др.) и технологического процесса электродиализаторов, а также выполняют монтаж м пусконаладочныв работы схемы электродиализатора, реализующее предлагаемый способ.

Согласно электрическим параметрам электродиализатора, насосоз прокачки исходной воды, рассола и пресной воды, а также потребляемой мощности блока регулирования и управления, совместного с блоком контроля и измерений (например, стандартные блоки аналогичного назначения - промышленные средства типе УПЭ7,

типа БСК-311, типа уровень Уровень-1 и типоустройства Кедр), а также с учетом напичия стабилизатора постоянного тока и напряжения и импульсного источника тока

на основе блокинга-генератора, например, Захаров В.К, и др. Электронные устройства автоматики и телемеханики Д-д, Энерго- атомиздат, 1984, 432 с.) осуществляют выбор фотоэлектрической установки из

стандартных солнечных батарей типа Стзрт-БС-1, Старт-БС-2, или типа МВМ564.161.00ПС или типа ФШ. 579.169. ПС и т.д.

Основные операции и режимы их проведения,

Включают гидравлическую и электрическую схемы электродиализатора, рецирку- лмруют рассол посредством его подачи с выхода электродиализатора на один из

входов смесителя запорно-регулируемой арматуры трубопроводной системы электродиализной установки.

При этом в смесителе разбавляют рассол исходной водой от водоисточника при

заданных параметрах - степени солесодер- жзния (минерализации) и их расходов так, что на входе электродиализатора обеспечивают бапэис расходов и степени минерализации исходной воды на входе .электродиализного

атаратл и рассола с пресной водой на его яиходе, причем рассол полностью возвращают через смеситель на вход электродиа- л зного аппарата при заданном расходе и степени минерализации опресняемой воды

но выходе смесителя не более заданного значения, соответствующего значениям параметров установившегося процесса электродиализа.

Непревышение заданного значения

степени минерализации опресняемой воды на входе электродиализатора достигают двумя методами.

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

идентичные по составу компоненты создают с помощью определенного объема рассола на выходе электродиализатора, который также смешиваютс исходной водой, используют при этом трехплунжерные кривошипные насосы по ГОСТ 19028-73 с подачей 0,63-10 см3 типа ПТ-1 или Т-2, поошне- зые насосы типа HP с подачей 0,4-4 м , насосы типа Н РЛ с подачей 0,25-8 м3 и т.д. Могут быть также использованы дозирующие 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 электродиализного аппарата на установившийся режим по гидравлическим и электрическим параметрам.

Непревышение заданного значения степени минерализации опресняемой воды на входе электродиализатора достигают за счет предварительного временного проведения прсдесса электродиализатора с элек- трическими параметрами рабочего тока (амплитуда, с.ота 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 номинальных (максимальное значение тока ограничено элект- рофизическими 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 разбавлении этого состава рассола с исходной водой получа- ют опресняемую воду заданного расхода со степенью минерализации не более заданного значения, а затем стабилизуют процесс электродиализатора путем регулирования значения параметра рабочего тока (см. пара- метры рабочего тока), а именно, учитывая, что производительность электродиализного аппарата пропорциональна плотности тока, то максимальное значение тока фотоэлектролиза устанавливают при заданных парамет- pax мембран до проявлений явления поляризации на мембранах в соответствии с плотностью тока не более 300 . При этом уменьшают значения тока электродиализного аппарата по ступенчато-убываю- щей зависимости до тех пор, пока степень минерализации воды на выходе смесителя на станет равной расчетному по выр. 6.

Разбавление рассола исходной водой осуществляют путем поэтапного электродиализа, 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 зэпорно- регулирующей 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 ,1 В, тока 0,001-0,1 А, 0,1-103 Ом и частоты 0-10 кГц с датчиков 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.З, содержит солнечную батарею 1, подключенную через стабилизатор 2 и импульсный источник тока 3 к электродиализному аппарату 4,вход 5 которого соединен со смесителем 6 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.

Фотоэлектродиализная установка, изображенная на фиг.З, работает следующим образом.

В начальный момент времени (см. фиг.6-8) поступления солнечного излучения Ф на выходе солнечной батареи 1 появится Uc6 и 1сб (см. фиг.7), а на выходе стабилизатора 2 - UCT и Ст (см. фиг.7). Наряду с этим через смеситель 6 и электродиализный аппарат 4 протекает опресняемая вода, создаваемая потоком воды с расходом Он , степенью минерализации Сисх.в, поступающей от водоисточника, и концентрированным рассолом с расходом О и степенью

минерализации (рассол содержит дополнительную концентрацию соли), мэ бача 19 подаваемой через дозатор (насос-дозатор) 10. В этом случае опресняемая вода после смесителя б на входе 5 электродиализатора имеет заданные гидравлические параметры: расход Он и степень минерализации опресняемой воды не превышает значения Сопр в (см. фиг.11), а рабочий импульсный ток имеет значение ч.

При достижении времени на выходе электродмализного аппарата 4 появляются пресная вода с рассолом Qni3 0,5 степенью минерализации Спв, а также рассол с расходом Qp 0.5 О степенью минерализации Ср (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 водоисточника от QH до значения Qy-, с помощью регулируемого дросселя 7 (см. фиг.9). Таким образом происходит вывод установки на установившийся режим электродиализа, при котором на вход электродиализного аппарата 4 с расходом Q и степенью минерализации Сопр.в. поступает опресняемая вода. Данный процесс продолжается до момента времени t2 в течение всего светового дня и в течение всего этого времени пресная вода поступает с бак 13 сбора пресной воды или непосредственно потребителю, э рассол постоянно рециркулируют и возвращают на вход 14 смесителя.

Следует отметить, что образуемые в процессе электродиализа щелочной раствор из катодной камеры и кислый мз анодной камеры электродмализного 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 фотоэлектродиализ- ной установки необходима подготовка исходной воды, позволяющая удалить грубодисперсные и коллоидные примеси, соли кальция, магния, железа 0,5 мг , марганца 0,5 мг , общей жесткости 40 мгэкв л .

На фиг.4 изображена функциональная схема фотоэлектродиализной установки, которая в отличие от установки на фиг.З между импульсным источником тока 3 и электроднализным аппарато 4 имеет управляемый аттенюатор 20, позволяющий

регулировать значения рабочего тока электродиализного аппарата 4.

Фотоэлектродиализная установка на фмг.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

0 фмг.З. 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

5 управляемого 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 QH степенью ми0 нерализации Сисх.в, создающая пресную воду со степенью минерализации Сп, значительно меньшей, чем заданное значение степени минерализации по техническим требованиям потребителя, и расходом

5 Qn. Кроме того с выхода 12 электродиализного аппарата 4 насосом 15 рассол расходом и степенью минерализации С Р подается на вход 14 смесителя 6, на другой его вход поступает исходная вода от водоисточника.

0 При этом на выходе смесителя и входе 5 электродиализного аппарата 4 - опресняемая вода расходом Qon О-:,- и степенью минерализации Сопр.в (см. пунктирную линию фиг.9). Причем по поступлении

5 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 регулируе0 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

5 Ср на выходе электродиализного аппарата возрастает, т.к. при разбавлении рассола исходной водой степень минерализации опресняемой воды Con также возрастает для обеспечения непревышения заданно0 го значения степени минерализации опресняемой воды Соп.е. С помощью электрических сигналов датчиков солесодержания 18 через блок регулирования 13 и управляемый аттенюатор начинают регулировать значе5 ние рабочего тока, пропускаемого через электродиализный аппарат 4 от максимально-допустимого 1макс и до номинального значения 1Ном(см. фиг.8). В результате этого степень минерализации (солесодержания) пресной воды увеличивается, но не превышает заданного значения Спв. и наоборот степень минерализации рассола Ср уменьшается и за счет этого поддерживается непревышение заданного значения степени минерализации опресняемой воды Сопр.в. на выходе смесителя 6 и на входе 5 электродиализного аппарата 4.

В дальнейшем неизменность значения степени минерализации опресняемой воды Сопр.в. поддерживают регулированием значения рабочего тока электродиализного аппарата 4 н.

Изображенная на фиг.1 фотоэлектроди- ализная установка отличается от предыдущих установок тем, что в ее конструктивной схеме имеются два смесителя б и 61 и два гидрораспое елителя 21 и 22, управляемые блоком 16 и переключающие соответствующие гидролинии с трубопроводами 23 поступления исходной воды и трубопроводами 14 рассола.

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

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 фотоэлектродиа- лизная установка, позволяющая оптимизировать процесс электродиализа. Причем смеситель 6 составлен трубопроводной системой 14,23 и 24 и проходной емкостью 6 и б1 с запорно-регулируемой арматурой 15 ,21,22 и 25. Гидрораспределитель 21 срабатывает от блока 13, последний управляется датчиками давлений 17 внутри смесителя 6 и б1 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.в и в суммарном расходе на входе 5 электродиализного аппарата 4 Q Qp + Оисх.вВ этом случае степень минерализации .опресняемой воды Сопр.в. на входе 5 электродиализного аппарата определяется как

rCpQ -t+Vi Ci

Lo -

опр.в

V

(CL+C2).Q.t+Vi.Ci

(7)

где Сопр.в. - степень минерализации опресняемой воды на входе 5 электродиализного

аппарата 4; Ср - степень минерализации опресняемой воды на выходе трубопровода 24 смесителей 6 и б1: t - время истечения опресняемой воды из смесителя 6 или б1; Ci и Сг - соответственно степени минерализации исходной воды водоисточника и рассола; Vi - объем заполнения исходной водой проходной емкости смесителя 6 или б1; Q - расход опресняемой воды на выходе трубопровода 24 смесителя 6 и б1.

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 обессиливания, а также при минимальных уровнях воды в проходных емкостях смесителей 6 и б1 или наоборот

при превышении заданного уровня опресняемой воды в упомянутых емкостях смесителей 6 и 6 и т.д.

Что же касается исключения осадкообразования при реализации предлагаемого

способа безотходного электродиализа 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 на мембраны аппаратов 4 турбулентным потоком водовоздушной смеси и т.д.

На фиг.2 изображена фотоэлектродиа- лизная установка, отличием которой от предыдущих установок является наличие гидравлической связи трубопроводных систем исходной воды с трубопроводами 11 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

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 элек- тродмэлизный аппарат 4.

Данный вариант реализации предлагаемого способа с рециркуляцией рассола и части пресной воды далее с исходной водой эффективна при обессоливании соленых вод 7 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 б,

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 (в 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 электродиализная ЭОУ-НИИПМ-25М (см. техническое описание и инструкцию по эксплуатации ВП 100,17.00.000. ТО. 1984 г), 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

0 вызывает эрозию (засоление) почвы.

Благодаря тому, что отсутствует сброс рассола становится возможным ресурсосбережение исходной воды и ее рациональное использование.

5 Предлагаемый способ реализуется установками с электропитанием от традиционных и нетрадиционных электроисточников, например солнечных батарей, т.е. становится возможным размещение и применение

0 электродиализных аппаратов в местах, лишенных централизованного энергоснабжения.

Эффективность способа повышается за счет того, что установки, реализующие пред5 лагаемый способ, могут быть созданы методами агрегатирования и комплексной стандартизации на основе серийно изготовляемых отечественной промышленностью аппаратурой и элементами.

0 В связи с тем, что в конструктивно-технологической схемах установок, реализующих предлагаемый способ, использованы стабилизатор тока и импульсный источник электропитания на основе блокинг-генера5 торов отсутствуют силовые коммутирующие электромеханические переключатели, что повышает надежность и увеличивает ресурс работы установок, реализующих способ. Кроме того, устраняется осадкообразова0 ние на мембранах электродиализного аппарата и отравление, т.е. также увеличивается ресурс и повышается надежность установок.

Экономический эффект.

5 Экономический эффект также выявлен по результатам сопоставительного анализа предлагаемого технического решения и базового объекта, в качестве которого выбрана установка ЭОУ-НИИПМ-25М, ре0 ализующая известный способ и агрегатиро- аанная солнечная батарея типа ИЛЕВ и ФШ.

Благодаря тому, что по сравнению с известными техническими решениями уста5 новки, 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

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

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

Формула изобретения 1. Способ деминерализации воды посредством фотоэлектродиализа, включающий смешение исходной воды с продуктом электродиализа в смесителе и измерение степени минерализации исходной воды, опресняемой воды, рассола и расходов исходной воды, рассола ь воды на выходе смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения экологической чистоты за счет безотходности фотоэлектродиализа, с выхода электродиализного аппарата рассол полностью возвращают на вход смесителя и поддерживают значения степени минерализации воды на выходе смесителя в соответствии с выражением

г Qi & Ci + Q2 At C2 + Уем Ci

Срезу

где Срез - значение заданной степени минерализации воды на выходе смесителя;

Ci и Сг значения степени минерализа- ции исходной воды и рассола;

Qi и Q2 - заданные расходы исходной воды и рассола;

VCM - количество исходной воды, заполняющей емкость смесителя; Vr- суммарное количество разбавленного раствора опресняемой водой;

At- 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, отличающийс я тем, что в начальный момент фотоэлектродиализа измеряют степень минерализации воды на выходе смесителя, сравнивают с расчетным значением и при превышении расчетным значением измеренного значекия 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.

Or водоисточника

J

i,-iВд

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. ф- лы, 11 ил.

©-И

0т

водоисточ07 ЪоЪоисточннкд

От с-до гточк/ка

а

fft +

.З

.J4C

«

О-1

t,

ft

ил

ЗЭЕЛ

1м

н

i, С

t, /

njirimTJTjijrLrij

Фиг. 8

4

Фиг.10

Фиг.II