Устройство для приготовления питьевой воды из морской Советский патент 1992 года по МПК B01D61/00 B63J1/00 

Изобретение относится к технологии очистки природных и сточных вод, в частности к устройствам для приготовления питьевой воды из морской воды.:

Известно устройство для получения питьевой воды из морской, содержащее дистилляционную опреснительную установку и гидравлически связанный с ней автоматизированный минерализатор дистиллята типа МД. Приготовленный дистиллят сливается в судовую цистерну, а из нее забирается насосом минерализатора, подается в реактор, куда дозируются порции специальных минерализующих солей, после перемешивания приготовленная питьевая вода откачивается из реактора в расходную судовую цистерну, а из нее - к

потребителям. Такие устройства в начале 70 годов применялись на многих судах флота рыбной промышленности, однако из-за громоздкости, дороговизны минерализующих солей и сложности в эксплуатации постепенно были вытеснены более совершенными и более простыми устройствами.

Известно также устройство для получения питьевой воды из морской, состоящее из вакуумного дистилляционного опреснителя, содержащего нагревательную батарею, камеру конденсатора, эжектор, соединенный своей вакуумной полостью с камерой конденсатора и дистиллятный насос, соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором, и трубопроводы. Система минерализации дистиллята содер

00 4

ha о

ит вымывной минерализатор дистилляа (типа MB) с патрубками для подвода и твода воды и съемной крышкой, цистер- у-реактор( циркуляционный насос, труопроводы и арматуру. Дистиллят от преснителя под напором дистиллятного нас Й гГбда ется в минерализатор, куда предварительно вручную загружены компекты минерализующих солей. Из минераизатора концентрированный раствор олей сливается в цистерну-реактор, где пуем принудительного перемешивания цир- куляционным насосом происходит смешивание солей с дистиллятом. Приготовленная питьевая вода из цистерны-реактора подается потребителям. Описанное устройство является прототипом заявляемого изобретения.

Недостатками известного устройства являются низкое качество питьевой воды по критерию индекс стабильности : вода проявляет сильную агрессивность в отношении черных и даже цветных металлов, а также железобетонных конструкций. Объясняется это явление присутствием в воде свободной (неравновесной) углекислоты, поступающей вместе с дистиллятом из вакуумного опреснителя; высокие затраты на приготовление питьевой воды, что обусловлено высокой стоимостью минерализующих солей и значительными затратами ручного труда на процесс минерализации.

Целью изобретения является повышение качества питьевой воды и снижение затрат на ее получение.

Поставленная цель достигается тем, что установка снабжена двумя поочередно работающими обратноосмотическими опреснителями, разделяющими морскую воду на пермеат и рассол, трубопроводами, соединяющими штуцера ввода пермеата с ваку; умной полостью эжектора, эжектор со штуцерами вывода рассола из обратноос- мотических опреснителей, штуцера ввода морской воды в обратноосмотические опреснители с коллектором подачи питьевой воды потребителю, а также насосы высокого давления для подачи морской воды в обратно осмотические опреснители и филь- трбм, расположенным на коллекторе подачи питьевой воды потребителю.

На чертеже изображено устройство для приготовления питьевой воды из морской (принципиальная гидравлическая схема).

Заявляемое устройство состоит из вакуумного дистилляционного опреснителя 1, обратноосмотических опреснителей 2 и 3 и насоса высокого давления для подачи морской воды 4, гидравлически соединенных между собой. Опреснитель 1 а свою очередь

содержит нагревательную батарею 5, конденсатор б, эжекторы 7 и 8, дистиллятный насос 9, соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором 7 и фильтр очистки

5 морской воды 10. На корпусе нагревательной батареи имеются штуцеры 11 и 12 для подвода и отвода греющей воды - теплой воды (например, охлаждающей воды дизеля) или пара. Отдельные элементы опрес0 нителя связаны трубопроводами: 13 - для подвода морской воды в конденсатор , 14 - для отвода морской воды из конденсатора, причем трубопровод 14 соединен с напорной частью эжектора 8, благодаря чему

5 отводимая от конденсатора вода используется в качестве рабочей воды в эжекторе 3. Трубопровод 15 предназначен для отбора морской воды из трубопровода 14 и подачи ее в батарею 5 на опреснение. Потрубопро0 воду 16 рассол из батареи поступает в вакуумную полость эжектора 8. Трубопровод 17 служит для подвода рабочей воды к эжектору 7, и соединен с нагнетательным патрубком дистиллятного насоса 9. Вакуумная

5 полость эжектора 7 трубопроводом 18 соединена с камерой конденсатора 6. Дистиллятный сборник 19 опреснителя соединен с насосом 9.

Устройство содержит также диа пооче0 редно работающих обратноосмотических опреснителя 2 и 3, разделяющими морскую воду на пермеат и рассол, каждый из которых имеет цилиндрический корпус 20 со штуцерами первый 21 и второй 23 для

5 отвода пермеата. В полости корпуса 20 установлен опреснительный элемент 24 на основе полупроницаемых мембран, изготовленный, например, в виде рулона, свернутого на центральной трубке 25, которая

0 служит сборником пермеата. Трубка 24 имеет q одного торца заглушку 26, а другим концом герметично соединена со штуцером 23. Элемент 24 по торцам имеет герметизирующие уплотнения 27. Между слоями мем5 бран проложены сетки - турбулизаторы и дренажные прослойки. Так, что в собранном виде в элементе 24 образованы продольно- спиральные каналы 28 для прохода воды. Опреснители 2 и 3, насос высокого давления

0 4 и опреснитель 1 соединены между собой гидравлическими связями (например, в ви- де трубопроводов и арматуры), которые обеспечивают: соединение штуцеров первый 21 либо

5 с насосом высокого давления 4 и трубопроводом 14 для отвода морской воды из конденсатора, либо с трубопроводом 29 отвода приготовленной питьевой воды. Это соединение обеспечивается связями 30,31,32,33 и клапанами 34, 35,36, 37. На трубопроводе

29 предусмотрен фильтр 38 (например, патронный) для улавливания из питьевой воды нерастворившихся примесей, а на трубопроводе 30 предусмотрен фильтр 39, предназначенный для тонкой очистки морской воды перед подачей ее в насос 4;

соединение штуцеров второй 22 либо с трубопроводом 40 сброса рассола, либо с трубопроводом 41 отвода рабочей воды от эжектора 7. Это соединение обеспечивается связями 42,43,44,45,46 и клапанами 47, 48, 49, 50;

соединение штуцеров 23 с вакуумной полостью эжектора 7. Это соединение обеспечивается связями 51,52 и клапанами 53 и 54.

Устройство работает следующим образом.

Морская вода подается под напором в опреснитель 1, при этом она сначала поступает в фильтр 10, где очищается от грубых примесей, затем в конденсатор 6, где нагревается на 4-6° С, по трубопроводу 14 отводится из конденсатора и подается на эжектор 8 в качестве рабочей воды. Часть подогретой воды из трубопровода 14 через клапан 55 и трубопровод 15 подается в батарею 5, где испаряется, Рассол отсасывается эжектором 8 по трубопроводу 16, Пар из батареи 5 проходит в сепаратор, сепарируется и поступает в конденсатор б, где отдает тепло холодным трубкам и конденсируется. Испарение и конденсация происходят в условиях вакуума, который обеспечивается эжектором 7. Рабочей водой для эжектора служит дистиллят, откачиваемый насосом 9 из сборника 19. Обогрев .батареи 5 ведется теплоносителем (паром или водой), подаваемым через патрубки 11 и 12.

Часть морской воды, подогретой а конденсаторе, отбирается из трубопровода 14 и по трубе 32 подается на всасывание насоса 4, предварительно пройдя очистку в фильтре 39. Насос 4 создает напор 5-7 МПа и подает воду на опреснение в модуль 2. Одновременно модуль 3 работает в режиме регенерации (промывки). При этом клапана 34,47, 53. 50, 37 открыты, а клапаны 36, 48, 54,49,35 закрыты.

Подогретая морская вода под., напором 5-7 МПа поступает в патрубок 21, протекает по каналам 28 тангенциально поверхности полупроницаемых мембран и опресняется. Пермеат стекает в сборный коллектор 25 и через штуцер 23 по трубопроводам 51 и 52 поступает в вакуумную полость эжектора 7, где смешивается с дистиллятом и насыщается углекислотой. Из эжектора 7 дистил- лятно-пермеатная смесь с температурой

30-40° по трубопроводам 46,45,43 поступает в патрубок 22 и противотоком промывает опреснительный элемент24 от карбонатных и иных осадков. При этом углекислота спо- 5 собствует растворению СзСОз и образованию ионов Са2н и

СаСз + С02 + Н20 - Са( -

0 Са +НСОз (1)

Естественно, что содержание углекислоты в воде резко снижается согласно приведенной реакции. То есть происходит утилизация С02, что приводит к снижению

5 коррозионной активности воды. Кроме того, достигается эффектная очистка опреснительного элемента 24 от отложений, а вода при этом обогащается ионами, необходимыми для-питьевой воды, прежде всего CsTy.

0 Однако основной вклад в минерализацию дистиллята дают не соли, растворяющиеся на мембране, а добавка высокоминерализованного пермеата. На основании испытаний установлено, что за счет растворения осад5 ка s дистиллят добавляется не более 10% солей (по солености), а остальные 90% обеспечиваются, добавкой пермеата. При правильно подобранном режиме опреснения (он зависит от солесодержания морской во0 ды, ее температуры, количества подаваемой на опреснение воды, характеристик мембран) на выходе из опреснителя 2 можно получить воду, полностью удовлетворяющую гигиеническим нормативам в части

5 ионного состава (общее солесодержание 200-500 мг/л, содержание Са2+ не менее 30 мг/л, содержание бора - не более 0,2 мг/л, содержание брома - не более 0,5 мг/л). Дистиллятно-пермеатная смесь,

0. обогащенная ионами Са и др., через патрубок 21 по трубопроводу 29 поступает на фильтр 38, и очищается от нерастворенных примесей, Фильтр следует подбирать такой, чтобы полностью задержать механические

5 примеси. Например, при испытаниях устройства на НИС Академик Алексей Кры- лов в качестве осветляющего фильтра 38 использовались витые патроны из капронового волокна с толщиной нити 20 мкм.

0 фильтр обеспечивал тонкость фильтрации

ok. 10 мкм, что оказалось вполне достаточ ным для очистки питьевой воды: мутность

очищенной воды составляла 0,1-0,2 мг/л (по

ГОСТу- не более 1,5) цветность составляла

5 0 град (по ГОСТу - не более 20 град).

В случае необходимости, питьевая вода может быть также обеззаражена, например, ультрафиолетовыми лучами, в специальном аппарате, установленном на трубопроводе

29. Приготорленная таким образом вода по трубопроводу 29 подается потребителям.

После завершения фмльтроцикла (он может дпиться от нескольких часов до нескольких суток) модули 2 и 3 меняются ролями: модуль 2 начинает работать в режиме регенерации, а модуль 3 - в режиме опреснения. Для этого клапаны 34, 47, 53, 50, 37 закрывают, а клапаны 36, 48, 54, 49, 35 открывают. Теперь процесс в опреснителе 3 идет тзк же, как это описано выше для опреснителя 2, а в опреснителе 2 - так , как описано для опреснителя 3. Периодическое переключение клапанов по описанной схеме может осуществляться автоматически, например, по сигналу реле времени, для чего устройство снабжается необходимой автоматической арматурой. В целом процесс приготовления питьевой воды из морской протекает непрерывно.

Таким образом, в описанном устройстве обеспечивается своеобразная очистка, питьевой воды от агрессивной углекислоты за счетутилизацим последней по уравнению (1). При этом коррозионная активность воды снижается, а качество ее, соответственно повышается.

Что касается затрат на приготовление питьевой воды, то они снижаются за счет отказа от покупных минерализующих солей и исключения ручного труда при загрузке, расфасовке и растворении солей. А сколько надо добавить пермеата. На практике следует руководствоваться двумя основными критериями:

1)общий уровень минерализации (соленость) приготовленной воды с учетом добавок, получаемых от пермеата и от растворения осадков на мембране, должен составлять 200-500 мг/л;

2)концентрация биологически активных микроэлементов бора и брома не должна превышать ПДК (0,2 мг/л - для бора и 0,5 мг/л для брома).

Были проведены сравнительные испытания экспериментального образца заявляемого устройства и устройства - прототипа на натуральной морской воде. Испытания проводились в 1989 г. на борту научно-исследовательского судна Академик Алексей Крылов, в ходе 6-ме- экспедиционного рейса. В состав предлагаемого устройства вводили: штатный судовой дистилляционный опреснитель Д5У, обратноосмотичьскме опреснительные модули, оснащенные рулонными фильтрующими элементами (ЭРО) на основе полмсуль- фоновых мембраА, насосы, трубопроводы и арматура. Селективность (солесодерживающая способность) ЭРО составляла 90-95%: В дистиллят добавляли ок. 10 объемных % пермеата. В состав устройства-прототипа входили: вымывной минерализатор МВ-5,

насосы цистерны, трубопроводы. Показатели качества исходной и приготовленной питьевой воды приведены в таблице на примере опреснения воды Черного и Эгейского морей, резко отличающихся

между собой по солености.

Для сравнения устройств использовались следующие показатели: соленость, содержание бора, содержание брома, трудоемкость технического обслуживания,

затраты на закупку минерализующих солей, удельная себестоимость получения питьевой воды, индекс стабильности I. Причем, индекс I характеризует коррозионную активность воды: если I 0 - вода стабильна

(некоррозионноактивна), если вода агрессивна.

Значения полученных в ходе испытаний показателей приведены в таблице. Из таблицы видно, что заявляемое устройство в

сравнении с прототипом обеспечивает качество питьевой воды в соответствии с нормами и, кроме того, позволяет снизить материальные затраты на получение питьевой воды и повысить качество воды по показателю индекс стабильности. Таким образом, поставленная цель достигнута.

Формула изобретения Установка для приготовления питьевой

воды из морской, содержащая вакуумный дистилляционный опреснитель, включающий нагревательную батарею и конденса тор, эхсектор, соединенный вакуумной полостью с конденсатором дистиллятный

насос, соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором, и коллектор подачи питьевой воды потребителю, о т л и ч а- ю щ а и с я тем, что, с целью повышения качества питьевой воды и снижения затрат

на ее получение, установка снабжена деумя поочередно работающими обратноосмоти- ческими опреснителями со штуцерами ввода морской воды и вывода пермеата и рассола, трубопроводами, соединяющими

штуцера вывода пермеата с вакуумной полостью Эжектора, эжектор - со штуцерами вывода рассола, штуцера ввода морской воды - с коллектором подачи питьевой воды потребителю, а также насосы высокого давлёния для подачи морской воды в обратно- осмотические опреснители и фильтром, расположенным на коллекторе подачи питьевой воды потребителю.

I

1784261

Использование: для получения п итье- вой воды из морской, например, на судах. Сущность изобретения: установка для получения питьевой воды из морской содержит вакуумный дистилляционный опреснитель, включающий нагревательную батарею, камеру конденсатора, эжектор, соединенный вакуумной полостью с камерой конденсате; ра, дистиллятный насос, соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором. Два поочередно работающие обрзтноосмо- тические опреснители, разделяют морскую воду на пермеат и рассол. Трубопроводы соединяют штуцера вывода пермеата с вакуумной полостью эжектора, эжектор - со штуцерами вывода рассола из обратноос- мотических опреснителей, штуцера ввода морской воды в обратноосмотические опреснители -с коллектором подачи питьевой воды потребителю. Имеются насос высокого давления для подачи морской воды в обратноосмотические опреснители и фильтр, расположенный на коллекторе подачи питьевой воды потребителю. 1 ил., 1 табл. сл С

Б о и Ј а

ё

X

S

7

U

I

t

$Ј IS

Я

л

I

во

V