RU1784261C - Устройство дл приготовлени питьевой воды из морской - Google Patents

Abstract

Использование: дл  получени  п итье- вой воды из морской, например, на судах. Сущность изобретени : установка дл  получени  питьевой воды из морской содержит вакуумный дистилл ционный опреснитель, включающий нагревательную батарею, камеру конденсатора, эжектор, соединенный вакуумной полостью с камерой конденсате; ра, дистилл тный насос, соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором. Два поочередно работающие обрзтноосмо- тические опреснители, раздел ют морскую воду на пермеат и рассол. Трубопроводы соедин ют 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. Имеютс  насос высокого давлени  дл  подачи морской воды в обратноосмотические опреснители и фильтр, расположенный на коллекторе подачи питьевой воды потребителю. 1 ил., 1 табл. сл С

Description

Изобретение относитс  к технологии очистки природных и сточных вод, в частности к устройствам дл  приготовлени  питьевой воды из морской воды.:

Известно устройство дл  получени  питьевой воды из морской, содержащее дистилл ционную опреснительную установку и гидравлически св занный с ней автоматизированный минерализатор дистилл та типа МД. Приготовленный дистилл т сливаетс  в судовую цистерну, а из нее забираетс  насосом минерализатора, подаетс  в реактор, куда дозируютс  порции специальных минерализующих солей, после перемешивани  приготовленна  питьева  вода откачиваетс  из реактора в расходную судовую цистерну, а из нее - к

потребител м. Такие устройства в начале 70 годов примен лись 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 дл  получени  питьевой воды из морской, состо щее из вакуумного дистилл ционного опреснител , содержащего нагревательную батарею , камеру конденсатора, эжектор, соединенный своей вакуумной полостью с камерой конденсатора и дистилл тный насос , соединенный нагнетательным трубопроводом с эжектором, и трубопроводы. Система минерализации дистилл та содер

00 4

ha о

ит вымывной минерализатор дистилл а (типа MB) с патрубками дл  подвода и твода воды и съемной крышкой, цистер- у-реактор( циркул ционный насос, труопроводы и арматуру. Дистилл т от преснител  под напором дистилл тного нас Й гГбда етс  в минерализатор, куда предварительно вручную загружены компекты минерализующих солей. Из минераизатора концентрированный раствор олей сливаетс  в цистерну-реактор, где пуем принудительного перемешивани  цир- кул ционным насосом происходит смешивание солей с дистилл том. Приготовленна  питьева  вода из цистерны-реактора подаетс  потребител м. Описанное устройство  вл етс  прототипом за вл емого изобретени .

Недостатками известного устройства  вл ютс  низкое качество питьевой воды по критерию индекс стабильности : вода про вл ет сильную агрессивность в отношении черных и даже цветных металлов, а также железобетонных конструкций. Объ сн етс  это  вление присутствием в воде свободной (неравновесной) углекислоты, поступающей вместе с дистилл том из вакуумного опреснител ; высокие затраты на приготовление питьевой воды, что обусловлено высокой стоимостью минерализующих солей и значительными затратами ручного труда на процесс минерализации.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества питьевой воды и снижение затрат на ее получение.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что установка снабжена двум  поочередно работающими обратноосмотическими опреснител ми , раздел ющими морскую воду на пермеат и рассол, трубопроводами, соедин ющими 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 давлени  дл  подачи морской воды в обратно осмотические опреснители и филь- трбм, расположенным на коллекторе подачи питьевой воды потребителю.

На чертеже изображено устройство дл  приготовлени  питьевой воды из морской (принципиальна  гидравлическа  схема).

За вл емое устройство состоит из вакуумного дистилл ционного опреснител  1, обратноосмотических опреснителей 2 и 3 и насоса высокого давлени  дл  подачи морской воды 4, гидравлически соединенных между собой. Опреснитель 1 а свою очередь

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

5 морской воды 10. На корпусе нагревательной батареи имеютс  штуцеры 11 и 12 дл  подвода и отвода греющей воды - теплой воды (например, охлаждающей воды дизел ) или пара. Отдельные элементы опрес0 нител  св заны трубопроводами: 13 - дл  подвода морской воды в конденсатор , 14 - дл  отвода морской воды из конденсатора, причем трубопровод 14 соединен с напорной частью эжектора 8, благодар  чему

5 отводима  от конденсатора вода используетс  в качестве рабочей воды в эжекторе 3. Трубопровод 15 предназначен дл  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 дл  подвода рабочей воды к эжектору 7, и соединен с нагнетательным патрубком дистилл тного насоса 9. Вакуумна 

5 полость эжектора 7 трубопроводом 18 соединена с камерой конденсатора 6. Дистилл тный сборник 19 опреснител  соединен с насосом 9.

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

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, котора 

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 уплотнени  27. Между сло ми мем5 бран проложены сетки - турбулизаторы и дренажные прослойки. Так, что в собранном виде в элементе 24 образованы продольно- спиральные каналы 28 дл  прохода воды. Опреснители 2 и 3, насос высокого давлени 

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

5 с насосом высокого давлени  4 и трубопроводом 14 дл  отвода морской воды из конденсатора , либо с трубопроводом 29 отвода приготовленной питьевой воды. Это соединение обеспечиваетс  св з ми 30,31,32,33 и клапанами 34, 35,36, 37. На трубопроводе

29 предусмотрен фильтр 38 (например, патронный ) дл  улавливани  из питьевой воды нерастворившихс  примесей, а на трубопроводе 30 предусмотрен фильтр 39, предназначенный дл  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 обеспечиваетс  св з ми 42,43,44,45,46 и клапанами 47, 48, 49, 50;

соединение штуцеров 23 с вакуумной полостью эжектора 7. Это соединение обеспечиваетс  св з ми 51,52 и клапанами 53 и 54.

Устройство работает следующим образом .

Морска  вода подаетс  под напором в опреснитель 1, при этом она сначала поступает в фильтр 10, где очищаетс  от грубых примесей, затем в конденсатор 6, где нагреваетс  на 4-6° С, по трубопроводу 14 отводитс  из конденсатора и подаетс  на эжектор 8 в качестве рабочей воды. Часть подогретой воды из трубопровода 14 через клапан 55 и трубопровод 15 подаетс  в батарею 5, где испар етс , Рассол отсасываетс  эжектором 8 по трубопроводу 16, Пар из батареи 5 проходит в сепаратор, сепарируетс  и поступает в конденсатор б, где отдает тепло холодным трубкам и конденсируетс . Испарение и конденсаци  происход т в услови х вакуума, который обеспечиваетс  эжектором 7. Рабочей водой дл  эжектора служит дистилл т, откачиваемый насосом 9 из сборника 19. Обогрев .батареи 5 ведетс  теплоносителем (паром или водой), подаваемым через патрубки 11 и 12.

Часть морской воды, подогретой а конденсаторе , отбираетс  из трубопровода 14 и по трубе 32 подаетс  на всасывание насоса 4, предварительно пройд  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.

Подогрета  морска  вода под., напором 5-7 МПа поступает в патрубок 21, протекает по каналам 28 тангенциально поверхности полупроницаемых мембран и опресн етс . Пермеат стекает в сборный коллектор 25 и через штуцер 23 по трубопроводам 51 и 52 поступает в вакуумную полость эжектора 7, где смешиваетс  с дистилл том и насыщаетс  углекислотой. Из эжектора 7 дистил- л тно-пермеатна  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 снижаетс  согласно приведенной реакции. То есть происходит утилизаци  С02, что приводит к снижению

5 коррозионной активности воды. Кроме того, достигаетс  эффектна  очистка опреснительного элемента 24 от отложений, а вода при этом обогащаетс  ионами, необходимыми дл -питьевой воды, прежде всего CsTy.

0 Однако основной вклад в минерализацию дистилл та дают не соли, раствор ющиес  на мембране, а добавка высокоминерализованного пермеата. На основании испытаний установлено, что за счет растворени  осад5 ка s дистилл т добавл етс  не более 10% солей (по солености), а остальные 90% обеспечиваютс , добавкой пермеата. При правильно подобранном режиме опреснени  (он зависит от солесодержани  морской во0 ды, ее температуры, количества подаваемой на опреснение воды, характеристик мембран) на выходе из опреснител  2 можно получить воду, полностью удовлетвор ющую 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). Дистилл тно-пермеатна  смесь,

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

5 примеси. Например, при испытани х устройства на НИС Академик Алексей Кры- лов в качестве осветл ющего 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 дл  очистки питьевой воды: мутность

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

ГОСТу- не более 1,5) цветность составл ла

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

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

29. Приготорленна  таким образом вода по трубопроводу 29 подаетс  потребител м.

После завершени  фмльтроцикла (он может дпитьс  от нескольких часов до нескольких суток) модули 2 и 3 мен ютс  рол ми: модуль 2 начинает работать в режиме регенерации, а модуль 3 - в режиме опреснени . Дл  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 дл  опреснител  2, а в опреснителе 2 - так , как описано дл  опреснител  3. Периодическое переключение клапанов по описанной схеме может осуществл тьс  автоматически, например, по сигналу реле времени, дл  чего устройство снабжаетс  необходимой автоматической арматурой. В целом процесс приготовлени  питьевой воды из морской протекает непрерывно.

Таким образом, в описанном устройстве обеспечиваетс  своеобразна  очистка, питьевой воды от агрессивной углекислоты за счетутилизацим последней по уравнению (1). При этом коррозионна  активность воды снижаетс , а качество ее, соответственно повышаетс .

Что касаетс  затрат на приготовление питьевой воды, то они снижаютс  за счет отказа от покупных минерализующих солей и исключени  ручного труда при загрузке, расфасовке и растворении солей. А сколько надо добавить пермеата. На практике следует руководствоватьс  двум  основными критери ми:

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

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

Были проведены сравнительные испытани  экспериментального образца за вл емого устройства и устройства - прототипа на натуральной морской воде. Испытани  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 дистилл ционный опреснитель Д5У, обратноосмотичьскме опреснительные модули, оснащенные рулонными фильтрующими элементами (ЭРО) на основе полмсуль- фоновых мембраА, насосы, трубопроводы и арматура. Селективность (солесодерживающа  способность) ЭРО составл ла 90-95%: В дистилл т добавл ли 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 опреснени  воды Черного и Эгейского морей, резко отличающихс 

между собой по солености.

Дл  сравнени  устройств использовались следующие показатели: соленость, содержание бора, содержание брома, трудоемкость технического обслуживани ,

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

(некоррозионноактивна), если вода агрессивна .

Значени  полученных в ходе испытаний показателей приведены в таблице. Из таблицы видно, что за вл емое устройство в

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

Claims (1)

1. Формула изобретени  Установка дл  приготовлени  питьевой

   воды из морской, содержаща  вакуумный дистилл ционный опреснитель, включающий нагревательную батарею и конденса тор, эхсектор, соединенный вакуумной полостью с конденсатором дистилл тный

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

   на ее получение, установка снабжена деум  поочередно работающими обратноосмоти- ческими опреснител ми со штуцерами ввода морской воды и вывода пермеата и рассола, трубопроводами, соедин ющими

   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 давлёни  дл  подачи морской воды в обратно- осмотические опреснители и фильтром, расположенным на коллекторе подачи питьевой воды потребителю.

   I

   1784261

   Б о и Ј а

   ё

   X

   S

   7

   U

   I

   t

   $Ј IS

   Я

   л

   I

   во

   V