RU2047330C1

RU2047330C1 - Method for producing potable water

Info

Publication number: RU2047330C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Поворов; Г.А. Кадыкина; А.С. Семенихин
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Мембранная технология"
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: separation of contaminants from water. SUBSTANCE: method involves filtering tap water in membrane separation device discharging concentrate and permeate. A part of or the whole concentrate flow is recirculated into the membrane separation device by means of jet-type pump. The quantity of concentrate returned into the device is 50-100% by mass of the whole amount of the concentrate discharging from the device. The ratio of recirculated concentrate flow to the source water flow is 0.8-2.5. EFFECT: enhanced effectiveness in purifying potable water. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения питьевой воды методом мембранного разделения, преимущественно ультрафильтрацией, и может быть использовано при очистке водопроводной воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения. The invention relates to methods for producing drinking water by the method of membrane separation, mainly ultrafiltration, and can be used in the purification of tap water in the drinking water supply system.

Известен способ получения питьевой воды путем фильтрации водопроводной воды в аппарате мембранного разделения с отводом концентрата и очищенной воды. При этом эффективность способа существенно зависит от соотношения отводимых потоков концентрата и очищенной воды, т.е. степени использования исходной воды. Обычно степень использования воды составляет 15-20% (если мембранный аппарат оснащен ультрафильтрационной мембраной). A known method of producing drinking water by filtering tap water in a membrane separation apparatus with the discharge of concentrate and purified water. Moreover, the effectiveness of the method substantially depends on the ratio of the discharge flows of the concentrate and purified water, i.e. degree of use of source water. Typically, the degree of water use is 15-20% (if the membrane apparatus is equipped with an ultrafiltration membrane).

Целью предлагаемого способа является повышение степени использования водопроводной воды. The aim of the proposed method is to increase the degree of use of tap water.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения питьевой воды путем фильтрации водопроводной воды в аппарате мембранного разделения с отводом концентрата и очищенной воды, согласно изобретению, часть или весь поток концентрата рециркулируют в аппарат мембранного разделения с помощью струйного насоса, направляя рециркулируемый концентрат в патрубок насоса для ввода пассивного потока, а водопроводную воду в патрубок для ввода активного потока, при этом количество рециркулируемого в мембранный аппарат концентрата составляет 50-100 мас. от всего количества концентрата, отводимого из аппарата, а отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды составляет 0,8-2,5. This goal is achieved by the fact that in the known method for producing drinking water by filtering tap water in a membrane separation apparatus with the discharge of concentrate and purified water, according to the invention, part or all of the concentrate stream is recycled to the membrane separation apparatus using a jet pump, directing the recycled concentrate to the nozzle a pump for introducing a passive flow, and tap water into a pipe for introducing an active flow, while the amount of concentrate recycled to the membrane apparatus is 50-100 wt. of the total amount of concentrate discharged from the apparatus, and the ratio of the flow of recycled concentrate to the flow of tap water is 0.8-2.5.

В мембранных аппаратах, применяемых в качестве бытовых опреснительных приборов, обычно используют ультрафильтрационные мембраны (или нанофильтрационные мембраны, работающие при достаточно низких давлениях), для эффективной работы которых достаточно создания над мембраной избыточного давления 1-2 кг/см² (для нанофильтрационных мембран необходимо 3-4 кг/см²). При нормальной работе системы водоснабжения водопроводная вода подается потребителю под давлением 3-6 кг/см², что обеспечивает необходимый избыток энергии потока водопроводной воды для работы струйного насоса и рециркуляции части или всего потока концентрата, получаемого после мембранного разделения.In membrane devices used as household desalination devices, ultrafiltration membranes (or nanofiltration membranes operating at sufficiently low pressures) are usually used, for which an overpressure of 1-2 kg / cm ² is sufficient for the membrane (for nanofiltration membranes, 3 -4 kg / cm ² ). During normal operation of the water supply system, tap water is supplied to the consumer under a pressure of 3-6 kg / cm ² , which provides the necessary excess energy of the tap water stream for the operation of the jet pump and recirculation of part or all of the concentrate stream obtained after membrane separation.

Основными параметрами работы системы струйный насос мембранный аппарат являются: отношение потоков концентрата, рециркулируемого в аппарат мембранного разделения и отводимого из аппарата, и отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды. The main parameters of the operation of the system of the jet pump membrane apparatus are: the ratio of the flows of concentrate recycled to the membrane separation apparatus and discharged from the apparatus, and the ratio of the flow of recycled concentrate to the flow of tap water.

Отношение рециркулируемого и отводимого из аппарата потоков концентрата непосредственно определяет степень использования водопроводной воды. Уменьшение этого отношения снижает степень использования воды и, кроме того, приводит к уменьшению общего количества воды, подаваемой в мембранный аппарат, т.е. к уменьшению скорости потока над мембраной. При небольшой заданной производительности по пермеату эта скорость может оказаться недостаточной для эффективного удаления загрязнений с поверхности мембраны и снижения концентрационной поляризации. The ratio of the concentrate streams recycled and discharged from the apparatus directly determines the degree of use of tap water. A decrease in this ratio reduces the degree of water use and, in addition, leads to a decrease in the total amount of water supplied to the membrane apparatus, i.e. to a decrease in the flow rate above the membrane. At a small permeate productivity, this speed may not be sufficient to effectively remove contaminants from the membrane surface and reduce concentration polarization.

Увеличение отношения указанных потоков концентрата ведет к увеличению степени использования воды, но приводит также к задержке отделяемых компонентов водопроводной воды (микроорганизмов, взвешенных и коллоидных частиц, солей жесткости) в объеме мембранного аппарата и циркуляционного контура, что создает опасность быстрой забивки пор мембраны. При полном возврате потока концентрата, отводимого из мембранного аппарата снова на мембранное разделение, отделяемые загрязнения совсем не выделяются из объема мембранного аппарата (и циркуляционного контура в целом), но работа мембраны не переходит в работу в тупиковом режиме, а, благодаря использованию струйного насоса, поддерживается определенная скорость циркуляции всего потока концентрата и, соответственно, скорость потока над мембраной, чтобы исключить необратимое забивание пор мембраны, характерное для ее работы в тупиковом режиме. An increase in the ratio of these concentrate flows leads to an increase in the degree of water use, but also leads to a delay in the separated components of tap water (microorganisms, suspended and colloidal particles, hardness salts) in the volume of the membrane apparatus and the circulation circuit, which creates a risk of fast clogging of the membrane pores. With a full return of the flow of concentrate discharged from the membrane apparatus to the membrane separation again, the separated contaminants do not stand out at all from the volume of the membrane apparatus (and the circulation circuit as a whole), but the membrane does not go into deadlock operation, but, thanks to the use of a jet pump, a certain circulation rate of the entire concentrate stream and, accordingly, a flow rate above the membrane are maintained in order to exclude irreversible clogging of the pores of the membrane, characteristic of its operation in a dead end p bench.

Экспериментально определено, что количество концентрата, рециркулируемого в аппарат мембранного разделения, не должно быть ниже 50 мас. от всего количества концентрата, отводимого из аппарата, и может длительное время составлять 100 мас. что не вызывает необратимого забивания пор мембраны. It was experimentally determined that the amount of concentrate recycled to the membrane separation apparatus should not be lower than 50 wt. from the total amount of concentrate discharged from the apparatus, and may for a long time be 100 wt. which does not cause irreversible clogging of the pores of the membrane.

Отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды определяет интенсивность циркуляции потока концентрата и тем самым скорость потока воды над мембраной. The ratio of the recycled concentrate stream to the tap water stream determines the circulation rate of the concentrate stream and thereby the speed of the water flow above the membrane.

При уменьшении этого отношения скорость потока над мембраной снижается и при небольшой заданной производительности по очищенной воде эта скорость может оказаться недостаточной для эффективного снижения концентрационной поляризации и предотвращения загрязнения мембраны. В сочетании с высокой долей рециркулируемого в мембранный аппарат концентрата накопление загрязнений на поверхности мембраны может быть слишком быстрым, что потребует сокращения времени работы между промывками и/или химическими мойками мембранного аппарата. With a decrease in this ratio, the flow rate above the membrane decreases, and with a small given performance for purified water, this speed may not be sufficient to effectively reduce concentration polarization and prevent membrane contamination. In combination with a high proportion of the concentrate recycled to the membrane apparatus, the accumulation of contaminants on the membrane surface may be too fast, which will require a reduction in the operating time between washes and / or chemical washes of the membrane apparatus.

Увеличение указанного соотношения благоприятно сказывается на работе мембранного аппарата, особенно при небольшой заданной производительности по очищенной воде, но связано с ростом гидравлического сопротивления мембранного аппарата, приводит к переполнению смесительной камеры струйного насоса и к прекращению его работы. An increase in the indicated ratio favorably affects the operation of the membrane apparatus, especially with a small predetermined performance for purified water, but is associated with an increase in the hydraulic resistance of the membrane apparatus, leading to overflow of the mixing chamber of the jet pump and its termination.

Экспериментально установлено, что отношение потоков рециркулируемого концентрата и исходной воды следует выбирать в пределах 0,8-2,5. It was experimentally established that the ratio of the flows of recirculated concentrate and source water should be selected in the range of 0.8-2.5.

На приведенном чертеже показана схема получения питьевой воды в аппарате мембранного разделения. The drawing shows a scheme for producing drinking water in a membrane separation apparatus.

Она содержит струйный насос 1, аппарат для мембранного разделения 2, регулирующий клапан 3, трубопроводы для подвода водопроводной воды, отвода концентрата и очищенной воды, рециркуляции части или всего потока концентрата. Водопроводную воду подают в патрубок 4 струйного насоса 1 для активного потока, а рециркулируемый концентрат направляют в патрубок 5 для ввода пассивного потока. Оба потока под созданным насосом давлением проходят по рабочим каналам аппарата мембранного разделения 2, где разделяются на очищенную воду и концентрат, частично или полностью рециркулируемый с помощью струйного насоса 1 в аппарат мембранного разделения 2. Оставшуюся часть выводят из системы через регулирующий клапан 3. It contains a jet pump 1, an apparatus for membrane separation 2, a control valve 3, pipelines for supplying tap water, drainage of concentrate and purified water, recycling part or all of the concentrate stream. Tap water is supplied to the nozzle 4 of the jet pump 1 for the active stream, and the recirculated concentrate is sent to the nozzle 5 for the input of the passive stream. Both flows under the pressure created by the pump pass through the working channels of the membrane separation apparatus 2, where they are separated into purified water and concentrate partially or completely recycled by means of a jet pump 1 into the membrane separation apparatus 2. The remaining part is removed from the system through the control valve 3.

П р и м е р. Водопроводную воду с давлением 3,78 ата и расходом 33,3 л/ч подают в сопло диаметром 0,8 мм патрубка для ввода активного потока струйного насоса 1. Струя водопроводной воды увлекает в смесительную камеру диаметром 2,1 мм того же струйного насоса 1 пассивный поток рециркулируемого концентрата, создавая давление на выходе из смесительной камеры 2,3 ата при общем расходе 87,7 л/ч. Поток подают в аппарат мембранного разделения 2 с рабочей площадью мембраны 0,5 м², где она разделяется на поток очищенной воды, отводимый из аппарата самотеком с расходом 20 л/ч, и поток концентрата, выходящий из аппарата с расходом 67 л/ч. 80 мас. концентрата возвращают в патрубок для ввода пассивного потока. Количество концентрата, выводимого из системы, устанавливают клапаном 3. Степень очистки водопроводной воды от взвешенных и коллоидных частиц составила 100% от микроорганизмов 100% и солей жесткости 30% Степень использования воды составила 60%
Использование предлагаемого способа позволяет значительно увеличить степень использования водопроводной воды и довести ее до 100% без ухудшения качества получаемой воды.PRI me R. Tap water with a pressure of 3.78 atm and a flow rate of 33.3 l / h is fed into a nozzle with a diameter of 0.8 mm pipe to enter the active stream of the jet pump 1. The stream of tap water carries into the mixing chamber with a diameter of 2.1 mm of the same jet pump 1 a passive stream of recycled concentrate, creating a pressure at the outlet of the mixing chamber of 2.3 ata at a total flow rate of 87.7 l / h. The flow is fed into the membrane separation apparatus 2 with a membrane working area of 0.5 m ² , where it is divided into a purified water stream discharged from the apparatus by gravity with a flow rate of 20 l / h, and a concentrate stream leaving the apparatus with a flow rate of 67 l / h. 80 wt. concentrate is returned to the pipe to enter the passive stream. The amount of concentrate discharged from the system is set by valve 3. The degree of purification of tap water from suspended and colloidal particles was 100% from microorganisms 100% and hardness salts 30%. The degree of water use was 60%
Using the proposed method can significantly increase the degree of use of tap water and bring it to 100% without compromising the quality of the water obtained.

Claims

1. A METHOD FOR PRODUCING DRINKING WATER by filtering tap water in a membrane separation apparatus with the discharge of concentrate and purified water, characterized in that part or all of the concentrate stream is recycled to the membrane separation apparatus using a jet pump, the concentrate being sent to a passive flow inlet and tap water is fed into the pipe to enter the active stream.

2. The method according to claim 1, characterized in that the amount of concentrate recycled to the membrane apparatus is 50 to 100 wt. of the total amount of concentrate discharged from the apparatus, and the ratio of the flow of recycled concentrate to the flow of tap water is 0.8 2.5.