RU2434812C1

RU2434812C1 - Membrane water treatment plant

Info

Publication number: RU2434812C1
Application number: RU2010123244/05A
Authority: RU
Inventors: Борис Александрович Русов (RU); Борис Александрович Русов
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Полимерфильтр"
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-11-27

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to water treatment with the help of membranes and may be used in whatever treatment units. Proposed membrane unit comprises initial water tank 1, initial water feed pump 2, battery of hollow-fiber ultra filters 6, filtrate accumulator tank 11, as well as pipelines, valves and accessories for feeding initial water, filtrate, concentrate and rinsing water draining that allow periodic recovery of ultra filters by filtrate backflow generated by rarefaction created by initial water feed pump. ^ EFFECT: efficient membrane filter recovery at reduced power consumption. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к очистке воды с помощью мембран, в частности к средствам очистки высокомутных природных вод с целью использования их в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to the purification of water using membranes, in particular to means for purifying high-altitude natural waters with the aim of using them in domestic and drinking water supply, in food and other industries.

Известна установка для очистки воды (пат. РФ №2155165, кл. C02F 9/00), содержащая нагнетающий насос, два ультрафильтрационных аппарата, озонатор и сорбционный фильтр. Регенерация ультрафильтров этой установки выполняется поочередной промывкой одного аппарата фильтратом другого аппарата, подаваемым под остаточным напором противотоком через поры отмываемого аппарата с отводом промывной воды через концентратную линию. Недостатком является невысокая эффективность регенерации, что обусловлено низким остаточным напором отмывающего обратного потока: напор, создаваемый нагнетающим насосом, теряется сначала на преодоление трансмембранного сопротивления в аппарате, нарабатывающем фильтрат, потом снижается на ту же величину, преодолевая обратное трансмембранное сопротивление в отмываемом аппарате, и только затем ослабленный поток взаимодействует с отложениями загрязнений на рабочей поверхности мембран и входах в их поры.A known installation for water purification (US Pat. RF No. 2155165, class C02F 9/00), containing a pressure pump, two ultrafiltration apparatus, an ozonizer and a sorption filter. The regeneration of the ultrafilters of this unit is carried out by alternately flushing one apparatus with a filtrate of another apparatus, supplied under a residual pressure counterflow through the pores of the washing apparatus with the removal of washing water through a concentrate line. The disadvantage is the low efficiency of regeneration, which is due to the low residual pressure of the washing backflow: the pressure created by the injection pump is first lost to overcome the transmembrane resistance in the apparatus that produces the filtrate, then it decreases by the same amount, overcoming the reverse transmembrane resistance in the washing machine, and only then the weakened flow interacts with the deposits of contaminants on the working surface of the membranes and the entrances to their pores.

Известно устройство для ультрафильтрации (пат. РФ №2228788, кл. B01D 61/14, 61/18), содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной жидкости с вибрирующим устройством, линии отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран фильтрующих элементов, выполненное в виде гидропневматического аккумулятора, присоединенного к линии отвода фильтрата трубопроводом с обратным клапаном, и вибрационного прерывателя, соединенного с гидропневматическим аккумулятором входной линией и выходной - с линией отвода фильтрата между мембранным аппаратом и трубопроводом гидропневматического аккумулятора. При снижении производительности мембран в результате накопления отложений осуществляется обратноточная промывка. Линию отвода фильтрата перекрывают, давление фильтрата возрастает, воздух в гидропневмоаккумуляторе сжимается фильтратом. После остановки рабочего насоса сжатый воздух через прерыватель воздействует на фильтрат, оставшийся в линии и фильтратотводящей зоне мембранного аппарата, и выталкивает его небольшими порциями в обратном рабочему направлении.A device for ultrafiltration (US Pat. RF No. 2228788, class. B01D 61/14, 61/18), containing a membrane apparatus with filter elements, a feed line of the original liquid with a vibrating device, a drain line of the concentrate and filtrate with shutoff bodies and a means for washing membranes of filtering elements, made in the form of a hydropneumatic accumulator connected to the filtrate discharge line by a pipeline with a non-return valve, and a vibration breaker connected to the hydropneumatic accumulator by the input line and the output one, with a filtrate discharge line between the membrane apparatus and the hydropneumatic accumulator pipe. With a decrease in membrane performance as a result of accumulation of deposits, backflow washing is carried out. The filtrate discharge line is closed, the filtrate pressure increases, the air in the hydro-pneumatic accumulator is compressed by the filtrate. After the working pump stops, compressed air through the interrupter acts on the filtrate remaining in the line and in the filtrate discharge zone of the membrane apparatus and pushes it in small portions in the opposite working direction.

Недостатком устройства является весьма ограниченное количество остаточного фильтрата и толкающего его сжатого воздуха, что не обеспечивает длительности и эффективности промывки, достаточных для удаления отложений, обладающих сколько-нибудь существенной адгезией к мембранам.The disadvantage of this device is a very limited amount of residual filtrate and compressed air pushing it, which does not ensure the duration and effectiveness of the flushing, sufficient to remove deposits with any significant adhesion to the membranes.

Известен принятый в качестве прототипа способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления (пат. РФ №2112747, кл. C02F 1/44, 9/00, B01D 61/22). Мембранная установка для очистки воды содержит насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода концентрата с запорным клапаном и установленной параллельно ему диафрагмой, линию отвода фильтрата с запорным клапаном. Установка снабжена накопительной емкостью фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком - с линией отвода фильтрата. Способ очистки воды включает стадию фильтрования воды на мембранной установке и стадию регенерации установки, причем на стадии фильтрования в батарею разделительных аппаратов подают исходную воду, отвод концентрата осуществляют через диафрагму в количестве не более 6% от произведенного фильтрата, при этом закрывают запорный клапан на линии отвода концентрата и открывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, на стадии регенерации включают промывочный насос, закрывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, а запорный клапан на линии отвода концентрата попеременно открывают и закрывают.Known adopted as a prototype method of water purification and membrane installation for its implementation (US Pat. RF No. 2112747, CL C02F 1/44, 9/00, B01D 61/22). The membrane water treatment plant contains a pump for supplying source water, a four-way valve, a battery of separation devices based on hollow fiber or tubular micro- or ultrafiltration membranes, a line for supplying source water, a line for concentrate discharge with a shut-off valve and a diaphragm installed parallel to it, a filtrate discharge line with shutoff valve. The installation is equipped with a cumulative capacity of the filtrate, a flushing pump connected by a suction pipe to the storage capacity of the filtrate, and a discharge pipe with a filtrate discharge line. The method of water purification includes the stage of filtering water at the membrane unit and the stage of regeneration of the unit, and at the stage of filtering, the source water is supplied to the battery of separation apparatus, the concentrate is discharged through the diaphragm in an amount of not more than 6% of the filtrate produced, and the shut-off valve on the drain line is closed concentrate and open the shutoff valve on the filtrate discharge line; at the regeneration stage, turn on the washing pump, close the shutoff valve on the filtrate discharge line, and the shutoff valve on the concentrate discharge lines alternately open and close.

Способ и устройство по патенту РФ №2112747 не устраняют склонность к отложению загрязнений в процессе фильтрации, но позволяют интенсифицировать процесс регенерации мембранных аппаратов. Недостатком прототипа является необходимость использования специального промывочного насоса, что приводит к усложнению и удорожанию конструкции установки и системы управления, а также увеличению мощности электропотребителей установки.The method and device according to the patent of the Russian Federation No. 2112747 do not eliminate the tendency to deposit contaminants in the filtering process, but they can intensify the process of regeneration of membrane devices. The disadvantage of the prototype is the need to use a special flushing pump, which leads to a complication and cost of the design of the installation and control system, as well as an increase in the power of the electrical consumers of the installation.

Изобретение направлено на повышение эффективности регенерации мембранных аппаратов при сниженных энергозатратах.The invention is aimed at improving the efficiency of the regeneration of membrane devices with reduced energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что мембранная установка для очистки воды содержит насос подачи исходной воды со всасывающим трубопроводом, снабженным запорным клапаном, линию подачи исходной воды, батарею половолоконных ультрафильтров, линию отвода концентрата с установленными параллельно регулирующим краном и запорным клапаном, линию отвода фильтрата, накопительную емкость фильтрата, при этом на линии подачи исходной воды после насоса установлен нормально открытый запорный клапан, за которым к линии подачи исходной воды присоединен снабженный нормально закрытым запорным клапаном возвратный трубопровод, второй конец которого соединен со всасывающим патрубком насоса, между насосом и нормально открытым клапаном к линии подачи исходной воды подключена линия отвода промывной воды, снабженная нормально закрытым запорным клапаном, а линия отвода концентрата снабжена обратным клапаном.This goal is achieved in that the membrane water treatment plant comprises a source water supply pump with a suction pipe equipped with a shut-off valve, a source water supply line, a hollow fiber ultrafilter battery, a concentrate discharge line with a control valve and a shut-off valve installed in parallel, a filtrate discharge line, a storage the capacity of the filtrate, while a normally open shut-off valve is installed on the source water supply line after the pump, followed by Inonii provided with a normally closed shut-off valve return conduit, a second end connected to a suction pipe of the pump, between the pump and the normally open valve for supplying raw water line connected to the wash water discharge line provided with a normally closed shut-off valve and a concentrate discharge line provided with a check valve.

При таком устройстве мембранной установки эффективная регенерация ультрафильтров и поддержание их высокой производительности при длительном межрегенерационном периоде обеспечивается насосом подачи исходной воды без использования специального промывочного насоса. Вследствие этого упрощается и удешевляется установка и ее система управления, а также снижаются энергозатраты.With this arrangement of the membrane unit, the effective regeneration of ultrafilters and the maintenance of their high performance with a long inter-regeneration period is provided by the feed water supply pump without using a special washing pump. As a result, the installation and its control system are simplified and cheapened, as well as energy costs are reduced.

На чертеже представлена принципиальная схема мембранной установки для очистки воды.The drawing shows a schematic diagram of a membrane installation for water purification.

Мембранная установка для очистки воды содержит емкость исходной воды 1, насос подачи исходной воды 2 со всасывающим трубопроводом 3, снабженным запорным клапаном 4, линию 5 подачи исходной воды, батарею половолоконных ультрафильтров 6, имеющую линию 7 отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран 8 и нормально закрытый запорный клапан 9, линию отвода фильтрата 10, соединенную с накопительной емкостью фильтрата 11. На линии 5 подачи исходной воды после насоса 2 установлен нормально открытый запорный клапан 12, за которым к линии 5 присоединен снабженный нормально закрытым запорным клапаном 13 возвратный трубопровод 14, второй конец которого соединен со всасывающим патрубком насоса 2. Между насосом 2 и клапаном 12 к линии 5 подключена линия 15 отвода промывной воды, снабженная нормально закрытым запорным клапаном 16. На линии 7 отвода концентрата установлен обратный клапан 17.The membrane water treatment plant comprises a source water tank 1, a source water supply pump 2 with a suction pipe 3 provided with a shutoff valve 4, a source water supply line 5, a hollow fiber ultrafilter battery 6 having a concentrate discharge line 7 on which a control valve 8 is installed in parallel and a normally closed shut-off valve 9, a filtrate discharge line 10 connected to a storage tank of the filtrate 11. A normally open shut-off valve 12 is installed on the feed water supply line 5 after the pump 2, for which return line 14, equipped with a normally closed shutoff valve 13, is connected to line 5, the second end of which is connected to the suction port of pump 2. Between pump 2 and valve 12, flushing water discharge line 15 is connected to line 5 and equipped with a normally closed shutoff valve 16. On line 7 the outlet of the concentrate is installed check valve 17.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Исходную воду из емкости 1 насосом 2 при открытых запорных клапанах 4 и 12 подают в батарею ультрафильтров 6, где вода фильтруется через пористые стенки полых волокон. Фильтрат через линию 10 отводится в накопительную емкость 11, откуда поступает к потребителям. Концентрат с задержанными загрязнениями отводится по линии 7 через регулирующий кран 8, поддерживающий давление фильтрации. Запорный клапан 9 при этом закрыт.После того как производительность установки в результате отложения загрязнений на стенках полых волокон ультрафильтров снизится до заранее заданного значения, проводят регенерацию ультрафильтров. Для этого закрывают запорные клапаны 4 и 12, открывают запорные клапаны 13 и 16, в результате чего насос 2 создает разрежение в ультрафильтрах, удерживаемое обратным клапаном 17, что обеспечивает обратный трансмембранный поток фильтрата из накопительной емкости 11, вымывающий загрязнения из фильтрующих пор полых волокон и способствующий отрыву загрязнений от стенок волокон. Промывная вода отводится по линии 15. По окончании обратной промывки клапаны 13 и 16 закрывают, клапаны 4 и 12 открывают и проводят промывку волокон транзитным потоком, увеличенным благодаря открытию клапана 9, снижению давления в линии 7 отвода концентрата. Промывку обратным потоком фильтрата и транзитным потоком при необходимости можно выполнить поочередно несколько раз.The source water from the tank 1 by the pump 2 with the open shut-off valves 4 and 12 is fed into the ultrafilter battery 6, where the water is filtered through the porous walls of the hollow fibers. The filtrate through line 10 is discharged into the storage tank 11, from where it flows to consumers. Concentrate with delayed contaminants is discharged along line 7 through a control valve 8, which maintains the filtration pressure. The shut-off valve 9 is closed. After the capacity of the installation as a result of deposition of contaminants on the walls of the hollow fibers of the ultrafilters decreases to a predetermined value, the ultrafilters are regenerated. To do this, close the shut-off valves 4 and 12, open the shut-off valves 13 and 16, as a result of which the pump 2 creates a vacuum in the ultrafilters, held by the check valve 17, which provides a reverse transmembrane flow of the filtrate from the storage tank 11, washing away contaminants from the filtering pores of the hollow fibers and contributing to the separation of contaminants from the walls of the fibers. Wash water is discharged along line 15. At the end of the backwash, valves 13 and 16 are closed, valves 4 and 12 are opened and the fibers are washed with a transit stream increased by opening valve 9 and reducing the pressure in the concentrate discharge line 7. Rinsing with a reverse filtrate stream and a transit stream, if necessary, can be performed alternately several times.

Таким образом обеспечивается эффективная регенерация ультрафильтров и поддержание их высокой производительности при длительном межрегенерационном периоде без использования специального промывочного насоса. Благодаря этому упрощается и удешевляется установка и ее система управления, а также снижаются энергозатраты.This ensures the effective regeneration of ultrafilters and maintaining their high performance with a long inter-regeneration period without using a special washing pump. Thanks to this, the installation and its control system are simplified and cheapened, as well as energy costs are reduced.

Claims

A membrane water treatment plant comprising a source water supply pump with a suction pipe provided with a shut-off valve, a source water supply line, an ultrafilter hollow fiber battery, a concentrate discharge line with a control valve and a shut-off valve installed in parallel, a filtrate discharge line, a filtrate storage capacity, characterized in that a normally open shut-off valve is installed on the source water supply line after the pump, after which a supplied normal is connected to the source water supply line With a shut-off valve closed by a return pipe, the second end of which is connected to the pump suction pipe, a rinse water outlet line equipped with a normally closed shut-off valve is connected to the source water supply line between the pump and the normally open valve, and the concentrate discharge line is equipped with a non-return valve.