RU2655995C1 - Water distillation method (options) - Google Patents
Water distillation method (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655995C1 RU2655995C1 RU2017140514A RU2017140514A RU2655995C1 RU 2655995 C1 RU2655995 C1 RU 2655995C1 RU 2017140514 A RU2017140514 A RU 2017140514A RU 2017140514 A RU2017140514 A RU 2017140514A RU 2655995 C1 RU2655995 C1 RU 2655995C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- reverse osmosis
- water
- concentrate
- working
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 203
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004821 distillation Methods 0.000 title abstract 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 149
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims abstract description 146
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims abstract description 144
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 120
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 97
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 38
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 32
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims abstract description 4
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 42
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 37
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 28
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 22
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 22
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical group OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims description 18
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 12
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 abstract description 49
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 10
- 238000005352 clarification Methods 0.000 abstract description 8
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 abstract description 7
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 abstract description 5
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003643 water by type Substances 0.000 abstract description 4
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 abstract description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 abstract 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 18
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 18
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 18
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 18
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 7
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 5
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- -1 bicarbonate anions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000007785 strong electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к технологическим процессам опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной (высокой) жесткостью, содержанием железа более 0,1 мг/л и общей минерализацией выше 400 мг/л, и может быть использовано для получения воды питьевого качества, а также для получения обработанной воды для использования в различных технологических процессах. The invention relates to the technological processes of desalination or partial desalination of brackish and fresh waters, mainly for artesian waters with high (high) hardness, iron content of more than 0.1 mg / l and a total salinity of more than 400 mg / l, and can be used to produce water drinking quality, as well as to obtain treated water for use in various technological processes.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен способ обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды, включающий пропускание воды под давлением через полунепроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, который направляют в кристаллизатор, где выделяют кристаллы, а осветленный раствор смешивают с исходной минерализованной водой, при этом концентрат захолаживают, сначала в теплообменнике, отводя тепло осветленному раствору, затем в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации к источнику холода, после чего полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор перед смешиванием с исходной минерализованной водой пропускают через теплообменник (см. патент РФ на изобретение № 2142329, МПК B01D61/02; C02F01/44, опубл. 10.12.1999 г.). A known method of reverse osmosis separation of crystals from mineralized water, comprising passing pressurized water through semi-impermeable membranes of a roll membrane element to produce permeate and concentrate, which is sent to a crystallizer, where crystals are separated, and the clarified solution is mixed with the initial mineralized water, the concentrate is cooled, first in the heat exchanger, removing heat to the clarified solution, then in the mold, removing the latent heat of crystallization to the source of cold, p after which the suspension obtained is fed to a separator where crystals are isolated as a dry product, and the clarified solution is passed through a heat exchanger before mixing with the initial mineralized water (see RF patent for invention No. 2142329, IPC B01D61 / 02; C02F01 / 44, publ. 10.12 .1999).
Основным недостатком известного способа является то, что он применим только для опреснения высокоминерализованной воды и подразумевает использование дополнительного оборудования, а также дополнительных источников энергии. The main disadvantage of this method is that it is applicable only for desalination of highly saline water and involves the use of additional equipment, as well as additional energy sources.
Известен также способ глубокого обессоливания пресных и солоноватых вод, включающий последовательные процессы по ступеням: осветление, обработка осветленной воды на ионообменных фильтрах и обессоливание на обратноосмотической установке с отводом концентрата из каждой ступени очистки (см. статью Опыт внедрения установки обратного осмоса УОО-166 на Нижнекамской ТЭЦ-1. - Ходырев Б.Н. и др. // Электрические станции, 2002 №6, с.54-62).There is also a known method of deep desalination of fresh and brackish waters, including sequential processes in steps: clarification, treatment of clarified water on ion-exchange filters and desalination on a reverse osmosis plant with the removal of concentrate from each purification step (see the article Experience in the implementation of the reverse osmosis system UOO-166 at Nizhnekamsk Thermal Power Station-1. - Khodyrev B.N. et al. // Electric Stations, 2002 No. 6, p. 54-62).
По известному способу процесс обратноосмотического обессоливания осуществляют при постоянном значении приложенного давления ~1070 КПа в аппаратах с однотипными мембранными элементами, при значительных величинах сброса концентрата 15-30% от расхода питательной воды, которым соответствуют низкие значения отношения расходов пермеата к концентрату n=2,3-5,7. Такой способ обессоливания позволяет обеспечить режим работы обратноосмотических установок без образования минеральных отложений в мембранных элементах при относительно неглубоком концентрировании обрабатываемой воды. Вместе с тем этот способ, так же, как и предыдущие, не позволяет увеличить выработку пермеата и, следовательно, отношение расходов пермеата к концентрату, а также использовать получаемый концентрат в качестве регенерирующего раствора Na-катионитных фильтров. В результате указанных особенностей аналога расход воды на собственные нужды в целом по установке обессоливания остается достаточно высоким - 23,5-51,4% от расхода получаемой обессоленной воды. Кроме того, к недостаткам известного способа можно отнести неглубокое обессоливание воды (значения показателя электропроводности пермеата составляют от 7-8 до 40-50 мкСм/см) вследствие отсутствия дополнительной ступени Н-ОН-ионирования пермеата, а также в результате загрязнения мембран органосодержащими отложениями при работе на воде с повышенным содержанием органических веществ, особенно техногенной природы. Это обусловлено отсутствием на стадии предподготовки эффективной ступени очистки воды от растворенных органических веществ.According to the known method, the reverse osmosis desalination process is carried out at a constant value of applied pressure of ~ 1070 KPa in devices with the same membrane elements, with significant values of the concentrate discharge 15-30% of the feed water flow rate, which correspond to low values of the ratio of permeate to concentrate flow rates n = 2,3 -5.7. This method of desalination allows you to ensure the operation of reverse osmosis plants without the formation of mineral deposits in the membrane elements with a relatively shallow concentration of the treated water. However, this method, like the previous ones, does not allow to increase the production of permeate and, therefore, the ratio of permeate to concentrate costs, and also to use the resulting concentrate as a regenerating solution of Na-cation exchange filters. As a result of these features of the analogue, the water consumption for own needs as a whole for the installation of desalination remains quite high - 23.5-51.4% of the flow rate of the obtained demineralized water. In addition, the disadvantages of this method include shallow desalination of water (permeate conductivity index values are from 7-8 to 40-50 μS / cm) due to the absence of an additional H-OH ionization of the permeate, as well as as a result of contamination of the membranes with organo-containing deposits during work on water with a high content of organic substances, especially of technogenic nature. This is due to the lack of an effective stage of water purification from dissolved organic substances at the pre-preparation stage.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является известный способ глубокого обессоливания пресных и солоноватых вод, включающий последовательные процессы по ступеням: осветление, обработку осветленной воды на ионообменных фильтрах и обессоливание в обратноосмотической ступени с отводом концентрата из каждой ступени очистки, при этом процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно при более высоком давлении очищаемой воды на каждой последующей стадии обессоливания с соответствующими заданным давлениям мембранами, причем давление очищаемой воды устанавливают в пределах на первой стадии не более 1,6 МПа и не более 4,0 МПа - на последней стадии при отношении расходов пермеата к концентрату обратноосмотической ступени в целом в пределах n=7-99, отвод концентрата из обратноосмотической ступени производят в каждой стадии на регенерацию ионообменных фильтров, а пермеат после обратноосмотической ступени очистки подвергают Н-ОН-ионированию (см. патент РФ на изобретение № 2283288, МПК C02F09/08; B01D61/12; C02F01/42; C02F01/44, опубл. 10.09.2006 г.). The closest in technical essence to the proposed invention is a known method of deep desalination of fresh and brackish water, including sequential processes in steps: clarification, treatment of clarified water on ion-exchange filters and desalination in the reverse osmosis stage with the discharge of concentrate from each cleaning stage, while the process of reverse osmosis desalination lead at least two stages at a higher pressure of purified water at each subsequent stage of desalination with the corresponding according to specified membranes, moreover, the pressure of the water to be purified is set within the limits of the first stage not more than 1.6 MPa and not more than 4.0 MPa - in the last stage with the ratio of permeate to concentrate of the reverse osmosis stage as a whole within n = 7-99, the concentrate is removed from the reverse osmosis stage at each stage for regeneration of ion-exchange filters, and the permeate after the reverse osmosis purification stage is subjected to H-OH ionization (see RF patent for the invention No. 2283288, IPC C02F09 / 08; B01D61 / 12; C02F01 / 42; C02F01 / 44, publ. September 10, 2006).
Недостатком известного способа является невозможность восстановить рабочую ионообменную емкость катионита концентратом обратноосмотической установки. В соответствии с условиями достижения равновесия химической реакции обмена ионов Na на Ca и Mg, ионов Na должно быть в «2 с лишним раза» больше, чем Ca и Mg. Только в этом случае рабочая обменная емкость ионита восстановится до целесообразных значений. Катионит, регенерируемый только концентратом обратноосмотической ступени, восстановит только половину рабочей обменной емкости. При последующей регенерации половину от половины и так далее до полного истощения по ионам Na. The disadvantage of this method is the inability to restore the working ion-exchange capacity of the cation exchange resin concentrate reverse osmosis unit. In accordance with the conditions for achieving equilibrium of the chemical reaction of the exchange of Na ions to Ca and Mg, there should be more than 2 times more Na ions than Ca and Mg. Only in this case, the working exchange capacity of the ion exchanger will be restored to appropriate values. Cation exchanger, regenerated only by concentrate of the reverse osmosis stage, will restore only half of the working exchange capacity. With subsequent regeneration, half from half, and so on, to complete depletion of Na ions.
Количества кислых стоков, возникающих при регенерации установки H–OH ионирования пермеата, недостаточно для регенерации установки H–катионирования или подкисления исходной воды перед системой обратного осмоса. Так как пермеат содержит минимальное количество минеральных примесей регенерация установки H–OH ионирования пермеата будет производится значительно реже, чем регенерация установки H–катионирования.The amount of acid effluent that occurs during the regeneration of the H – OH permeate ionization unit is not enough to regenerate the H – cation unit or acidify the feed water before the reverse osmosis system. Since the permeate contains the minimum amount of mineral impurities, the regeneration of the H – OH ionization permeate installation will be performed much less frequently than the regeneration of the H – cation installation.
Технически и экономически нецелесообразно ограничивать солесодержание концентрата обратноосмотической ступени не более 10 г/л, так как при добавлении в данный концентрат поваренной соли в количестве необходимой для проведения регенерации Na-катионитовой установки солесодержание концентрата составит 22-25 г/л. Производителями современных катионитных смол рекомендуется солесодержание регенерационного раствора поддерживать около 100-120 г/л (8-10%). Кроме того, при солесодержании исходной воды около 1400 мг/л кратность концентрирования концентрата составит n=7, это означает, что количество отводимого концентрата с обратноосмотической ступени составит 14% от расхода, полученного пермеата. Это обстоятельство существенно увеличивает объем образующихся сточных вод и ограничивает целесообразность применения известного способа опреснения верхней границей солесодержания исходной воды на уровне 1000 мг/л.It is technically and economically inexpedient to limit the salinity of the concentrate of the reverse osmosis stage to no more than 10 g / l, since when salt is added to the concentrate in the amount necessary for the regeneration of the Na-cationite plant, the salinity of the concentrate will be 22-25 g / l. Manufacturers of modern cationic resins recommend that the salinity of the regeneration solution be maintained at about 100-120 g / l (8-10%). In addition, when the salt content of the source water is about 1400 mg / L, the concentration of the concentrate will be n = 7, which means that the amount of concentrate discharged from the reverse osmosis stage will be 14% of the flow rate of the obtained permeate. This circumstance significantly increases the volume of generated wastewater and limits the feasibility of using the known method of desalination by the upper limit of the salinity of the source water at a level of 1000 mg / l.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является увеличение эффективности выделения солей, уменьшение количества получаемых сточных вод и значительная экономия химических реагентов. The present invention is to increase the efficiency of the allocation of salts, reducing the amount of wastewater and significant savings in chemical reagents.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является существенное увеличение удельного выхода пермеата с обратноосмотической системы обессоливания, уменьшение расхода концентрата по ступеням обессоливания и, соответственно, уменьшение расходов воды на собственные нужды установки до 2,5 -6%. The technical result achieved in solving this problem is a significant increase in the specific yield of permeate from the reverse osmosis desalination system, a decrease in the concentrate consumption along the desalination steps, and, accordingly, a decrease in water consumption for the plant’s own needs up to 2.5 -6%.
Указанный технический результат достигается тем, что способ опреснения воды (по первому варианту) заключается в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем в умягченную воду дозируют раствор соляной кислоты, при этом количество кислоты выбирают эквивалентно количеству бикарбоната натрия, затем в декарбонизаторе из воды извлекают свободную углекислоту, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака солерастворителя регенерационный соляной раствор прокачивают последовательно через анионит, а затем через катионит снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию. The specified technical result is achieved in that the method of desalination of water (according to the first embodiment) is that the water is pre-clarified, sent to Na-cation exchange filters, while the hardness of the softened water is set in the range of 0.02-0.1 mEq / l, then a solution of hydrochloric acid is dosed into softened water, while the amount of acid is selected equivalent to the amount of sodium bicarbonate, then free carbon dioxide is extracted from water in the decarbonizer, then the water is sequentially directed to reverse osmosis stages with desalination systems, and the reverse osmosis desalination process is carried out at least two stages along the line of the working concentrate, at the first stage of the reverse osmosis desalination system, the ratio of the initial flow to the working concentrate is set within 70-75%, then the working concentrate is sent to the second stage of the reverse osmosis desalination system, after the second working concentrate is used as source water for the third stage of the reverse osmosis desalination system, while working the pressure of the reverse osmosis desalination process is increased from the first stage to the last, from 10 to 50 bar, the working concentrate after the last stage of the reverse osmosis desalination system is sent to the tank with a salt solvent, to which sodium chloride is added, while the salt content of the working concentrate volume sufficient for Na-filter regeneration after the last the steps of the reverse osmosis desalination system are set in the range of 30-50 g / l, the regeneration salt solution is pumped from the salt-solvent tank, followed by through anion exchange resin, and then through cation exchange resin from the bottom up, with the discharge of the spent regeneration solution after the filter for disposal.
Целесообразно, чтобы максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, было не менее 50 г/л. It is advisable that the maximum salt content of the working concentrate leaving the membranes of the reverse osmosis desalination system be at least 50 g / l.
Солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания. The salt content of the working concentrate is set equal to the initial salt content of water, multiplied by 3.5 in a degree, the value of which is equal to the number of steps of the reverse osmosis desalination system.
Количество натрия, добавляемого в бак солерастворитель на смешение с рабочим концентратом, определяют как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающим в бак солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.The amount of sodium added to the tank salt diluent for mixing with the working concentrate is defined as the amount of sodium, g / l, in the working concentrate entering the tank, the salt solvent multiplied by 1.05 -1.1.
Количество ступеней обратноосмотической системы определяется из выражения N=logn(25/s)+1, где N-число ступеней обратного осмоса (округляется в большую или меньшую сторону до целого числа); n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5; s – солесодержание исходной воды, мг/л; 25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л; 1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды (концентрация солей на этой стадии предполагается в 2 - 2,5 раза). The number of steps of the reverse osmosis system is determined from the expression N = log n (25 / s) +1, where N is the number of steps of reverse osmosis (rounded up or down to an integer); n is the ratio of the increase in salt content of the concentrate at one stage of reverse osmosis, n = 3.5; s is the salinity of the source water, mg / l; 25 - salt content of the concentrate from the penultimate stage of reverse osmosis, mg / l; 1 - stage of reverse osmosis desalination of initially salt water (salt concentration at this stage is assumed to be 2–2.5 times).
Для удаления бикарбонат иона из исходной воды можно пользоваться технологией Сl-анионирования при соблюдении некоторых условий описанных ниже вместо дозирования соляной кислоты.To remove the bicarbonate ion from the source water, one can use the Cl-anionization technology under certain conditions described below instead of dosing hydrochloric acid.
Указанный технический результат достигается также тем, что способ опреснения воды (по второму варианту) заключается в том, что воду предварительно осветляют, направляют в Na-катионитовые фильтры, при этом жесткость умягченной воды устанавливают в пределах 0,02-0,1 мг-экв/л, затем используют установку Cl–анионирования для замещения бикарбонат иона на хлорид ион, при остаточном содержание бикарбонат иона не более 0,2 мг-экв/л, далее воду последовательно направляют на ступени обратноосмотической системы обессоливания, причем процесс обратноосмотического обессоливания ведут по меньшей мере двухстадийно по линии рабочего концентрата, на первой ступени обратноосмотической системы обессоливания соотношение исходного потока к рабочему концентрату устанавливают в пределах 70-75%, затем рабочий концентрат направляют на вторую ступень обратноосмотической системы обессоливания, после второй ступени рабочий концентрат используют в качестве исходной воды для третьей ступени обратноосмотической системы обессоливания, при этом рабочее давление процесса обратноосмотического обессоливания повышают от первой ступени к последней, от 10 до 50 бар, рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–фильтра объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л, из бака солерастворителя регенерационный соляной раствор при помощи насоса подают на установку Cl–анионирования, где прокачивают через колонну с отработанным анионитом снизу вверх, а затем этот регенерационный раствор последовательно прокачивают через отработанный катионит установки Na-катионирования снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию.The specified technical result is also achieved by the fact that the method of desalination of water (according to the second embodiment) is that the water is pre-clarified, sent to Na-cation exchange filters, while the hardness of the softened water is set in the range of 0.02-0.1 mEq / l, then use the Cl-anionization unit to replace the bicarbonate ion with chloride ion, with a residual content of bicarbonate ion not more than 0.2 mEq / l, then water is sequentially directed to the stages of the reverse osmosis desalination system, and the process is reverse osmosis at least two stages along the line of the working concentrate, at the first stage of the reverse osmosis desalination system, the ratio of the initial flow to the working concentrate is set within 70-75%, then the working concentrate is sent to the second stage of the reverse osmosis desalination system, after the second stage the working concentrate is used in as the source water for the third stage of the reverse osmosis desalination system, while the working pressure of the reverse osmosis desalination process boiling water increases from the first stage to the last, from 10 to 50 bar, the working concentrate after the last stage of the reverse osmosis desalination system is sent to the tank with a salt solvent where sodium chloride is added, and the salt content of the working concentrate sufficient for the Na-filter regeneration after the last stage of the reverse osmosis system desalination is set in the range of 30-50 g / l; from the salt-solvent tank, the regenerating saline solution is pumped to the Cl-anionization unit, where it is pumped through the column with spent anion exchange resin from the bottom up, and then this regeneration solution is pumped sequentially through the spent cation exchange resin from the Na-cation unit from the bottom up, with the discharge of the spent regeneration solution after the filter for disposal.
Целесообразно, чтобы максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран обратноосмотической системы обессоливания, было не менее 50 г/л. It is advisable that the maximum salt content of the working concentrate leaving the membranes of the reverse osmosis desalination system be at least 50 g / l.
Солесодержание рабочего концентрата устанавливают равным исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5 в степени, значение которой равно количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания.The salt content of the working concentrate is set equal to the initial salt content of water, multiplied by 3.5 in a degree, the value of which is equal to the number of steps of the reverse osmosis desalination system.
Количество натрия, добавляемого в бак солерастворитель на смещение с рабочим концентратом, определяют как количество натрия, г/л, в рабочем концентрате, поступающим в бак солерастворитель, умноженное на 1,05 -1,1.The amount of sodium added to the tank of the salt solvent at an offset with the working concentrate is defined as the amount of sodium, g / l, in the working concentrate entering the tank of the salt solvent, multiplied by 1.05 -1.1.
Количество ступеней обратноосмотической системы определяется из выражения N=logn(25/s)+1, где N-число ступеней обратного осмоса (округляется в большую или меньшую сторону до целого числа); n – кратность увеличения солесодержания концентрата на одной ступени обратного осмоса, n=3,5; s – солесодержание исходной воды, мг/л; 25 – солесодержание концентрата с предпоследней ступени обратного осмоса, мг/л; 1 – стадия обратноосмотического обессоливания изначально соленой воды (концентрация солей на этой стадии предполагается в 2 - 2,5 раза). The number of steps of the reverse osmosis system is determined from the expression N = log n (25 / s) +1, where N is the number of steps of reverse osmosis (rounded up or down to an integer); n is the ratio of the increase in salt content of the concentrate at one stage of reverse osmosis, n = 3.5; s is the salinity of the source water, mg / l; 25 - salt content of the concentrate from the penultimate stage of reverse osmosis, mg / l; 1 - stage of reverse osmosis desalination of initially salt water (salt concentration at this stage is assumed to be 2–2.5 times).
Увеличение удельного выхода пермеата происходит за счет использования нескольких ступеней осмотического обессоливания. Как правило, применяется одна ступень обратноосмотического обессоливания воды, соответственно для достижения заданной производительности по очищенной воде необходимо использовать на 30 % больше исходной воды, избыток воды, которой после системы обратного осмоса будет сброшен в канализацию. При использовании ступенчатого осмоса производительность по очищенной воде достигается при использовании только 2,5 – 5% избытка расхода воды от производительности на собственные нужды. Процент выхода пермеата от исходной воды по ступеням системы обратноосмотического обессоливания следующий: первая ступень – 70%, вторая ступень – 21%, третья ступень - 4,4%. The increase in the specific yield of permeate occurs due to the use of several stages of osmotic desalination. As a rule, one step of reverse osmosis desalination of water is used; accordingly, to achieve a given performance for purified water, it is necessary to use 30% more source water, the excess water, which after the reverse osmosis system will be discharged into the sewer. When using step-wise osmosis, the performance of purified water is achieved by using only 2.5 - 5% of the excess water flow from the capacity for own needs. The percentage of permeate yield from the source water in the stages of the reverse osmosis desalination system is as follows: the first stage is 70%, the second stage is 21%, and the third stage is 4.4%.
Для примера: при обычной технологии обратноосмотического обессоливания из 145 м3 исходной воды получается 100 м3 очищенной воды на первой и единственной ступени. При ступенчатом осмосе – из 105 м3 исходной воды получается 100 м3 очищенной воды, при этом первая ступень осмоса производит 73 м3, вторая ступень осмоса производит 22,5 м3, третья ступень осмоса производит 4,5 м3 пермеата, всего 100 м3 пермеата. Это достигается за счет более полного использования концентрата на обратноосмотических ступенях. For example: with the usual reverse osmosis desalination technology, 145 m 3 of source water results in 100 m 3 of purified water in the first and only stage. In stepwise osmosis, 100 m 3 of purified water is obtained from 105 m 3 of source water, while the first stage of osmosis produces 73 m 3 , the second stage of osmosis produces 22.5 m 3 , the third stage of osmosis produces 4.5 m 3 permeate, total 100 m 3 permeate. This is achieved through a more complete use of the concentrate on reverse osmosis steps.
Процесс опреснения или частичного обессоливания воды ведется при помощи технологии обратноосмотического обессоливания воды, работающей в комбинировании с ионообменными технологиями водоподготовки.The process of desalination or partial desalination of water is carried out using reverse osmosis water desalination technology, which works in combination with ion-exchange water treatment technologies.
Ионообменные технологии используются для корректировки ионного состава воды, которая впоследствии проходит обессоливание при помощи технологии обратного осмоса. Ion exchange technologies are used to adjust the ionic composition of water, which subsequently undergoes desalination using reverse osmosis technology.
Данный процесс предполагает высокий коэффициент использования сточных вод, образующихся после обратноосмотического обессоливания с высоким содержанием солей Na на приготовление регенерирующего раствора для Na-катионирования системы предварительного умягчения воды. Тем самым значительно уменьшается общее количество сбрасываемых сточных вод, а также значительно уменьшается расход реагентов для работы системы умягчения.This process involves a high utilization rate of wastewater generated after reverse osmosis desalination with a high content of Na salts for the preparation of a regenerating solution for Na-cationization of the water pre-softening system. This significantly reduces the total amount of wastewater discharged, and significantly reduces the consumption of reagents for the operation of the softening system.
По способу опреснения воды предлагается производить концентрирование концентрата обратноосмотической ступени до величины солесодержания определяемой исходя из двух условий:According to the method of desalination, it is proposed to concentrate the concentrate of the reverse osmosis stage to a salt content determined on the basis of two conditions:
1) количество солей Na в необходимом для регенерации объеме рабочего концентрата после последней ступени обратного осмоса составляет около 40-45% от количества, требуемого для регенерации фильтров умягчения. Необходимо добавить в бак солерастворитель, в рабочий концентрат, около 55-60% поваренной соли. После этого солесодержание рабочего концентрата так же должно увеличиться на 55-60% для получения из него регенерационного раствора необходимого объема с солесодержанием 65-110 г/л. Таким образом, солесодержание достаточного для регенерации объема рабочего концентрата после последней ступени осмоса должно быть около 30-50 г/л; 1) the amount of Na salts in the volume of working concentrate necessary for regeneration after the last stage of reverse osmosis is about 40-45% of the amount required for the regeneration of softening filters. It is necessary to add a salt solvent to the tank, to the working concentrate, about 55-60% of table salt. After that, the salt content of the working concentrate should also increase by 55-60% to obtain from it a regeneration solution of the required volume with a salt content of 65-110 g / l. Thus, the salinity of the volume of working concentrate sufficient for regeneration after the last stage of osmosis should be about 30-50 g / l;
2) из условия (возможностей) работы мембраны. Максимальное солесодержание рабочего концентрата, выходящего с мембран (Naк) не должно быть больше 50 г/л.2) from the conditions (capabilities) of the membrane. Maximum working salinity concentrate exiting from membrane (Na k) to be greater than 50 g / l.
В соответствии с этими условиями концентрация иона натрия в концентрате после последней ступени обратного осмоса составит Naк=Naум*K (г/л), где Naум – концентрация натрия в обрабатываемой воде после системы умягчения (г/л); K –кратность увеличения солесодержания концентрата на системе обратноосмотического обессоливания. Концентрация (количество) натрия, который необходимо добавить в бак солерастворитель определяется по выражению Naдоб=Naк*(1,05-1,1) (г/л концентрата).In accordance with these conditions, the concentration of sodium ion in the concentrate after the last stage of reverse osmosis will be Na к = Na um * K (g / l), where Na um is the concentration of sodium in the treated water after the softening system (g / l); K — the rate of increase in the salinity of the concentrate on the reverse osmosis desalination system. The concentration (amount) of sodium that must be added to the tank, the salt solvent is determined by the expression Na add = Na to * (1.05-1.1) (g / l of concentrate).
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется изображениями, на которых показано:The invention is illustrated by images, which show:
фиг. 1 - технологическая схема системы водоподготовки и расходы потоков воды по первому варианту; FIG. 1 is a flow chart of a water treatment system and flow rates of water flows according to the first embodiment;
фиг. 2 - технологическая схема системы водоподготовки и расходы потоков воды по второму варианту. FIG. 2 is a flow diagram of a water treatment system and flow rates of water flows according to the second embodiment.
Позиции на чертежах обозначают следующее: The positions in the drawings indicate the following:
1 – установка Na-катионитовых фильтров (два фильтра);1 - installation of Na-cation exchange filters (two filters);
2 – установка дозирования соляной кислоты; 2 - hydrochloric acid dosing unit;
3 – декарбонизатор; 3 - decarbonizer;
4 - первая ступень обратноосмотической системы обессоливания;4 - the first stage of the reverse osmosis desalination system;
5 - вторая ступень обратноосмотической системы обессоливания;5 - the second stage of the reverse osmosis desalination system;
6 - третья ступень обратноосмотической системы обессоливания;6 - the third stage of the reverse osmosis desalination system;
7 – четвертая ступень обратноосмотической системы обессоливания;7 - the fourth stage of the reverse osmosis desalination system;
8 - бак солерастворитель;8 - tank salt solvent;
9 - установка Сl–анионирования воды. 9 - installation of Cl – anionation of water.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Способ опреснения воды предусматривает два варианта его реализации.The method of desalination provides two options for its implementation.
Предложенный способ опреснения воды по первому варианту осуществляют следующим образом.The proposed method of desalination of water according to the first embodiment is as follows.
Способ опреснения воды содержит следующие технологические стадии. Вода после предварительного осветления поступает на установку Na-катионитовых фильтров 1 (фиг. 1). Целесообразно, чтобы было установлено не менее двух фильтров, которые работают в непрерывном режиме (по системе TWIN). Жесткость умягченной воды должна быть 0,02-0,1 мг-экв/л. Величина жесткости умягченной воды будет определяться степенью увеличения солесодержания концентрата установками обратного осмоса. Степень увеличения солесодержания может составлять до 100 крат. Соответственно при степени увеличения солесодержания 100 жесткость рабочего концентрата после последней системы обратного осмоса составит около 10 мг-экв/л. The water desalination method comprises the following process steps. Water after preliminary clarification enters the installation of Na-cation exchange filters 1 (Fig. 1). It is advisable that at least two filters are installed that operate in continuous mode (according to the TWIN system). The hardness of softened water should be 0.02-0.1 mEq / L. The hardness value of softened water will be determined by the degree of increase in the salt content of the concentrate by reverse osmosis plants. The degree of increase in salinity can be up to 100 times. Accordingly, with a degree of salinity increase of 100, the hardness of the working concentrate after the last reverse osmosis system will be about 10 mEq / l.
Далее в умягченную воду из установки дозирования соляной кислоты 2 дозируется раствор соляной кислоты. Количество кислоты эквивалентно соответствует количеству бикарбоната. В результате в воде эквивалентно возрастает количество хлорид иона, при этом бикарбонат переходит в воду и углекислый газ. Значение рН воды падает. Next, a solution of hydrochloric acid is dosed into softened water from a dosing unit of
Затем в декарбонизаторе 3 из воды извлекается свободная углекислота.Then, in the decarbonizer 3, free carbon dioxide is extracted from water.
Если из воды не удалять бикарбонат ион, то при многократном концентрировании концентрат уже после второй ступени обратноосмотической системы обессоливания будет содержать преимущественно пищевую соду (бикарбонат натрия), тем самым рН концентрата повысится до 8,3-8,4 и возможно отложение солей жесткости на мембранах второй и последующих ступеней установки обратного осмоса. If bicarbonate ion is not removed from water, then after repeated concentration, the concentrate after the second stage of the reverse osmosis desalination system will mainly contain baking soda (sodium bicarbonate), thereby increasing the pH of the concentrate to 8.3–8.4 and it is possible to deposit hardness salts on the membranes second and subsequent stages of the installation of reverse osmosis.
Далее вода поступает на первую ступень 4 обратноосмотической системы обессоливания. Соотношение исходного потока к рабочему концентрату («рековери») должно быть примерно 70-75%. Это связано с обеспечением оптимальных параметров работы мембран (давления и расхода воды) для извлечения максимальной производительности по пермеату. Затем рабочий концентрат после первой ступени 4 обессоливания поступает на вход второй ступени 5 системы обессоливания. Соотношение значения потоков на второй ступени 5 поддерживается на уровне как для первой ступени 4. После второй ступени 5 рабочий концентрат используется в качестве исходной воды для третьей ступени 6 системы обессоливания. На каждой ступени обратноосмотической системы обессоливания солесодержание концентрата будет возрастать в 3,5-4 раза. Next, the water enters the
Таким образом, солесодержание концентрата будет равно исходному солесодержанию воды, умноженному на 3,5-4 в степени, значение которой равна количеству ступеней обратноосмотической системы обессоливания. Если солесодержание исходной воды 1000 мг/л, то солесодержание рабочего концентрата после трех ступеней будет 1000*43= 64000 мг/л. Кратность увеличения солесодержания составит 64. Для упрощения расчета предположим, что вся соль остается в концентрате (солесодержание фильтрата - ноль).Thus, the salt content of the concentrate will be equal to the initial salt content of water, multiplied by 3.5–4 degrees, the value of which is equal to the number of steps of the reverse osmosis desalination system. If the salt content of the source water is 1000 mg / l, then the salt content of the working concentrate after three steps will be 1000 * 4 3 = 64000 mg / l. The multiplicity of the increase in salt content will be 64. To simplify the calculation, suppose that all salt remains in the concentrate (the salt content of the filtrate is zero).
Для исходной воды солесодержанием 500 мг/л получаем 500*43=32000 мг/л. For the initial water with a salinity of 500 mg / L, we obtain 500 * 4 3 = 32000 mg / L.
Соответственно, для воды солесодержанием 500 мг/л возможно использование четвертой ступени осмотического обессоливания с «рековери» 50%.Accordingly, for water with a salinity of 500 mg / l, it is possible to use the fourth stage of osmotic desalination with a "recovery" of 50%.
Для исходной воды солесодержанием 5000 мг/л получаем 5000 * 42= 80000 мг/л. For the initial water with a salinity of 5000 mg / L, we get 5000 * 4 2 = 80,000 mg / L.
Вода с исходным солесодержанием 5 г/л позволяет вести процесс опреснения воды «рековери» 93,8%. Т.е. расход концентрата от расхода пермеата составит 6,2%. (для одноступенчатого осмоса – 30%).Water with an initial salinity of 5 g / l allows the process of desalination of water "recovery" 93.8%. Those. the concentrate consumption from the permeate consumption will be 6.2%. (for single-stage osmosis - 30%).
Для примера, если производительность установки обессоливания по пермеату – 10 м3/час, то отвод концентрата с солесодержанием 80 г/л составит – 0,62 м3/час. For example, if the permeate desalination plant has a productivity of 10 m 3 / h, then the concentrate discharge with a salinity of 80 g / l will be 0.62 m 3 / h.
Рабочий концентрат после четвертой ступени 7 системы обратного осмоса поступает в бак солерастворитель 8, куда добавляется поваренная соль. Расход рабочего концентрата составит 15 литров на 1 м3 исходной воды (1000 литров разделить на кратность увеличения солесодержания 64 получим 15 литров). «Рековери» составляет 98,5%. Количество возвращаемого натрий иона с концентратом теоретически составит 50% количества, требуемого для регенерации Na- катионитовых фильтров 1. The working concentrate after the fourth stage 7 of the reverse osmosis system enters the tank with a
Рабочая обменная емкость катионита должна составить 50% от статической обменной емкости. Рабочая обменная емкость современных смол для оптимального ведения данного процесса умягчения составит 1,0-1,2 г-экв/л смолы, что составляет 50% от статической обменной емкости смолы.The working exchange capacity of the cation exchanger should be 50% of the static exchange capacity. The working exchange capacity of modern resins for optimal management of this softening process will be 1.0-1.2 g-eq / l of resin, which is 50% of the static exchange capacity of the resin.
Из бака солерастворителя 8 раствор прокачивается через катионит снизу вверх. Предварительное взрыхление катионита с перемешиванием его слоев нежелательно. From the tank of
Таким образом, сброс сточной воды с установки обессоливания будет состоять только из сточных вод установки умягчения и системы предварительного осветления воды.Thus, the discharge of wastewater from the desalination plant will consist only of wastewater from the softener and the pre-clarification system.
Предложенная схема достаточно вариативна. Возможно на первой стадии добавление соляной кислоты с декарбонизацией, а на второй умягчение. Для воды, содержащей железо, это позволит стабилизировать железо в двухвалентном состоянии и удалить его на фильтре умягчения. The proposed scheme is quite variable. It is possible at the first stage to add hydrochloric acid with decarbonization, and at the second stage, softening. For water containing iron, this will stabilize the iron in the divalent state and remove it on the softener filter.
Изобретение (по первому варианту) иллюстрируется следующим примером. The invention (in the first embodiment) is illustrated by the following example.
Пример. Применение системы водоподготовки по предложенному (комбинированному) способу опреснения для пресной воды из артезианской скважины. Состав исходной воды представлен в таблице 1. Требуемая производительность по очищенной воде – 100 м3/час.Example. The use of a water treatment system according to the proposed (combined) method of desalination for fresh water from an artesian well. The composition of the source water is presented in table 1. The required capacity for purified water is 100 m 3 / h.
Технологическая схема системы водоподготовки, по первому варианту, представлена на фиг. 1. Исходная вода данного состава после системы осветления воды поступает в установку Na–катионитовых фильтров умягчения воды. Установка состоит из двух фильтрующих колонн, которые работают последовательно. Одна колонна пропускает (умягчает) воду, вторая колонна находится в регенерации или в режиме ожидания. Колонны заполнены ионообменной смолой на 70% от их объема. Ионообменная смола (катионит) находится изначально в Na форме. Ионы кальция и магния, содержащиеся в исходной воде, обмениваются в колонне в объеме катионита на ионы натрия. Остаточная жесткость умягченной воды должна составлять от 0,02 до 0,1 мг-экв/л. Расход воды после установки умягчения должен быть 101,4 м3/час. После установки умягчения в воду дозируется при помощи станции дозирования раствор соляной кислоты. Станция дозирования состоит из насоса дозатора с водоподъемным и напорным трубопроводами с обратным клапаном и полимерной емкости. Соляная кислота, вступая в химическое взаимодействие с бикарбонат ионом, содержащимся в воде, переводит последний в газообразный диоксид углерода и образует хлорид ион и воду. Остаточное содержание бикарбонат иона в обработанной воде должно быть не более 0,2 мг-экв/л. Таким образом, ионный состав воды представлен солями сильных электролитов. Состав умягченной воды с обработкой НCl представлен в таблице 2. The technological scheme of the water treatment system, according to the first embodiment, is presented in FIG. 1. The source water of this composition after the water clarification system enters the installation of Na – cation exchange filters for water softening. The installation consists of two filter columns that operate in series. One column passes (softens) water, the second column is in regeneration or in standby mode. The columns are filled with ion exchange resin to 70% of their volume. The ion exchange resin (cation exchange resin) is initially in the Na form. Calcium and magnesium ions contained in the source water are exchanged in the column in the amount of cation exchanger for sodium ions. The residual hardness of softened water should be from 0.02 to 0.1 mEq / L. The water flow after the installation of softening should be 101.4 m 3 / hour. After installing the softener in water, a solution of hydrochloric acid is dosed using the dosing station. The metering station consists of a metering pump with water and pressure pipelines with a check valve and a polymer tank. Hydrochloric acid, entering into chemical interaction with the bicarbonate ion contained in water, converts the latter into gaseous carbon dioxide and forms chloride ion and water. The residual content of bicarbonate ion in the treated water should be no more than 0.2 mEq / L. Thus, the ionic composition of water is represented by salts of strong electrolytes. The composition of softened water with HCl treatment is presented in table 2.
Далее вода направляется на стадию декарбонизации. На данной стадии происходит отгонка из воды диоксида углерода при помощи воздуха. Декарбонизаторы представляют из себя колонные аппараты: атмосферные с насадкой и инжекционные безнасадочные. Также для декарбонизации можно использовать мембранные аппараты с гидрофобными мембранами. После стадии декарбонизации вода поступает через картриджный фильтр тонкой очистки на первую ступень обратноосмотической системы обессоливания. Повышается давление воды при помощи центробежного многоступенчатого насоса высокого давления и вода с давлением 10 бар поступает в мембранный корпус, в котором содержатся мембранные элементы. Мембранные элементы подбираются исходя из солесодержания исходной воды. За счет избыточного давления вода просачивается через поверхность мембранных элементов. Фильтрация организована таким образом, что не вся вода просачивается через мембрану. На первой ступени через мембрану фильтруется только 70-73% от заданной производительности по очищенной воде. Таким образом, формируется два потока: пермеат и концентрат. Пермеат – очищенная вода, поступающая непосредственно потребителю или на коррекционную обработку, концентрат – поток, насыщенный солями поступающий на вторую и последующие ступени обратноосмотического обессоливания. Параметры процесса обратноосмотического обессоливания устанавливаются путем регулирования расхода концентрата и уровня давления воды на входе в мембранный блок. Состав концентрата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлен в таблице 3.Next, the water goes to the stage of decarbonization. At this stage, carbon dioxide is stripped from the water using air. Decarbonizers are column devices: atmospheric with a nozzle and injection non-nozzle. Also for decarbonization, you can use membrane devices with hydrophobic membranes. After the stage of decarbonization, water enters through the fine filter cartridge to the first stage of the reverse osmosis desalination system. The water pressure is increased using a centrifugal multistage high-pressure pump and water with a pressure of 10 bar enters the membrane housing, which contains the membrane elements. Membrane elements are selected based on the salinity of the source water. Due to excess pressure, water seeps through the surface of the membrane elements. Filtration is organized in such a way that not all water seeps through the membrane. At the first stage, only 70-73% of the given capacity for purified water is filtered through a membrane. Thus, two streams are formed: permeate and concentrate. Permeate - purified water supplied directly to the consumer or for corrective treatment, concentrate - a stream saturated with salts entering the second and subsequent stages of reverse osmosis desalination. The parameters of the reverse osmosis desalination process are established by controlling the concentrate flow rate and the water pressure level at the inlet to the membrane unit. The composition of the concentrate after the first stage of reverse osmosis desalination is presented in table 3.
Состав пермеата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлен в таблице 4. The composition of the permeate after the first stage of reverse osmosis desalination is presented in table 4.
Расход концентрата после первой ступени умягчения необходимо установить на уровне 30,42 м3/час, соответственно расход пермеата с первой ступени будет получен в размере 101,4-30,42=70,98 м3/час. Перед второй ступенью при помощи насоса высокого давления второй ступени повышают давление концентрата первой ступени до 15-18 бар. На второй ступени обратноосмотического обессоливания также образуется пермеат и концентрат. Пермеат, очищенный от солей, направляется потребителю, а концентрат на третью ступень обратноосмотического обессоливания. Составы концентрата и пермеата после второй ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 5 и 6. The concentrate consumption after the first stage of softening must be set at 30.42 m 3 / h; accordingly, the permeate consumption from the first stage will be obtained in the amount of 101.4-30.42 = 70.98 m 3 / h. Before the second stage, using the high-pressure pump of the second stage, the pressure of the concentrate of the first stage is increased to 15-18 bar. At the second stage of reverse osmosis desalination, permeate and concentrate are also formed. Permeate, purified from salts, is sent to the consumer, and the concentrate to the third stage of reverse osmosis desalination. The compositions of the concentrate and permeate after the second stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 5 and 6.
На второй ступени через мембрану фильтруется только 20-22,5% от заданной производительности по очищенной воде. Расход концентрата после второй ступени необходимо установить на уровне 9,12 м3/час, соответственно выход пермеата со второй ступени составит 30,42-9,12= 21,3 м3/час. Концентрат после второй ступени направляется на третью ступень обратноосмотической системы обессоливания. Перед третьей ступенью при помощи насоса высокого давления третьей ступени повышают давление концентрата второй ступени до 30-35 бар. При данном давлении происходит процесс обратноосмотического разделения воды данного ионного состава. На третьей ступени через мембрану фильтруется только 4,0-6,5% от заданной производительности по очищенной воде. Составы концентрата и пермеата после третьей ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 7 и 8. At the second stage, only 20-22.5% of the specified capacity for purified water is filtered through the membrane. Concentrate flow after the second stage must be set at 9.12 m 3 / h, respectively with the second stage permeate exit amount 30,42-9,12 = 21.3 m 3 / h. The concentrate after the second stage is sent to the third stage of the reverse osmosis desalination system. Before the third stage, using the high-pressure pump of the third stage, the pressure of the concentrate of the second stage is increased to 30-35 bar. At a given pressure, the process of reverse osmosis separation of water of a given ionic composition occurs. At the third stage, only 4.0–6.5% of the given capacity for purified water is filtered through a membrane. The compositions of the concentrate and permeate after the third stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 7 and 8.
рНCarbon dioxide
pH
После третьей ступени пермеат отправляется потребителю, а концентрат на четвертую ступень обратноосмотического обессоливания. Расход концентрата после третьей ступени необходимо установить на уровне 2,74 м3/час, соответственно выход пермеата с третьей ступени составит 9,12-2,74=6,4 м3/час. Перед четвертой ступенью при помощи насоса высокого давления четвертой ступени повышают давление концентрата третьей ступени до 50-55 бар. Четвертая ступень увеличивает солесодержание концентрата до рабочих значений 35 г/л. Расход концентрата после четвертой ступени необходимо установить на уровне 1,37 м3/час, соответственно выход пермеата с третьей ступени составит 2,74-1,37=1,37 м3/час. Пермеат после четвертой ступени направляется потребителю. Составы концентрата и пермеата после четвертой ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 9 и 10. After the third stage, the permeate is sent to the consumer, and the concentrate to the fourth stage of reverse osmosis desalination. The concentrate consumption after the third stage must be set at 2.74 m 3 / hour, respectively, the permeate output from the third stage will be 9.12-2.74 = 6.4 m 3 / hour. Before the fourth stage, using the high-pressure pump of the fourth stage, the pressure of the concentrate of the third stage is increased to 50-55 bar. The fourth step increases the salt content of the concentrate to operating values of 35 g / l. The concentrate consumption after the fourth stage must be set at 1.37 m 3 / h, respectively, the permeate output from the third stage will be 2.74-1.37 = 1.37 m 3 / h. Permeate after the fourth step is sent to the consumer. The compositions of the concentrate and permeate after the fourth stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 9 and 10.
Расход пермеата суммируется по всем четырем ступеням обессоливания и составляет 70,98+21,29+6,4+1,37=100 м3/час. Расход концентрата с установки обратноосмотического обессоливания составит 1,37 м3/час. Расходы потоков воды, по примеру для первого варианта осуществления способа, показаны на фиг. 1. Permeate consumption is summed over all four stages of desalination and is 70.98 + 21.29 + 6.4 + 1.37 = 100 m 3 / hour. The concentrate consumption from the reverse osmosis desalination plant will be 1.37 m 3 / h. The flow rates of the water, according to an example for the first embodiment of the method, are shown in FIG. one.
Затем концентрат после четвертой ступени с солесодержанием 35 г/л поступает в бак солерастворитель. Также в бак солерастворитель добавляется поваренная соль, либо 26% раствор поваренной соли. Солесодержание раствора в баке солерастворителе доводится до 73,5 г/л (73,5 г/л = 35 г/л+35 г/л*1,1) при добавлении реагента NaCl. Если добавлять 26% раствор поваренной соли солесодержание получившегося раствора в баке солерастворителе будет меньше, около 68 г/л. Затем данный раствор при помощи насоса прокачивается через колонну с катионитом установки умягчения воды, которая выведена в регенерацию. Регенерация осуществляется раствором поваренной соли. Для экономии поваренной соли рекомендуется прокачивать раствор из бака солерастворителя через катионит снизу вверх. Соляной раствор прокачивается через катионит не менее 1 часа. Линейная скорость прохождения раствора через катионит должна находиться в диапазоне от 3 до 5 м/час. Затем производится отмывка катионита от продуктов регенерации исходной водой. Удельный расход отмывочной воды равен 11 м3 воды на 1 м3 катионита.Then the concentrate after the fourth stage with a salinity of 35 g / l is supplied to the tank with a salt solvent. Also, salt, or a 26% solution of sodium chloride, is added to the salt-solvent tank. The salt content of the solution in the salt solvent tank is adjusted to 73.5 g / l (73.5 g / l = 35 g / l + 35 g / l * 1.1) with the addition of NaCl reagent. If you add a 26% solution of sodium chloride, the salt content of the resulting solution in the tank of the salt solvent will be less, about 68 g / l. Then this solution is pumped through a column with cation exchange resin of the water softener, which is brought into regeneration. Regeneration is carried out with a solution of sodium chloride. To save sodium chloride, it is recommended to pump the solution from the tank of the salt solvent through the cation exchange resin from the bottom up. The brine is pumped through the cation exchange resin for at least 1 hour. The linear velocity of the solution through the cation exchange resin should be in the range from 3 to 5 m / h. Then, cation exchange resin is washed from the regeneration products with source water. The specific consumption of washing water is 11 m 3 of water per 1 m 3 of cation exchanger.
Как видно из таблиц 5, 7 и 9 индекс насыщения Ланжелье на всех ступенях обратноосмотического обессоливания имеет отрицательное значение кроме последней ступени. На последней (четвертой) ступени индекс имеет значение 0,44. Это фактически подразумевает отсутствие процесса отложения солей временной жесткости на всех ступенях обратноосмотического обессоливания воды. Процент насыщения солями CaSO4 составляет 19,84 на последней ступени обессоливания, что говорит об отсутствии процесса отложения данных солей в мембранах.As can be seen from tables 5, 7 and 9, the Langelier saturation index at all stages of reverse osmosis desalination has a negative value except the last stage. At the last (fourth) stage, the index has a value of 0.44. This actually implies the absence of a temporary hardness salt deposition process at all stages of reverse osmosis desalination of water. The percentage of saturated salts of CaSO 4 is 19.84 at the last stage of desalination, which indicates the absence of the process of deposition of these salts in the membranes.
Предложенный способ опреснения воды по второму варианту осуществляют следующим образом.The proposed method of desalination of water in the second embodiment is as follows.
Способ опреснения воды содержит следующие технологические стадии. Вода после предварительного осветления поступает на установку Na-катионитовых фильтров 1 (фиг. 2). Целесообразно, чтобы было установлено не менее двух фильтров, которые работают в непрерывном режиме (по системе TWIN). Жесткость умягченной воды должна быть 0,02-0,1 мг-экв/л. Величина жесткости умягченной воды будет определяться степенью увеличения солесодержания концентрата установок обратного осмоса. Степень увеличения солесодержания может составлять до 100 крат. Соответственно при степени увеличения солесодержания 100 жесткость рабочего концентрата после последней системы обратного осмоса составит около 10 мг-экв/л. The water desalination method comprises the following process steps. Water after preliminary clarification enters the installation of Na-cation exchange filters 1 (Fig. 2). It is advisable that at least two filters are installed that operate in continuous mode (according to the TWIN system). The hardness of softened water should be 0.02-0.1 mEq / L. The amount of hardness of softened water will be determined by the degree of increase in salt content of the concentrate of reverse osmosis plants. The degree of increase in salinity can be up to 100 times. Accordingly, with a degree of salinity increase of 100, the hardness of the working concentrate after the last reverse osmosis system will be about 10 mEq / l.
При отношении общей жесткости исходной воды (Ж) к бикарбонат иону (HCO3) (мг-экв/л) 
Если из воды не удалять бикарбонат ион, то при многократном увеличении солесодержания концентрат уже после второй ступени 5 обратноосмотической системы обессоливания будет содержать преимущественно пищевую соду (бикарбонат натрия), тем самым рН концентрата повысится до 8,3-8,4 и возможно отложение солей жесткости на мембранах второй и последующих ступеней установки обратного осмоса. If bicarbonate ion is not removed from the water, then with a multiple increase in salt content, the concentrate after the
Далее вода поступает на первую ступень 4 обратноосмотической системы обессоливания. Соотношение исходного потока к рабочему концентрату («рековери») должно быть примерно 70-75%. Это связано с обеспечением оптимальных параметров работы мембран (давления и расхода воды) для извлечения максимальной производительности по пермеату. Затем рабочий концентрат после первой ступени 4 системы обессоливания поступает на вход второй ступени 5 системы обессоливания. Соотношение значения потоков на второй ступени 5 поддерживается на уровне как для первой ступени 4 обратноосмотической системы обессоливания. После второй ступени 5 рабочий концентрат используется в качестве исходной воды для третьей ступени 6. На каждой ступени обратноосмотической системы обессоливания солесодержание концентрата будет возрастать в 3,5-4 раза. Next, the water enters the
Рабочий концентрат после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания, направляют в бак солерастворитель 8, куда добавляется поваренная соль, при этом солесодержание достаточного для регенерации Na–катионитового фильтра 1 объема рабочего концентрата после последней ступени обратноосмотической системы обессоливания устанавливают в пределах 30-50 г/л. Из бака солерастворителя 8 регенерационный соляной раствор при помощи насоса подают на установку Cl–анионирования воды 9, где прокачивают через колонну с отработанным анионитом снизу вверх. Затем этот регенерационный раствор последовательно прокачивают через отработанный катионит установки Na-катионирования 1 снизу вверх, с отводом отработанного регенерационного раствора после фильтра на утилизацию. The working concentrate after the last stage of the reverse osmosis desalination system is sent to the tank with a
Изобретение (по второму варианту) иллюстрируется следующим примером. The invention (in the second embodiment) is illustrated by the following example.
Пример. Применение системы водоподготовки по предложенному (комбинированному) способу опреснения для солоноватой воды из артезианской скважины. Состав исходной воды представлен в таблице 11. Требуемая производительность по очищенной воде – 100 м3/час.Example. The use of a water treatment system according to the proposed (combined) desalination method for brackish water from an artesian well. The composition of the source water is presented in table 11. The required capacity for purified water is 100 m 3 / h.
Технологическая схема системы водоподготовки по второму варианту представлена на фиг. 2. Исходная вода данного состава после системы осветления воды поступает в установку Na–катионитового умягчения воды. Установка состоит из двух фильтрующих колонн, которые работают последовательно. Одна колонна пропускает (умягчает) воду, вторая колонна находится в регенерации или в режиме ожидания. Колонны заполнены ионообменной смолой на 70% от их объема. Ионообменная смола (катионит) находится изначально в Na форме. Ионы кальция и магния, содержащиеся в исходной воде, обмениваются в колонне в объеме катионита на ионы натрия. Остаточная жесткость умягченной воды должна составлять от 0,02 до 0,1 мг-экв/л. Расход воды после установки умягчения должен быть 104,2 м3/час. После установки умягчения вода направляется на установку Сl–анионирования. Умягченная вода, проходя через установку Cl–анионирования, замещает анионы сульфата и бикарбоната на анионы хлорида, содержащиеся в анионообменной смоле. Конструктивно данная установка повторяет установку Na – катионирования, только в качестве ионообменного материала используется анионообменная сильноосновная смола. Остаточное содержание бикарбонат иона в обработанной воде после установки Cl-анионирования должно быть не более 0,2 мг-экв/л. Использование процесса Cl–анионирования вместо дозирования соляной кислоты возможно при выполнении следующих условий: при отношении общей жесткости исходной воды (Ж) к бикарбонат иону (HCO3) (мг-экв/л) 
Таким образом, ионный состав воды представлен солями сильных электролитов. Состав воды после Cl-анионирования представлен в таблице 12. Thus, the ionic composition of water is represented by salts of strong electrolytes. The composition of the water after Cl-anionization is presented in table 12.
Далее вода поступает через картриджный фильтр тонкой очистки на первую ступень обратноосмотической системы обессоливания. Повышается давление воды при помощи центробежного многоступенчатого насоса высокого давления и вода с давлением 19 бар поступает в мембранный корпус. В корпусе содержатся мембранные элементы. Мембранные элементы подбираются исходя из солесодержания исходной воды. За счет избыточного давления вода просачивается через поверхность мембранных элементов. Фильтрация организована таким образом, что не вся вода просачивается через мембрану. На первой ступени через мембрану фильтруется только 70-73% от заданной производительности по очищенной воде. Таким образом, формируется два потока: пермеат и концентрат. Пермеат – очищенная вода, поступающая непосредственно потребителю или на коррекционную обработку, концентрат – поток, насыщенный солями, поступающий на вторую и последующие ступени обратноосмотического обессоливания. Параметры процесса обратноосмотического обессоливания устанавливаются путем регулирования расхода концентрата и уровня давления воды на входе в мембранный блок. Составы концентрата и пермеата после первой ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 13 и 14. Next, water flows through a fine filter cartridge to the first stage of the reverse osmosis desalination system. The water pressure is increased by means of a centrifugal multistage high-pressure pump and water with a pressure of 19 bar enters the diaphragm casing. The housing contains membrane elements. Membrane elements are selected based on the salinity of the source water. Due to excess pressure, water seeps through the surface of the membrane elements. Filtration is organized in such a way that not all water seeps through the membrane. At the first stage, only 70-73% of the given capacity for purified water is filtered through a membrane. Thus, two streams are formed: permeate and concentrate. Permeate - purified water that goes directly to the consumer or for corrective treatment, concentrate - a stream saturated with salts entering the second and subsequent stages of reverse osmosis desalination. The parameters of the reverse osmosis desalination process are established by controlling the concentrate flow rate and the water pressure level at the inlet to the membrane unit. The compositions of the concentrate and permeate after the first stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 13 and 14.
Расход концентрата после первой ступени умягчения необходимо установить на уровне 31,26 м3/час, соответственно расход пермеата с первой ступени будет получен в размере 104,2–31,26=72,94 м3/час. Перед второй ступенью при помощи насоса высокого давления второй ступени повышают давление концентрата первой ступени до 30-35 бар. На второй ступени обратноосмотического обессоливания также образуется пермеат и концентрат. Пермеат очищенный от солей направляется потребителю, а концентрат на третью ступень обратноосмотического обессоливания. Составы концентрата и пермеата после второй ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 15 и 16. The concentrate consumption after the first stage of softening must be set at 31.26 m 3 / h; accordingly, the permeate consumption from the first stage will be obtained in the amount of 104.2–31.26 = 72.94 m 3 / h. Before the second stage, using the high-pressure pump of the second stage, the pressure of the concentrate of the first stage is increased to 30-35 bar. At the second stage of reverse osmosis desalination, permeate and concentrate are also formed. Permeate purified from salts is sent to the consumer, and the concentrate to the third stage of reverse osmosis desalination. The compositions of the concentrate and permeate after the second stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 15 and 16.
На второй ступени обратноосмотического обессоливания через мембрану фильтруется только 20-22,5% от заданной производительности по очищенной воде. Расход концентрата после второй ступени необходимо установить на уровне 9,37 м3/час, соответственно, выход пермеата со второй ступени составит 31,26-9,37=21,89 м3/час. Концентрат после второй ступени направляется на третью ступень обратноосмотической системы обессоливания. Перед третьей ступенью при помощи насоса высокого давления третий ступени повышают давление концентрата второй ступени до 50 бар. При данном давлении происходит процесс обратноосмотического разделения воды данного ионного состава. На третьей ступени через мембрану фильтруется только 4,0-6,5% от заданной производительности по очищенной воде. Составы концентрата и пермеата после третьей ступени обратноосмотического обессоливания представлены, соответственно, в таблицах 17 и 18. At the second stage of reverse osmosis desalination, only 20–22.5% of the specified capacity for purified water is filtered through a membrane. The concentrate consumption after the second stage must be set at 9.37 m 3 / h, respectively, the permeate output from the second stage will be 31.26-9.37 = 21.89 m 3 / h. The concentrate after the second stage is sent to the third stage of the reverse osmosis desalination system. Before the third stage, using the high pressure pump of the third stage, the pressure of the concentrate of the second stage is increased to 50 bar. At a given pressure, the process of reverse osmosis separation of water of a given ionic composition occurs. At the third stage, only 4.0–6.5% of the given capacity for purified water is filtered through a membrane. The compositions of the concentrate and permeate after the third stage of reverse osmosis desalination are presented, respectively, in tables 17 and 18.
После третьей ступени пермеат отправляется потребителю, а концентрат в бак солерастворитель. Расход концентрата после третьей ступени необходимо установить на уровне 4,2 м3/час, соответственно, выход пермеата с третьей ступени составит 9,37-4,2=5,17 м3/час. Третья ступень увеличивает солесодержание концентрата до рабочих значений 42 г/л. Расход пермеата суммируется по всем четырем ступеням обессоливания и составляет 72,94+21,89+5,17=100 м3/час. Расход концентрата с установки обратноосмотического обессоливания составит 4,2 м3/час. Расходы потоков воды, по примеру для второго варианта осуществления способа, показаны на фиг. 2. After the third stage, the permeate is sent to the consumer, and the concentrate in the tank is a salt solvent. The concentrate consumption after the third stage must be set at 4.2 m 3 / hour, respectively, the permeate output from the third stage will be 9.37-4.2 = 5.17 m 3 / hour. The third stage increases the salt content of the concentrate to operating values of 42 g / l. Permeate consumption is summed over all four stages of desalination and is 72.94 + 21.89 + 5.17 = 100 m 3 / h. The concentrate consumption from the reverse osmosis desalination plant will be 4.2 m 3 / h. The flow rates of the water, according to an example for the second embodiment of the method, are shown in FIG. 2.
Затем концентрат после третьей ступени с солесодержанием 42 г/л поступает в бак солерастворитель. Также в бак солерастворитель добавляется поваренная соль, либо 26% раствор поваренной соли. Солесодержание раствора в баке солерастворителе доводится до 86,1 г/л (86,1 г/л=41г/л+41г/л*1,1), при растворении NaCl. Если добавлять раствор поваренной соли солесодержание получившегося раствора в баке солерастворителе будет меньше. Затем данный раствор при помощи насоса прокачивается последовательно через колонну с анионитом установки Cl-анионирования, затем через колонну с катионитом установки Na-катионирования воды, которые выведены в регенерацию. Вывод в регенерацию установки Na–катионирования и Сl–анионирования производится одновременно. Регенерация осуществляется раствором поваренной соли. Для экономии поваренной соли рекомендуется прокачивать раствор из бака солерастворителя через катионит снизу вверх. Соляной раствор прокачивается через анионит, затем катионит не менее 1 часа. Линейная скорость прохождения раствора через ионообменные смолы должна находиться в диапазоне от 3 до 5 м/ч. Затем производится отмывка анионита и катионита от продуктов регенерации исходной водой. Удельный расход отмывочной воды равен 11 м3 воды на 1 м3 смолы.Then the concentrate after the third stage with a salt content of 42 g / l is supplied to the tank with a salt solvent. Also, salt, or a 26% solution of sodium chloride, is added to the salt-solvent tank. The salt content of the solution in the tank of the salt solvent is adjusted to 86.1 g / l (86.1 g / l = 41g / l + 41g / l * 1.1) when NaCl is dissolved. If you add a solution of sodium chloride, the salt content of the resulting solution in the tank of the salt solvent will be less. Then this solution is pumped through the pump sequentially through the column with the anion exchange resin of the Cl-anionization unit, then through the column with the cation exchange resin of the Na-cation installation of water, which are brought into regeneration. Conclusion in the regeneration of the installation of Na-cationization and Cl-anionization is carried out simultaneously. Regeneration is carried out with a solution of sodium chloride. To save sodium chloride, it is recommended to pump the solution from the tank of the salt solvent through the cation exchange resin from the bottom up. The brine is pumped through anion exchange resin, then cation exchange resin for at least 1 hour. The linear velocity of the solution through the ion exchange resins should be in the range of 3 to 5 m / h. Then the anion exchange resin and cation exchange resin are washed from the regeneration products with the source water. The specific consumption of washing water is 11 m 3 of water per 1 m 3 of resin.
Как видно из таблиц 15 и 17 индекс насыщения Ланжелье на всех ступенях обратноосмотического обессоливания имеет отрицательное значение. Это фактически подразумевает отсутствие процесса отложения солей временной жесткости на всех ступенях обратноосмотического обессоливания воды. Процент насыщения солями CaSO4 составляет 10,42 на последней ступени обессоливания, что говорит об отсутствии процесса отложения данных солей в мембранах.As can be seen from tables 15 and 17, the Langelier saturation index at all stages of reverse osmosis desalination is negative. This actually implies the absence of a temporary hardness salt deposition process at all stages of reverse osmosis desalination of water. The percentage of saturation with CaSO 4 salts is 10.42 at the last stage of desalination, which indicates the absence of the process of deposition of these salts in the membranes.
Применение комбинированной технологии опреснения воды по предложенному способу по затратам соизмеримо с традиционными схемами обратноосмотического обессоливания воды. При этом расход сточной воды по данной схеме составляет около 2,5-6% от производительности. Сброс сточной воды после установки осмоса отсутствует. Расход сточной воды в традиционных схемах обратноосмотического обессоливания составляет около 35-40% от производительности.The use of the combined technology of desalination according to the proposed method at a cost commensurate with traditional schemes of reverse osmosis desalination of water. At the same time, the wastewater consumption according to this scheme is about 2.5-6% of the capacity. There is no discharge of wastewater after the installation of osmosis. The waste water consumption in traditional reverse osmosis desalination schemes is about 35-40% of the productivity.
Настоящее изобретение не ограничено описанными выше примерами, приведенными лишь в качестве иллюстрации конкретных вариантов его осуществления. The present invention is not limited to the examples described above, given only as an illustration of specific options for its implementation.
Предложенная простая технология опреснения воды позволяет получить увеличение эффективности выделения солей, уменьшение количества получаемых сточных вод и значительную экономию химических реагентов The proposed simple technology of desalination allows to increase the efficiency of salt separation, reduce the amount of wastewater and significant savings in chemicals
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140514A RU2655995C1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Water distillation method (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140514A RU2655995C1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Water distillation method (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655995C1 true RU2655995C1 (en) | 2018-05-30 |
Family
ID=62560203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140514A RU2655995C1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Water distillation method (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655995C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720783C1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-05-13 | Игорь Александрович Малахов | System for treating desalinated water with reverse-osmosis two-stage concentrate |
| RU2751715C2 (en) * | 2019-03-18 | 2021-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРОТЕХ" | Unit for concentration of salt solution |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4161445A (en) * | 1977-11-23 | 1979-07-17 | Coillet Dudley W | Process for the desalination of salt containing water |
| RU2281255C1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" | Method of treatment of brackish water including water of high hardness and plant for realization of this method |
| RU2281258C2 (en) * | 2004-07-12 | 2006-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн Стирол" | Method of extraction of sodium sulfate and chloride from mineralized water |
| RU2283288C2 (en) * | 2004-11-23 | 2006-09-10 | Игорь Александрович Малахов | Method of the deep desalinating of the sweet and the brackish waters |
| RU63352U1 (en) * | 2007-01-18 | 2007-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергоэкосервис" | SYSTEM OF DEEP REVERSE OSMOTIC SALTINATION OF NATURAL FRESH AND SALT WATERS |
| CN104445736A (en) * | 2014-10-12 | 2015-03-25 | 国家电网公司 | Reverse osmosis membrane method and ion exchanger combining desalinating treatment system and running mode thereof |
| US9126149B2 (en) * | 2009-06-04 | 2015-09-08 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Method for treating water in order to desalinate said water, including treating concentrates |
-
2017
- 2017-11-21 RU RU2017140514A patent/RU2655995C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4161445A (en) * | 1977-11-23 | 1979-07-17 | Coillet Dudley W | Process for the desalination of salt containing water |
| RU2281258C2 (en) * | 2004-07-12 | 2006-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн Стирол" | Method of extraction of sodium sulfate and chloride from mineralized water |
| RU2283288C2 (en) * | 2004-11-23 | 2006-09-10 | Игорь Александрович Малахов | Method of the deep desalinating of the sweet and the brackish waters |
| RU2281255C1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" | Method of treatment of brackish water including water of high hardness and plant for realization of this method |
| RU63352U1 (en) * | 2007-01-18 | 2007-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Энергоэкосервис" | SYSTEM OF DEEP REVERSE OSMOTIC SALTINATION OF NATURAL FRESH AND SALT WATERS |
| US9126149B2 (en) * | 2009-06-04 | 2015-09-08 | Veolia Water Solutions & Technologies Support | Method for treating water in order to desalinate said water, including treating concentrates |
| CN104445736A (en) * | 2014-10-12 | 2015-03-25 | 国家电网公司 | Reverse osmosis membrane method and ion exchanger combining desalinating treatment system and running mode thereof |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751715C2 (en) * | 2019-03-18 | 2021-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРОТЕХ" | Unit for concentration of salt solution |
| RU2720783C1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-05-13 | Игорь Александрович Малахов | System for treating desalinated water with reverse-osmosis two-stage concentrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10954150B2 (en) | System for removing minerals from a brine | |
| CA2663906C (en) | Method and apparatus for desalination | |
| US10246357B2 (en) | System and methods for removing minerals from a brine using electrodialysis | |
| US20130043190A1 (en) | High Recovery Drinking Water Process | |
| US20120145634A1 (en) | High Efficiency Water Purification System | |
| CN104291416A (en) | Low energy system and method of desalinating seawater | |
| CN105084587A (en) | Treatment method and equipment of high-salt waste water | |
| CN105236659A (en) | Nanofiltration treatment method of desulfurization waste water | |
| CN205603387U (en) | Strong brine zero release divides membrane concentrator of matter crystallization | |
| EA026481B1 (en) | Desalinization system and desalinization method | |
| CN206901952U (en) | Dense salt wastewater zero discharge and resources apparatus | |
| WO2010135561A2 (en) | Method for treatment and purification of seawater to recover high purity sodium chloride for industrial usage | |
| US10105653B2 (en) | System for rinsing electrodialysis electrodes | |
| CN113562924A (en) | Treatment system and method for resource utilization of high-salinity wastewater in ferrous metallurgy | |
| CN106966536A (en) | Strong brine zero-emission film concentration technology and equipment | |
| RU2655995C1 (en) | Water distillation method (options) | |
| CN108689539A (en) | Dense salt wastewater zero discharge and resources apparatus and treatment process | |
| CN107098526A (en) | The film concentrator and handling process of strong brine zero-emission sub-prime crystallization | |
| CN102897947A (en) | Reverse osmosis (RO) desalting treatment method and treatment system with ultrahigh water recovery rate for waste water containing high sulfate radicals | |
| CN106554103A (en) | A kind of processing method and saliferous water treatment system of brackish water | |
| Gilron et al. | Brine treatment and high recovery desalination | |
| CN105293803A (en) | Treatment method of high-concentration waste water | |
| US8557119B1 (en) | High water recovery from desalination systems using ion exchange technology | |
| Singh | Brine recovery at industrial RO plants: Conceptual process design studies | |
| CN108341527B (en) | High-recovery removal bitter and fishiness |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191122 |