RU2817786C1 - Method of producing highly concentrated salt solutions by reverse osmosis - Google Patents
Method of producing highly concentrated salt solutions by reverse osmosis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817786C1 RU2817786C1 RU2022133836A RU2022133836A RU2817786C1 RU 2817786 C1 RU2817786 C1 RU 2817786C1 RU 2022133836 A RU2022133836 A RU 2022133836A RU 2022133836 A RU2022133836 A RU 2022133836A RU 2817786 C1 RU2817786 C1 RU 2817786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- concentrate
- reverse osmosis
- stages
- membrane
- Prior art date
Links
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Chemical class 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к мембранным установкам обратного осмоса и может быть использовано при очистке фильтратов полигонов ТБО, в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и других отраслях промышленности, особенно для технологических процессов, где требуется высокая степень концентрирования и дальнейшая обработка концентрата.The invention relates to membrane reverse osmosis units and can be used for the purification of filtrates from solid waste landfills, in thermal power engineering, ferrous metallurgy, chemical and other industries, especially for technological processes that require a high degree of concentration and further processing of the concentrate.
Известен способ обработки обратным осмосом высокоминерализованных вод, включающий насос высокого давления, две последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса (на первой ступени - два мембранных аппарата, на второй - один аппарат) и регулирующий вентиль на выходе со второй ступени [1]. Данный способ является наиболее распространенным в технологии опреснения обратным осмосом, т.к. обеспечивает качественную химическую мойку мембранных элементов, одинаковую скорость потока над мембранами и минимальную себестоимость обессоленной воды.There is a known method for treating highly mineralized waters with reverse osmosis, which includes a high-pressure pump, two reverse osmosis stages located in series with the concentrate (the first stage has two membrane apparatuses, the second one has one apparatus) and a control valve at the outlet of the second stage [1]. This method is the most common in reverse osmosis desalination technology, because provides high-quality chemical cleaning of membrane elements, uniform flow rate over the membranes and minimal cost of demineralized water.
В данном способе есть недостаток: невозможность получения концентрата с максимальным содержанием солей. При данной конфигурации гидравлической схемы степень отбора пермеата может составлять не более 70% (степень концентрирования - не более 3,3 раза) при соблюдении минимально допустимой скорости потока над мембранами.This method has a drawback: it is impossible to obtain a concentrate with the maximum salt content. With this configuration of the hydraulic circuit, the degree of permeate selection can be no more than 70% (the degree of concentration is no more than 3.3 times) while maintaining the minimum permissible flow rate over the membranes.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому является способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, включающий насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса и дроссель на выходе концентрата из установки, создающий необходимое рабочее давление [2]. При такой конфигурации распределения мембранных аппаратов в установке поддерживается практически одинаковая скорость потока над мембранами на всех ступенях, т.е. по всей длине гидравлической схемы. Увеличение в гидравлической схеме числа ступеней дает возможность получения на выходе концентрата с более высоким содержанием солей, что позволяет сократить его количество и затраты на его утилизацию. У данного способа имеется ряд недостатков:The closest in technical essence and achieved technical result to the proposed one is a method for producing highly concentrated saline solutions by the reverse osmosis method, which includes a high-pressure pump, three reverse osmosis stages located in series across the concentrate and a throttle at the outlet of the concentrate from the installation, creating the necessary operating pressure [2]. With this configuration of the distribution of membrane devices in the installation, almost the same flow rate over the membranes is maintained at all stages, i.e. along the entire length of the hydraulic circuit. Increasing the number of stages in the hydraulic circuit makes it possible to obtain a concentrate with a higher salt content at the output, which makes it possible to reduce its quantity and the cost of its disposal. This method has a number of disadvantages:
1. Неоптимально осуществляется режим химической мойки мембранных элементов из-за низкой скорости моющего раствора на первой и второй стадиях. Это обусловлено отсутствием в гидравлической схеме линии рециркуляции концентрата после второй ступени и большим соотношением количества мембранных аппаратов по ступеням 5:3:1.1. The mode of chemical washing of membrane elements is not optimally carried out due to the low speed of the washing solution at the first and second stages. This is due to the absence in the hydraulic circuit of a concentrate recirculation line after the second stage and the large ratio of the number of membrane devices in stages 5:3:1.
2. В процессе продолжительной работы мембранной установки возникает эффект «самозатухания» производительности мембран. Первоначально на третьей ступени ввиду наибольшего содержания солей в питающей воде наблюдается постепенное снижение производительности по пермеату и рост перепада давления. Из-за этого ухудшается гидродинамика на первой и второй ступенях, что приводит к повышенному осадкообразованию в напорных каналах и снижению расхода пермеата в данных ступенях. В совокупности негативные факторы на всех ступенях приводят к еще более резкому забиванию мембранных элементов и снижению производительности по пермеату в целом всей мембранной установки.2. During prolonged operation of a membrane installation, a “self-extinguishing” effect of membrane performance occurs. Initially, at the third stage, due to the highest salt content in the feed water, a gradual decrease in permeate productivity and an increase in pressure drop are observed. Because of this, the hydrodynamics in the first and second stages deteriorate, which leads to increased sedimentation in the pressure channels and a decrease in permeate consumption in these stages. Taken together, negative factors at all stages lead to even more severe clogging of the membrane elements and a decrease in the permeate productivity of the entire membrane installation as a whole.
3. В процессе длительной работы мембранной установки довольно часто перепад давления на третьей ступени превышает максимально допустимый, что приводит к «телескопингу», т.е. сдвигу пакетов мембран относительно друг друга, и последующему выходу из строя мембранных элементов.3. During long-term operation of a membrane installation, quite often the pressure drop at the third stage exceeds the maximum permissible, which leads to “telescoping”, i.e. shift of membrane packages relative to each other, and subsequent failure of membrane elements.
Целью изобретения является уменьшение себестоимости получения высококонцентрированных растворов солей за счет снижения эксплуатационных затрат.The purpose of the invention is to reduce the cost of obtaining highly concentrated salt solutions by reducing operating costs.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, включающий насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса, обеспечивающие на всех ступенях постоянную скорость потока над мембранами, и дроссель на выходе концентрата, создающий необходимое давление, отличающийся тем, что на третьей ступени обеспечивают измерение перепада давления, а часть концентрата после второй ступени через автоматически регулирующий клапан возвращают на всасывающую линию насоса.This goal is achieved by proposing a method for producing highly concentrated saline solutions using the reverse osmosis method, which includes a high-pressure pump, three reverse osmosis stages located in series across the concentrate, providing a constant flow rate over the membranes at all stages, and a throttle at the outlet of the concentrate, creating the necessary pressure, characterized in that at the third stage the differential pressure is measured, and part of the concentrate after the second stage is returned through an automatically regulating valve to the suction line of the pump.
Многоступенчатые схемы установок обратного осмоса характеризуются постепенным повышением содержания солей и минеральных соединений по всей длине гидравлической схемы. На первой ступени содержание солей в питающей воде перед мембранными элементами минимальное, на последней (третьей) ступени - максимальное.Multi-stage reverse osmosis installations are characterized by a gradual increase in the content of salts and mineral compounds along the entire length of the hydraulic circuit. At the first stage, the salt content in the feed water in front of the membrane elements is minimal, at the last (third) stage it is maximum.
Обратноосмотический мембранный элемент рулонного типа (чертеж представлен на фиг. 1) состоит из перфорированной пермеатной трубки, на которую спирально наматываются пакеты мембран. Каждый пакет имеет по периметру клеевой шов, состоит из двух мембран и расположенного между ними дренажного материала. Между собой пакеты разделяются сеткой-турбулизатором, которая является напорным каналом прохождения исходной воды. Исходная вода под давлением поступает в торец элемента, проходит над поверхностью мембраны и разделяется на два потока: пермеат (фильтрат) и концентрат, насыщенный солями. Пермеат по дренажному материалу поступает в пермеатную трубку.A roll-type reverse osmosis membrane element (the drawing is shown in Fig. 1) consists of a perforated permeate tube onto which membrane packages are spirally wound. Each bag has an adhesive seam around the perimeter and consists of two membranes and a drainage material located between them. The bags are separated from each other by a turbulator mesh, which is a pressure channel for the passage of source water. Source water under pressure enters the end of the element, passes over the surface of the membrane and is divided into two streams: permeate (filtrate) and concentrate, saturated with salts. The permeate flows through the drainage material into the permeate tube.
В процессе концентрирования обратным осмосом удерживаемые мембраной растворенные компоненты накапливаются в пограничном слое у поверхности мембраны, что приводит к возникновению концентрационной поляризации и выпадению малорастворимых солей (СаСО3, CaSO4, CaF2, BaSO4 и т.д.). Как правило, малорастворимые соли интенсивно выпадают в напорных каналах движения воды, т.е. между поверхностью мембраны и ячейками сетки-турбулизатора. Тем самым, осадкообразование уменьшает высоту напорных каналов, затрудняет проход движения воды над мембранами, приводит к росту перепада давления и снижению производительности по пермеату.During concentration by reverse osmosis, dissolved components retained by the membrane accumulate in the boundary layer near the surface of the membrane, which leads to concentration polarization and precipitation of poorly soluble salts (CaCO 3 , CaSO 4 , CaF 2 , BaSO 4 , etc.). As a rule, poorly soluble salts precipitate intensively in the pressure channels of water movement, i.e. between the membrane surface and the cells of the turbulator mesh. Thus, sedimentation reduces the height of the pressure channels, impedes the passage of water over the membranes, leads to an increase in pressure drop and a decrease in permeate productivity.
В промышленных мембранных установках в одном мембранном аппарате (корпусе), как правило, размещается от одного до семи мембранных элементов. Производители обратноосмотических мембранных элементов допускают максимальный перепад давления (Рдоп) на одном элементе не более 0,1 МПа. Таким образом, общий перепад давления (Робщ) на одной ступени не должен превышать:In industrial membrane installations, one membrane apparatus (housing) usually contains from one to seven membrane elements. Manufacturers of reverse osmosis membrane elements allow a maximum pressure drop (P add ) on one element of no more than 0.1 MPa. Thus, the total pressure drop ( Ptot ) at one stage should not exceed:
Робщ=N*Рдоп P total =N*P add
В связи со снижением расхода пермеата на третьей ступени предлагается часть потока концентрата после второй ступени возвращать на вход первой ступени по линии рециркуляции, чтобы предотвратить в дальнейшем снижение расхода пермеата на первой и второй ступенях и, тем самым, обеспечить нормальный режим работы мембранной установки в целом. Причем расход отводимого по линии рециркуляции концентрата после второй ступени желательно регулировать автоматически в зависимости от значения перепада давления на третьей ступени.In connection with the decrease in permeate consumption at the third stage, it is proposed to return part of the concentrate flow after the second stage to the inlet of the first stage via the recirculation line in order to prevent a further decrease in permeate consumption at the first and second stages and, thereby, ensure normal operation of the membrane installation as a whole . Moreover, it is advisable to regulate the flow rate of the concentrate discharged through the recirculation line after the second stage automatically depending on the value of the pressure drop at the third stage.
При уменьшении расхода рециркуляции концентрата происходит снижение скорости потока над мембранами на первой и второй ступенях, что приводит к ухудшению гидродинамических условий на всех трех стадиях, снижению общего расхода пермеата и необходимости проведения внеплановой химической мойки.As the concentrate recirculation flow rate decreases, the flow rate above the membranes at the first and second stages decreases, which leads to deterioration of hydrodynamic conditions at all three stages, a decrease in the total permeate consumption and the need for unscheduled chemical cleaning.
Экспериментально установлено, что минимально допустимый расход рециркуляции концентрата после второй ступени составляет 0,1 от входного потока третьей ступени.It has been experimentally established that the minimum permissible concentrate recirculation flow rate after the second stage is 0.1 of the input flow of the third stage.
При увеличении расхода рециркуляции концентрата можно достигать более оптимальных показателей работы первой и второй ступеней, но при этом может существенно снизиться расход пермеата на третьей ступени из-за резкого уменьшения входного потока и потребуется проводить сложную химическую мойку всей установки, чтобы отмыть третью ступень от осадков малорастворимых солей.By increasing the concentrate recirculation flow rate, more optimal performance indicators of the first and second stages can be achieved, but at the same time, the permeate consumption in the third stage can be significantly reduced due to a sharp decrease in the input flow and it will be necessary to carry out a complex chemical cleaning of the entire installation in order to wash the third stage from poorly soluble sediments salts
Экспериментально установлено, что максимально допустимый расход рециркуляции концентрата после второй ступени составляет 0,5 от входного потока третьей ступени.It has been experimentally established that the maximum permissible concentrate recirculation flow rate after the second stage is 0.5 of the input flow of the third stage.
Кроме того, достижение допустимого потока подачи на третью ступень и при этом одновременное увеличение расхода рециркуляции концентрата после второй ступени требует увеличение производительности и мощности подающего насоса, что приведет к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.In addition, achieving the permissible feed flow to the third stage and at the same time increasing the concentrate recirculation flow rate after the second stage requires an increase in the productivity and power of the feed pump, which will lead to an increase in capital and operating costs.
На фиг. 2 представлены схемы, отражающие известный и предлагаемый способы получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, где:In fig. 2 shows diagrams reflecting the known and proposed methods for producing highly concentrated saline solutions by reverse osmosis, where:
1 - насос высокого давления;1 - high pressure pump;
2 - дроссель на выходе концентрата;2 - throttle at the concentrate outlet;
3 - автоматический регулирующий клапан;3 - automatic control valve;
4 - прибор для измерения расхода в линии рециркуляции.4 - device for measuring flow in the recirculation line.
Результаты опытов в технологии получения высококонцентрированных солевых растворов по известному и предлагаемому способам представлены в таблице 1.The results of experiments in the technology of producing highly concentrated saline solutions using the known and proposed methods are presented in Table 1.
Таким образом, предлагаемый способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса позволяет сократить эксплуатационные затраты на химическую мойку мембранных элементов в два раза.Thus, the proposed method for producing highly concentrated salt solutions using reverse osmosis allows one to reduce operating costs for chemical washing of membrane elements by half.
Список литературыBibliography
1. Фрог Б.Н., Первов А.Г. Водоподготовка. Учеб. для вузов: - М.: Издательство АСВ, 2015, с. 445-454.1. Frog B.N., Pervov A.G. Water treatment. Textbook for universities: - M.: ASV Publishing House, 2015, p. 445-454.
2. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: Пер. с англ. - М.: Мир, 1999, с. 441-444. - прототип.2. Mulder M. Introduction to membrane technology: Transl. from English - M.: Mir, 1999, p. 441-444. - prototype.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 - поток исходной воды1 - source water flow
2 - выход пермеата2 - permeate output
3 - выход концентрата3 - concentrate output
4 - поток на рецикле4 - recycle flow
5 - антителескопический диск5 - anti-telescoping disk
6 - перфорированная труба6 - perforated pipe
7 - сетка-турбулизатор7 - turbulator mesh
8 - мембрана8 - membrane
9 - дренаж9 - drainage
10 - поток пермеата10 - permeate flow
11 - зона осадкообразования11 - sedimentation zone
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817786C1 true RU2817786C1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1530331A (en) * | 2003-03-13 | 2004-09-22 | 米利波尔公司 | Water purifying system, method and tangential filter for the system |
WO2007138167A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Danisco A/S | Separation process |
RU2460576C2 (en) * | 2007-09-12 | 2012-09-10 | ДАНИСКО ЮЭс ИНК. | Filtration with inner loading control |
CN107108296A (en) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 默克专利股份公司 | Water purification system and method |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1530331A (en) * | 2003-03-13 | 2004-09-22 | 米利波尔公司 | Water purifying system, method and tangential filter for the system |
WO2007138167A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Danisco A/S | Separation process |
RU2460576C2 (en) * | 2007-09-12 | 2012-09-10 | ДАНИСКО ЮЭс ИНК. | Filtration with inner loading control |
CN107108296A (en) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 默克专利股份公司 | Water purification system and method |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Мулдер М. Введение в мембранную технологию 1999, с. 441-444. * |
Свитцов А.А. Введение в мембранную технологию 2007, 207 с. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5320755A (en) | Method and apparatus for purifying water | |
RU2718079C1 (en) | Device and method of water treatment by means of reverse osmosis or nanofiltration | |
CN101754934A (en) | The method of controlling diaphragm strainer fouling | |
JP5549591B2 (en) | Fresh water production method and fresh water production apparatus | |
US20200277206A1 (en) | Single-stage water treatment system | |
EP1904216A1 (en) | Process control for an immersed membrane system | |
JP2012206073A (en) | Deionized water production system | |
US5401395A (en) | Valve arrangement for a pressurized water purifier | |
RU2817786C1 (en) | Method of producing highly concentrated salt solutions by reverse osmosis | |
FI125583B (en) | Process for arranging fluid circulation in membrane filtration and membrane filtration equipment | |
JP2009285522A (en) | Reverse osmosis membrane device | |
EP1289632B1 (en) | Method and device for purifying water | |
CN111530293B (en) | Continuous flow-through membrane filtration device and method | |
CN103380086A (en) | Compound desalination system | |
JP3327371B2 (en) | Membrane liquid concentrator | |
JP2019126767A (en) | Filtration treatment apparatus for contaminated water containing resin component and operational method thereof | |
JP6033118B2 (en) | Reverse osmosis membrane device | |
JP2010201335A (en) | Water treatment system and water treatment method | |
RU2484880C2 (en) | Method and system of reducing quantity of particles | |
KR101806348B1 (en) | Apparatus for treating water using plate membrane | |
CN212609694U (en) | Water purification machine and control system thereof | |
JP2001149932A (en) | Membrane treating device and fresh water generating method | |
RU2790128C1 (en) | Reverse osmosis plant | |
CN219518405U (en) | Material concentration system | |
CN219463029U (en) | Dynamic stable mud discharging device for multi-tube membrane system |