Система обессоливания воды

Изобретение относится к обессоливанию природных и сточных вод обратным осмосом. Система обессоливания воды, содержащая последовательно соединенные между собой трубопроводами водовоздушный эжектор, водовоздушный смеситель, струйный насос, фильтр с редукционным клапаном, дросселирующие клапаны, резервуар, насос, обратноосмотический аппарат с линией слива обессоленной воды и линией слива концентрата, сообщенной с канализацией через дросселирующий клапан и с фильтром через водовоздушный эжектор и струйный насос. Изобретение позволяет снизить степень рециркуляции концентрата, повысить качество очистки воды и энергетическую эффективность работы системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к обессоливанию природных и сточных вод обратным осмосом. Известна технологическая схема обессоливания мутных соленых вод с флотационным их осветлением, содержащая соединенные трубопроводами водозаборное устройство, фильтр, насос, обратноосмотический аппарат с линиями слива обессоленной воды и концентрата, причем последняя снабжена дросселирующим клапаном, и устройство для подачи воздуха (Карелин Ф.Н. Обессоливание воды обратным осмосом. - М.: Стройиздат, 1988. - С.129).

Известная технологическая схема не использует энергию потока концентрата для дополнительного энергетического обеспечения функционирования схемы с целью оптимизации и экономии энергозатрат в целом по всей технологической схеме.

Известна система опреснения воды, содержащая последовательно соединенные между собой трубопроводами водозаборное устройство в виде струйного насоса, фильтр, насос, обратноосмотический аппарат с линией слива обессоленной воды и линией слива концентрата в канализацию, снабженной дросселирующим клапаном, устройство подачи воздуха в виде водовоздушного эжектора, дополнительный дросселирующий клапан и резервуар, последовательно размещенные между фильтром, оборудованным редукционным клапаном, и насосом. При этом линия слива концентрата, кроме канализации, сообщена с фильтром через последовательно соединенные между собой струйный насос и водовоздушный эжектор (RU, патент №2049532, С1 от 06.16.1992, В 01 D 63/00; С 02 F 1/44).

Известная система опреснения воды неэффективно использует энергию потока концентрата для подачи воздуха, перемешивания его с водой и растворения, что ведет к повышению степени рециркуляции концентрата и, как следствие, к перегрузке фильтра, обратноосмотического аппарата и снижению эффективной производительности и ресурса системы.

Известная система является наиболее близкой по технической сущности и достигаемым техническим результатам к заявляемому изобретению.

Технической задачей изобретения является эффективное использование энергии потока концентрата, повышение качества очистки природных и сточных вод, повышение ресурса и эффективной производительности системы, экономия энергозатрат.

Техническим результатом решения задачи будет снижение степени рециркуляции концентрата, повышение качества очистки воды, ресурса и эффективной производительности системы, энергетической эффективности работы системы.

Техническая задача по системе обессоливания воды, содержащей последовательно соединенные между собой трубопроводами устройство подачи воздуха в виде водовоздушного эжектора, водозаборное устройство в виде струйного насоса, фильтр с редукционным клапаном, дросселирующий клапан, резервуар, насос, обратноосмотический аппарат с линией слива обессоленной воды и линией слива концентрата, сообщенной с канализацией через дросселирующий клапан и с фильтром через водовоздушный эжектор и струйный насос, решается согласно изобретению тем, что система включает водовоздушный смеситель, а водовоздушный эжектор установлен по направлению движения жидкости перед струйным насосом и сообщен с последним через водовоздушный смеситель.

На чертеже представлена схема системы обессоливания воды.

Система обессоливания воды содержит фильтр 1 с редукционным клапаном 2, который трубопроводом 3 через дросселирующий клапан 4 сообщен с резервуаром 5 с воздушником 6 для выхода воздуха, резервуар 5 сообщен трубопроводом 7 с насосом 8, который в свою очередь трубопроводом 9 сообщен с обратноосмотическим аппаратом 10 с линией слива обессоленной воды 11 и с линией слива концентрата 12, сообщенной через отвод 13 с дросселирующим клапаном 14 с канализацией. Кроме того, линия слива концентрата 12 сообщена также с водовоздушным эжектором 15, снабженным трубопроводом 16 для забора воздуха. Водовоздушный эжектор 15 сообщен с водовоздушным смесителем 17, содержащим цилиндрическую вертикальную емкость 18, с двумя рядами горизонтальных полок 19, закрепленных у противоположных стенок емкости 18 шириной более половины ее диаметра. Противоположные полки 19 расположены поочередно друг за другом на определенном расстоянии по вертикали. Полки 19 из противоположных рядов частично перекрывают друг друга, образуя лабиринт. Водовоздушный смеситель 17 сообщен со струйным насосом 20, соединенным трубопроводами 21 с источником воды и 22 с фильтром 1.

Система обессоливания работает следующим образом. Резервуар 5 предварительно заполняют водой. Вода из резервуара 5 по трубопроводу 7 поступает в насос 8, откуда по трубопроводу 9 под давлением нагнетается в обратноосмотический аппарат 10, где происходит обессоливание воды. Обессоленная вода по трубопроводу 11 подается потребителю. Часть концентрата рециркулируется и по трубопроводу 12 подается на вход водовоздушного эжектора 15, а остальная по отводу 13 через дросселирующий клапан 14 сбрасывается в канализацию или потребителю на технические нужды. Давление концентрата, необходимое для работы обратноосмотического аппарата 10, поддерживается на заданном уровне дросселирующим клапаном 14. Воздух по трубопроводу 16 засасывается в водовоздушный эжектор 15, смешивается с концентратом, частично растворяется в нем. Водовоздушная смесь из водовоздушного эжектора 15 поступает снизу в водовоздушный смеситель 17, где не растворившаяся ранее часть воздуха растворяется при протекании водовоздушной смеси вверх в лабиринте между полок 19. Далее концентрат с растворенным воздухом поступает на вход струйного насоса 20, где подсасывает по трубопроводу 21 воду из источника, смешивается с нею, смесь по трубопроводу 22 поступает в фильтр 1.

Целью процесса насыщения воды воздухом является окисление примесей в воде для перевода их из растворимого состояния в нерастворимое и выделения их из воды в фильтре 1. Энергия потока концентрата используется в системе не только для подачи воды из источника в систему, но и для насыщения воды воздухом. Эффективное использование энергии потока концентрата позволяет при минимальном расходе концентрата через водовоздушный эжектор 15 окислить максимально возможное количество примесей, что возможно только при максимально возможном количестве принявшего участие в реакции воздуха. Этого можно достигнуть при одинаковом времени реакции растворением в воде необходимого количества воздуха или же увеличением площади контакта воздуха с водой. Снижение количества рециркулируемого концентрата позволяет снизить энергозатраты на повторную перекачку его насосом 8, снизить концентрацию солей перед обратноосмотическим аппаратом 10, снизить расход повторно обессоливаемой воды через него, т.е. повысить эффективную производительность и ресурс системы. В прототипе давление водовоздушной смеси после водовоздушного эжектора низкое по сравнению с давлением концентрата в 30-40 раз. Растворимость воздуха низкая, поэтому необходимое количество участвующего в реакции воздуха обеспечивают увеличением площади контакта, что возможно только при неэффективном способе смешения в эжекторе, увеличением количества участвующего в смешении воздуха. Для этого необходимо увеличить расход рециркулируемого концентрата, что снижает эффективность использования энергии потока концентрата. Для решения проблемы в заявляемом изобретении насыщение воздухом жидкости осуществляется перед смешиванием рециркулируемого концентрата с исходной водой, поэтому давление смеси жидкости и воздуха за водовоздушным эжектором 15 в 2-2,7 раз меньше, чем давление концентрата, которое может составлять 6-8 МПа. Растворимость воздуха в жидкости в этом случае увеличивается согласно закону Генри-Дальтона по сравнению с прототипом в ≈15 раз. Для увеличения времени и эффективности растворения применен водовоздушный смеситель 17, где смесь нерастворенного воздуха и жидкости при протекании снизу вверх интенсивно еще раз перемешивается и траектории движения вверх пузырьков воздуха и потока жидкости из-под нижней предыдущей полки 19 к верхней последующей полке 19 многократно пересекаются. Учитывая, что расход рециркулируемого концентрата к расходу исходной воды составляет не менее 1 к 10 и, учитывая эффективность процесса насыщения жидкости воздухом (применение водовоздушного смесителя 17) по сравнению с прототипом, можно сделать вывод, что количество воздуха, растворенного в воде в системе, не менее чем в 1,5 раза больше, чем в прототипе.

Воздух растворяется в рециркулируемом концентрате в необходимом количестве и при попадании концентрата в струйный насос 20 начинает выделяться из-за падения давления при смешении рециркулируемого концентрата с водой в виде множества микроскопических пузырьков размером в несколько микрон, общая площадь контакта которых с водой в десятки и более раз больше, чем при смешении воздуха с водой в водовоздушном эжекторе в прототипе.

Примеси, например, железа, марганца, содержащиеся в исходной воде, эффективно окисляются в процессе движения через трубопровод 22 и фильтр 1 и выпадают из раствора.

Эффективность и качество процесса окисления по сравнению с прототипом очень велика, поэтому рециркулируемого концентрата и воздуха, растворенного в нем, расходуется в значительно меньшем количестве, чем в прототипе.

В фильтре 1 вода осветляется и очищается от нерастворимых примесей. Давление на необходимом уровне в фильтре 1 поддерживается редукционным клапаном 2 и дросселирующим клапаном 4. Избыточный воздух, нерастворенный в воде, из фильтра 1 сбрасывается в атмосферу через редукционный клапан 2. Из фильтра 1 вода подается по трубопроводу 3 через дросселирующий клапан 4 в резервуар 5, где происходит окончательное выделение воздуха из воды и удаление его через воздушник 6 в атмосферу. Вода освобождается от воздуха и направляется в насос 8. Высокая эффективность и качество процесса окисления примесей позволяют значительно по сравнению с прототипом снизить степень рециркуляции концентрата, энергозатраты на повторную обработку рециркулируемой воды и, как следствие, повысить эффективную производительность системы, уменьшить концентрацию солей в воде перед противоосмотическим аппаратом, в итоге повышается его ресурс. Кроме того, уменьшается доля используемой энергии потока концентрата на нужды системы и повышается оставшаяся доля неиспользуемой энергии потока концентрата. Давление концентрата в некоторых случаях может достигать 6-10 МПа, а расход до 50% от расхода исходной воды, т.е. речь идет о довольно большом энергетическом потенциале. В целом, повышается возможная энергетическая эффективность работы системы в случае сочетания ее с рекуператором энергии.

Система обессоливания воды, содержащая последовательно соединенные между собой трубопроводами устройство подачи воздуха в виде водовоздушного эжектора, водозаборное устройство в виде струйного насоса, фильтр с редукционным клапаном, дросселирующие клапаны, резервуар, насос, обратноосмотический аппарат с линией слива обессоленной воды и линией слива концентрата, сообщенной с канализацией через дросселирующий клапан и с фильтром через водовоздушный эжектор и струйный насос, отличающаяся тем, что она включает водовоздушный смеситель, а водовоздушный эжектор установлен перед струйным насосом и сообщен с последним через водовоздушный смеситель.