МЕМБРАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
MEMBRANE WATER TREATMENT PLANT

Изобретение относится к очистке воды с помощью мембран, в частности к средствам очистки высокомутных природных вод с целью использования их в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в пищевой и других отраслях промышленности.
Известна установка для очистки воды (пат. РФ №2155165, кл. C02F 9/00), содержащая нагнетающий насос, два ультрафильтрационных аппарата, озонатор и сорбционный фильтр. Регенерация ультрафильтров этой установки выполняется поочередной промывкой одного аппарата фильтратом другого аппарата, подаваемым под остаточным напором противотоком через поры отмываемого аппарата с отводом промывной воды через концентратную линию. Недостатком является невысокая эффективность регенерации, что обусловлено низким остаточным напором отмывающего обратного потока: напор, создаваемый нагнетающим насосом, теряется сначала на преодоление трансмембранного сопротивления в аппарате, нарабатывающем фильтрат, потом снижается на ту же величину, преодолевая обратное трансмембранное сопротивление в отмываемом аппарате, и только затем ослабленный поток взаимодействует с отложениями загрязнений на рабочей поверхности мембран и входах в их поры.
Известно устройство для ультрафильтрации (пат. РФ №2228788, кл. B01D 61/14, 61/18), содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной жидкости с вибрирующим устройством, линии отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран фильтрующих элементов, выполненное в виде гидропневматического аккумулятора, присоединенного к линии отвода фильтрата трубопроводом с обратным клапаном, и вибрационного прерывателя, соединенного с гидропневматическим аккумулятором входной линией и выходной - с линией отвода фильтрата между мембранным аппаратом и трубопроводом гидропневматического аккумулятора. При снижении производительности мембран в результате накопления отложений осуществляется обратноточная промывка. Линию отвода фильтрата перекрывают, давление фильтрата возрастает, воздух в гидропневмоаккумуляторе сжимается фильтратом. После остановки рабочего насоса сжатый воздух через прерыватель воздействует на фильтрат, оставшийся в линии и фильтратотводящей зоне мембранного аппарата, и выталкивает его небольшими порциями в обратном рабочему направлении.
Недостатком устройства является весьма ограниченное количество остаточного фильтрата и толкающего его сжатого воздуха, что не обеспечивает длительности и эффективности промывки, достаточных для удаления отложений, обладающих сколько-нибудь существенной адгезией к мембранам.
Известен принятый в качестве прототипа способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления (пат. РФ №2112747, кл. C02F 1/44, 9/00, B01D 61/22). Мембранная установка для очистки воды содержит насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, линию подвода исходной воды, линию отвода концентрата с запорным клапаном и установленной параллельно ему диафрагмой, линию отвода фильтрата с запорным клапаном. Установка снабжена накопительной емкостью фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком - с линией отвода фильтрата. Способ очистки воды включает стадию фильтрования воды на мембранной установке и стадию регенерации установки, причем на стадии фильтрования в батарею разделительных аппаратов подают исходную воду, отвод концентрата осуществляют через диафрагму в количестве не более 6% от произведенного фильтрата, при этом закрывают запорный клапан на линии отвода концентрата и открывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, на стадии регенерации включают промывочный насос, закрывают запорный клапан на линии отвода фильтрата, а запорный клапан на линии отвода концентрата попеременно открывают и закрывают.
Способ и устройство по патенту РФ №2112747 не устраняют склонность к отложению загрязнений в процессе фильтрации, но позволяют интенсифицировать процесс регенерации мембранных аппаратов. Недостатком прототипа является необходимость использования специального промывочного насоса, что приводит к усложнению и удорожанию конструкции установки и системы управления, а также увеличению мощности электропотребителей установки.
Изобретение направлено на повышение эффективности регенерации мембранных аппаратов при сниженных энергозатратах.
Поставленная цель достигается тем, что мембранная установка для очистки воды содержит насос подачи исходной воды со всасывающим трубопроводом, снабженным запорным клапаном, линию подачи исходной воды, батарею половолоконных ультрафильтров, линию отвода концентрата с установленными параллельно регулирующим краном и запорным клапаном, линию отвода фильтрата, накопительную емкость фильтрата, при этом на линии подачи исходной воды после насоса установлен нормально открытый запорный клапан, за которым к линии подачи исходной воды присоединен снабженный нормально закрытым запорным клапаном возвратный трубопровод, второй конец которого соединен со всасывающим патрубком насоса, между насосом и нормально открытым клапаном к линии подачи исходной воды подключена линия отвода промывной воды, снабженная нормально закрытым запорным клапаном, а линия отвода концентрата снабжена обратным клапаном.
При таком устройстве мембранной установки эффективная регенерация ультрафильтров и поддержание их высокой производительности при длительном межрегенерационном периоде обеспечивается насосом подачи исходной воды без использования специального промывочного насоса. Вследствие этого упрощается и удешевляется установка и ее система управления, а также снижаются энергозатраты.
На чертеже представлена принципиальная схема мембранной установки для очистки воды.
Мембранная установка для очистки воды содержит емкость исходной воды 1, насос подачи исходной воды 2 со всасывающим трубопроводом 3, снабженным запорным клапаном 4, линию 5 подачи исходной воды, батарею половолоконных ультрафильтров 6, имеющую линию 7 отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран 8 и нормально закрытый запорный клапан 9, линию отвода фильтрата 10, соединенную с накопительной емкостью фильтрата 11. На линии 5 подачи исходной воды после насоса 2 установлен нормально открытый запорный клапан 12, за которым к линии 5 присоединен снабженный нормально закрытым запорным клапаном 13 возвратный трубопровод 14, второй конец которого соединен со всасывающим патрубком насоса 2. Между насосом 2 и клапаном 12 к линии 5 подключена линия 15 отвода промывной воды, снабженная нормально закрытым запорным клапаном 16. На линии 7 отвода концентрата установлен обратный клапан 17.
Установка работает следующим образом.
Исходную воду из емкости 1 насосом 2 при открытых запорных клапанах 4 и 12 подают в батарею ультрафильтров 6, где вода фильтруется через пористые стенки полых волокон. Фильтрат через линию 10 отводится в накопительную емкость 11, откуда поступает к потребителям. Концентрат с задержанными загрязнениями отводится по линии 7 через регулирующий кран 8, поддерживающий давление фильтрации. Запорный клапан 9 при этом закрыт.После того как производительность установки в результате отложения загрязнений на стенках полых волокон ультрафильтров снизится до заранее заданного значения, проводят регенерацию ультрафильтров. Для этого закрывают запорные клапаны 4 и 12, открывают запорные клапаны 13 и 16, в результате чего насос 2 создает разрежение в ультрафильтрах, удерживаемое обратным клапаном 17, что обеспечивает обратный трансмембранный поток фильтрата из накопительной емкости 11, вымывающий загрязнения из фильтрующих пор полых волокон и способствующий отрыву загрязнений от стенок волокон. Промывная вода отводится по линии 15. По окончании обратной промывки клапаны 13 и 16 закрывают, клапаны 4 и 12 открывают и проводят промывку волокон транзитным потоком, увеличенным благодаря открытию клапана 9, снижению давления в линии 7 отвода концентрата. Промывку обратным потоком фильтрата и транзитным потоком при необходимости можно выполнить поочередно несколько раз.
Таким образом обеспечивается эффективная регенерация ультрафильтров и поддержание их высокой производительности при длительном межрегенерационном периоде без использования специального промывочного насоса. Благодаря этому упрощается и удешевляется установка и ее система управления, а также снижаются энергозатраты.