Способ снижения энергоснабжения мембранно-модульной установки водоподготовки при опреснении исходной морской воды
METHOD FOR REDUCING ENERGY SUPPLY OF MEBRANE-MODULAR WATER TREATMENT SYSTEM DURING ORIGINAL SEAWATER DESALINATION

Изобретение относится к области водохозяйственного строительства и способу создания систем водоподготовки с использованием обратноосмотического обессоливания морских и подземных вод для малых рекреационных объектов.
Известен способ обессоливания воды методом обратного осмоса и устройство для его осуществления Патент РФ №2701342, МПК C02F 1/44, опубликовано 27.09.2019, включающий технологическую схему с двумя ступенями обратноосмотической установки при которой на первой ступени получают частично обессоленную воду и концентрат, а на второй ступени, концентрат второй ступени и пермеат второй стадии - обессоленную воду. Далее концентрат второй ступени возвращают в начало процесса на первую ступень и смешивают с исходной водой при этом используют только один насос или насосную станцию высокого давления, а в установке первой ступени обеспечивают повышение давления в пермеатном канале от 5 до 30 атм, что обеспечивает упрощение процесса очистки, уменьшение времени обработки, а также уменьшение количества насосного оборудования. Недостатком является наличие оборудования для второй ступени, повышающей материалоемкость, необходимость обеспечения избыточной энергии насосных агрегатов, что повышает энергоемкость, а также отсутствие утилизации концентрата препятствует применению данного способа для децентрализованного водоснабжения.
Известен способ опреснения морской воды Патент РФ 2605559, МПК C02F 1/44, опубликовано 10.07.2016, включающий предварительную очистку соленой воды путем прокачивания ее насосами низкого давления через предварительные фильтры, опреснение морской воды на обратноосмотических мембранах путем прокачивания через них очищенной на предварительных фильтрах соленой воды насосами высокого давления, причем насосы низкого и высокого давления приводят в действие энергией морских приливов и отливов, преобразуя ее в энергию гидравлического удара на гидротаранных установках, приводящих в действие мембранные насосы низкого и высокого давления, причем очистка предварительных фильтров и обратноосмотических мембран от загрязнений осуществляют подачей морской воды в пульсирующем режиме от мембранных насосов на фильтры и мембраны при отключенных пневмогидравлических аккумуляторах.
Недостатком является отсутствие достаточной энергии морских приливов и отливов для функционирования обратноосмотических установок.
Известен способ утилизации концентрата установок обратноосмотического обессоливания минерализованной воды Заявка RU 2016136839 А. МПК C02F 1/00, опубликовано 19.03.2018, заключающийся в исключении сброса солевых сбросов в окружающую среду за счет применения затравочных кристаллов, способствующих удалению малорастворимых солей карбоната кальция и магния из концентрата с последующим его смешением с фильтратом, образуя умягченную воду.
Недостатком является узкий диапазон применения данного способа при утилизации концентрата.
Известна технология получения механической или электрической энергии в осмотической установке, описанная в осмотической силовой установке по Патенту РФ №2176031, опубликовано 10.01.2001, МПК F03G 7/00, F03B 17/00. Поставленная цель достигается путем разделения раствора и растворителя полупроницаемой мембраной. По одну сторону мембраны подают растворитель из источника растворителя, а по другую сторону подают раствор из источника раствора и отводят отработанный раствор в устройство-преобразователь энергии осмотического массопереноса в механическую или электрическую энергию.
Наиболее близким изобретением, взятым за прототип, является способ снижения энергетических затрат при опреснении морской воды, описанный в устройстве рекуперации энергии концентрата в обратноосмотических установках Патент RU 2632294, опубликовано 03.10.2017, МПК B01D 61/06, B01D 61/08, B01D 61/12, C02F 1/44, который основан на опреснении морской воды путем организации процесса осмотического массопереноса через полупроницаемую мембрану, по разные стороны полупроницаемой мембраны подают противотоком солевые растворы различной концентрации. В качестве источника раствора высокой концентрации используют концентрат, получающийся в результате обратноосмотического процесса опреснения соленой воды, в качестве раствора низкой концентрации - соленую исходную воду. Отработанный раствор отводят под давлением, равным половине перепада осмотических давлений. При сбросе и уменьшение негативного влияния сбросных вод на окружающую среду
Недостатком является снижение эффективности при получении механической и электрической энергии, а также повышение энергоемкости и сложности процесса водоподготовки и материалоемкости, недостаточной для условий морских водных объектов эффективности сброса и утилизации концентрата, что является неприемлемым для децентрализованного водо - и энергоснабжения.
Изобретение направлено на создание способа снижения затрат энергии на водоподготовку с применением систем обратного осмоса для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения малых рекреационных объектов, утилизация полученных растворов высокой концентрации.
Техническим результатом изобретения является рекуперация энергии в технологической схеме на основе обратноосмотической установки.
Достигается технический результат тем, что способ снижения энергоснабжения мембранно-модульной установки водоподготовки при опреснении исходной морской воды, включает обратноосмотический процесс разделения морской воды, которую подают на блок мембранной очистки воды, с возможностью ее разделения при обратноосмотическом процессе на раствор высокой концентрации и раствор низкой концентрации, который направляют через блок стабилизации к потребителю, на первом этапе запускают блок мембранной очистки за счет пуска насоса первой ступени, установленного с возможностью обеспечения начального напора исходной морской воды, электродвигателя и насоса второй ступени, создающего давление достаточное для обратноосмотического процесса разделения морской воды на блоке мембранной очистки с разделением ее на раствор высокой концентрации и раствор низкой концентрации, полученный раствор высокой концентрации подают на преобразователь механической энергии, с выработкой и передачей механической энергии через преобразователь частоты вращения на насос первой ступени, с последующим отключением электродвигателя, и обеспечением стабильной работы насоса второй ступени, от преобразователя механической энергии раствор высокой концентрации поступает на блок утилизации раствора высокой концентрации с его дальнейшим использованием.
Использование раствора высокой концентрации производят его сбросом в глубинные слои морской воды; выпариванием, за счет использования геотермальной и солнечной энергии; утилизацией полученных солей в строительстве в качестве присадок к бетону, в дорожном строительстве в качестве антигололедных покрытий.
На фиг. 1 представлена сема установки, на которой может быть реализован предлагаемый способ.
Установка содержит:
1 - исходная морская вода;
2 - блок гидроагрегатов;
3 - преобразователь механической энергии;
4 - преобразователь частоты вращения;
5 - насос установленным с возможностью обеспечения начального напора исходной морской воды;
6 - насос, создающий давление достаточное для обратноосмотического процесса на блоке мембранной очистки исходной морской воды;
7 - электродвигатель;
8 - блок мембранной очистки воды;
9 - блок стабилизации раствора низкой концентрированного;
10 - блок утилизации раствора высокой концентрации.
Пример конкретного выполнения способа снижения энергоснабжения мембранно-модульной установки водоподготовки при опреснении исходной морской воды, рассмотрим на реализующей этот способ установке.
Способ включает обратноосмотический процесс разделения исходной морской воды 1, которую подают на блок гидроагрегатов 2, где за счет пуска насоса 5 первой ступени, установленного с возможностью обеспечения начального напора исходной морской воды 1, электродвигателя 7 и насоса 6 второй ступени, создающего давление достаточное для обратноосмотического процесса разделения морской исходной воды на блоке мембранной очистки 8 с разделением ее на раствор высокой концентрации и раствор низкой концентрации, который направляют через блок стабилизации 9 к потребителю, полученный раствор высокой концентрации подают на преобразователь механической энергии 3, с выработкой и передачей механической энергии через преобразователь частоты вращения 4 на насос 5 первой ступени, с последующим отключением электродвигателя 7, и обеспечением стабильной работы насоса 6 второй ступени, от преобразователя механической энергии 3 раствор высокой концентрации поступает на блок утилизации раствора высокой концентрации 10 с его дальнейшим использованием. Дальнейшее использование раствора высокой концентрации производят его сбросом в глубинные слои морской воды; выпариванием, за счет использования геотермальной и солнечной энергии; утилизацией полученных солей в строительстве в качестве присадок к бетону, в дорожном строительстве в качестве антигололедных покрытий.
За счет использования энергии высококонцентрированного раствора, получаемого при разделении исходной морской воды на блоке мембранной очистки воды 8, механического преобразователя энергии, 2 преобразователя частоты вращения 4 передающих данную энергию на насос первой ступени 5, установленным с возможностью обеспечения начального напора исходной морской воды, достигается технический результат - рекуперация энергии в технологической схеме на основе обратноосмотической установки.