МЕМБРАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к мембранным процессам очистки воды и может быть использовано для получения чистой питьевой воды как из подземных источников, так и из поверхностных.
Известна мембранная установка для очистки воды (см. патент РФ 2006490 МПК CO2F 9/00 опубл. 30.01.1994), включающая насос для подачи исходной воды, четырехходовой кран, батарею разделительных аппаратов на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран, циркуляционный насос циркуляционный контур.
Недостатком данной установки является увеличенный фильтроцикл из-за необходимости прокачивать больше количества фильтрующей воды через разделительные аппараты, чем нужно для фильтрования, что требует излишних энергозатрат.
Известен способ очистки воды и мембранная установка для очистки воды (см. патент РФ №2112747, МПК C02F 1/44, 9/00,B01D 61/22 опубл. 10.06. 1998).При этом мембранная установка 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, промывочный насос, соединенный всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата и напорным патрубком - с линией отвода фильтрата, а 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.
Недостатком устройства, обеспечивающего выполнение способа очистки воды являются непроизводительные энергозатраты, обусловленные работой насоса для подачи исходной воды с постоянной мощностью привода в изменяющихся условиях загрязнения исходной воды, задаваемой пределом накопления на поверхности мембраны и в ее порах загрязняющих веществ, определяемым последующим процессом регенерации.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является поддержание энергосберегающего процесса очистки исходной воды в изменяющихся условиях накопления загрязнений на поверхности мембраны с сокращением энергозатрат на привод насоса исходной воды, это достигается путем взаимосвязанного автоматизированного контроля давления в линии отвода фильтрата и скорости вращения привода насоса исходной воды с отбором необходимой мощности для поддержания условий преодоления гидравлического сопротивления мембран по мере накопления загрязнений на их поверхности и порах.
Поставленная задача по снижению энергозатрат достигается тем, что 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, промывочный насос, соединенный всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата и напорным патрубком - с линией отвода фильтрата, при этом насос для подачи исходной воды снабжен приводом с регулятором скорости его вращения и регулятором давления с датчиком давления, установленным на линии подвода исходной воды, при этом регулятор давления своим выходом соединен с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а регулятор давления содержит блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, и выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости вращения.
На фиг. 1 изображена схема мембранной установки для очистки воды. Мембранная установка для очистки воды содержит фильтр грубой очистки 1, насос подачи исходной воды 2, обратный клапан 3, четырехходовой кран 4, батарею разделительных аппаратов 5 на основе половолоконных или трубчатых микро- или ультрафильтрационных мембран 6, запорный клапан 7, накопительную емкость 8, промывочный насос 9, обратный клапан 10, диафрагму 11, установленный параллельно ей запорный клапан 12, линию подвода исходной воды 13, линию отвода концентрата 14, линию отвода фильтрата 15. Насос подачи исходной воды 2 снабжен приводом 16 с регулятором скорости вращения 17 и регулятором давления 18 с датчиком давления 19, установленным на линии отвода фильтрата 15.Регулятор давления 18 своим выходом соединен с регулятором скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и содержит блок сравнения 20 и блок задания 21, причем блок сравнения 20 соединен с входом электронного усилителя 22, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 23 и выход электронного усилителя 22 соединен с входом магнитного усилителя 24 с выпрямителем 25, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения 17.
Мембранная установка для очистки воды работает следующим образом. По мере прохождения исходной воды через батарею разделительных аппаратов 5 загрязняющие вещества накапливаются на поверхности и в порах мембраны 6, увеличивая их аэродинамическое сопротивление, что приводит к увеличению давления в линию подвода исходной воды 13. Сигнал, поступающий с датчика давления 19, становится меньшим, чем сигнал блока задания 21 и на выходе блока сравнения 20 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи 23. Сигнал с выхода электронного усилителя 22 поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается по мощности и поступает на выпрямитель 25, а далее на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает увеличение тока возбуждения на выпрямителе 25 магнитного усилителя 24. В результате увеличивается момент от привода 16 насоса 2, передаваемый на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и поступление исходной воды с загрязнениями через батарею разделительных аппаратов 5 увеличивается, достигая значений нормированно-необходимых для получения заданного качества очистки.
В процессе регенерации при окончательном выносе загрязняющих веществ из мембранной установки, когда давление под мембранами и над мембранами сравняется и снижается. Сигнал, поступающий с датчика давления 19, становится большим, чем сигнал блока задания 21 и на входе блока сравнения 20 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 22 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 23. За счет этого в электронном усилителе 22 компенсируется нелинейность характеристики привода 16 насоса 2. Сигнал с выхода электронного усилителя 22поступает на вход магнитного усилителя 24, где усиливается и через выпрямитель 25 воздействует на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 22 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 24. В результате снижается момент от привода 16 насоса 2, передаваемый на регулятор скорости вращения 17 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и поступление исходной воды через насос 2 осуществляется в объеме, соответствующим увеличению скорости потока в кассете половолоконных или трубчатых мембран 6 со скоростью, обеспечивающей окончательный унос загрязняющих веществ установки, но с уменьшенными затратами энергии на привод 16, по сравнению с исходными для процесса очистки.
Следовательно, возможность автоматизированного регулирования потребления энергии на привод насоса 2 исходной воды посредством контроля давления на преодоление гидравлического сопротивления как в процессе очистки по мере накопления загрязняющего вещества на поверхности и в порах мембран 6, так и в процессе их регенерации, обеспечивает энергосберегающую работу мембранной установки при длительной эксплуатации.
Исходную воду, прошедшую фильтр грубой очистки 1, насосом 2 подают через обратный клапан 3, четырехходовой кран 4 в батарею разделительных аппаратов 5. Фильтрат по линии отвода фильтрата 15 через запорный клапан 7 поступает в накопительную емкость 8. Концентрат из батареи аппаратов 5 по линии отвода концентрата 14 отводят через четырехходовой кран 4 и диафрагму И, которая пропускает концентрат в количестве не более 6% от произведенного фильтрата. В режиме фильтрования промывочный насос 9 отключен, запорный клапан 7 открыт, запорный клапан 12 закрыт.
После того, как производительность мембранной установки в результате накопления на поверхности мембраны и в ее порах загрязняющих веществ снизится до допустимого предела, проводят ее регенерацию. Для этого закрывают запорный клапан 7 на линии отвода фильтрата 15. При этом промывочный насос 9 включают в работу в непрерывном режиме. Спустя некоторое время, когда давления под мембраной и над мембраной сравниваются, открывают запорный клапан 12. При этом давление над мембранами 6 резко снижается, и фильтрат из подмембранного пространства устремляется в надмембранное по всей площади половолоконных или трубчатых мембран 6, отрывая осевшие частицы загрязняющего вещества, которые удаляются из аппаратов 5 в виде промывных вод через четырехходовой кран 4 и запорный клапан 12. Затем включают насос 2, при этом скорость потока в канале половолоконных или трубчатых мембран 6 увеличивается и происходит окончательный вынос загрязняющих веществ из установки.
Оригинальность предлагаемого конструктивного решения заключается в том, что поддержание эффективного процесса очистки со снижением энергозатрат на привод насоса исходной воды при длительной эксплуатации мембранной установки в выполнении взаимосвязанных технологической схемой автоматизированного контроля регулятором давления, изменений гидравлического сопротивления батареи разделительных аппаратов, и потребления мощности приводом насоса, через регулятор скорости вращения по мере загрязнения поверхности и пор мембран. При этом регулятор давления включает систему блоков сравнения и задания, электронный и магнитный усилители, а регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковых электромагнитных муфт.