ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ОБРАТНОГО ОСМОСА

Область техники
Полезная модель относится к техническим средствам обработки воды, в частности к опреснению морской воды, и может быть использована для обеспечения населения и сельского хозяйства пресной водой высокого качества.
Уровень техники
2
Из уровня техники известны различные устройства для получения опресненной воды. Наиболее распространенными и энергоэффективными являются опреснительные установки на основе обратного осмоса, например, патенты РФ №2317138, №2401802, №2401806 или №2446110. Однако все подобные технические решения обладают одним общим и весьма существенным недостатком, а именно они не меняют изотопный состав морской воды. Известно, что содержание тяжелого изотопа водорода Н (дейтерия) в морской воде существенно превышает содержание его в воде озер, рек, подземных и других континентальных источниках пресной воды. Известно также, что повышенное содержание дейтерия замедляет обменные процессы в организме человека, что ведет к тяжелым последствиям для его здоровья (см. например: В. Ветштейн, профессор, М. Ганопольский - профессор, академик Академий медицинских наук США и России и др., Открытое письмо всем ветвям и органам власти Израиля. http://www.isra.com/news/86251, Г.Д. Бердышев и др. «Аквабиотика - наука о роли воды в жизненных процессах», Киев, 2003, Ветштейн В., Шевченко Л. Еще раз о качестве питьевой воды, http://zhurnal.lib/ru/e/etkin_w/eshepazo-kachestvevody.shtml).
Таким образом, длительное использование опресненной морской воды негативно отразится на населении, использующем такую воду. Радикальным методом решения проблемы может стать снижение содержания дейтерия в опресненной воды, особенно с учетом того, что пониженное содержание дейтерия оказывает лечебное действие при онкологии (Роль Легкой воды в лечении онкологии, http://www.junivita.сom/publications/38-science-of-light-water/269-onkologia.html).
В патенте РФ №2446110 (оп. 27.03.2012, бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №9), принятым за прототип, предложена опреснительная установка обратного осмоса, набранная из отдельных модулей, каждый из которых состоит из насоса высокого давления с рекуператором и электромеханическим приводом, соединенного с блоком мембранного разделительного элемента каналами подвода исходной воды высокого давления и отвода сбросной воды высокого давления, к насосу подключен канал подвода исходной воды и канал отвода сбросной воды низкого давления, а к блоку мембранного разделительного элемента подключен канал отвода опресненной воды. Это устройство также обладает указанным выше недостатком.
Раскрытие сущности полезной модели
2
Техническим результатом полезной модели является улучшение качества опресняемой воды за счет корректировки изотопного состава воды - снижения изотопа водорода Н (дейтерия), что дает возможность ее длительного использования населением и в сельском хозяйстве без ущерба для здоровья человека.
Для достижения этого результата предложена опреснительная установка обратного осмоса, состоящая из насоса высокого давления с электроприводом и рекуператором, мембранного разделительного элемента, каналов для подвода исходной воды низкого давления и исходной воды высокого давления, отвода сбросной воды высокого давления и сбросной воды низкого давления и отвода опресненной воды, при этом она дополнительно содержит электролизер воды с каналом отвода обогащенной дейтерием воды, соединенный через кран-регулятор с каналом отвода опресненной воды, топливный элемент с дожигателем, соединенный каналами подвода водорода и кислорода с электролизером, а каналом подмеса обедненной дейтерием воды с каналом отвода опресненной воды потребителям.
Краткое описание чертежа модели
На фигуре приведена схема опреснительной установки обратного осмоса, где:
1 - электропривод;
2 - насос высокого давления с рекуператором;
3 - блок мембранного разделительного элемента;
4 - электролизер;
5 - топливный элемент;
6 - дожигатель;
7 - кран-регулятор;
8 - канал подвода исходной воды низкого давления;
9 - канал подвода исходной воды высокого давления;
10 - канал отвода сбросной воды высокого давления;
11 - канал отвода сбросной воды низкого давления;
12 - канал отвода опресненной воды;
13 - канал подвода воды к электролизеру;
14 - канал подачи опресненной воды потребителям;
15 - каналы подвода водорода и кислорода в топливный элемент;
16 - канал подмеса обедненной дейтерием воды в опресненную;
17 - канал отвода обогащенной дейтерием воды из электролизера.
Осуществление полезной модели
Опреснительная установка обратного осмоса состоит из насоса высокого давления с рекуператором 2, электропривода 1, мембранного разделительного элемента 3, каналов для подвода исходной воды низкого 8 и высокого 9 давления, каналов отвода сбросной воды высокого 10 и низкого 11 давления, канала отвода опресненной воды 12, причем установка дополнительно содержит электролизер воды 4 с каналом отвода обогащенной дейтерием воды 17, соединенный каналом подвода воды к электролизеру 13 через кран-регулятор 7 с каналом отвода опресненной воды 12, топливный элемент 5, соединенный каналами подвода водорода и кислорода 15 с электролизером 4, и дожигатель 6 с каналом подмеса обедненной дейтерием воды 16 в канал отвода опресненной воды потребителям 14.
Установка работает следующим образом.
Исходная морская вода по каналу подвода исходной воды низкого давления 8 подается в насос высокого давления с рекуператором 2 и электроприводом 1, из которого с высоким давлением, необходимым для обратного осмоса, подается по каналу подвода исходной воды высокого давления 9 в блок мембранного разделительного элемента 3, где разделяется на опресненную, отводимую по каналу отвода опресненной воды 12, и сбросную высокого давления, отводимую по каналу отвода сбросной воды высокого давления 10. Для экономии энергии сбросная вода высокого давления по каналу отвода сбросной воды высокого давления 10 подается в рекуператор насоса высокого давления 2, где давление воды срабатывается и она с низким давлением сбрасывается из установки по каналу отвода сбросной воды низкого давления 11. Часть опресненной воды из канала отвода опресненной воды 12 через кран-регулятор 7 подается в электролизер 4, где частично разлагается на водород и кислород, которые по каналам подвода водорода и кислорода 15 подаются в топливный элемент 5, в котором электрохимически окисляются с выработкой электроэнергии, частично компенсирующей затраты на электролиз, а непрореагировавшие остатки водорода и кислорода дожигаются в дожигателе 6. В процессе электролиза происходит разделение изотопов водорода, при котором в выделяющемся водороде уменьшается содержание дейтерия, который концентрируется в остающейся в электролизере воде. Часть воды с повышенным содержанием дейтерия отводится из электролизера 4 по каналу отвода обогащенной дейтерием воды 17, которая может быть использована как полуфабрикат для производства из нее дейтерия. Вода с пониженным содержанием дейтерия после топливного элемента 5 и дожигателя 6 по каналу подмеса обедненной дейтерием воды в опресненную 16 подается в канал подачи опресненной воды потребителям 14. В результате перемешивания опресненной воды с опресненной обедненной общее содержание дейтерия в воде, подаваемой потребителям, снижается до необходимого безопасного уровня или до более низкого лечебного.
Таким образом, у заявленной опреснительной установки обратного осмоса улучшается качество производимой воды, и она может быть использована для длительного обеспечения людей и сельского хозяйства без ущерба для здоровья. Размеры и параметры установки определяются в каждом конкретном случае, исходя из запросов потребителя.
Такое решение вписывается в существующие эффективные опреснительные установки обратного осмоса без значительных конструктивных изменений.
Расчеты показали, что оптимальный режим работы установки достигается при соотношении потоков в канале подвода воды к электролизеру 13 и канале отвода опресненной воды 12 как 1/(1,5÷1,7) и в канале отвода обогащенной воды из электролизера 17 и канале подвода воды к электролизеру 13 как 1/(5÷6,5). При этом до 88÷90% опресненной воды, полученной после блока мембранного разделительного элемента, подается потребителю с улучшенным качеством, а содержание дейтерия в обогащенной воде из электролизера увеличивается 2,7÷3,1 раза.