МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ СИСТЕМА ГЛУБОКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ С ПОВЫШЕННОЙ ОБМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ ИОНООБМЕННЫХ ФИЛЬТРОВ СМЕШАННОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области электронной промышленности, медицинской техники, теплоэнергетики и других отраслей народного хозяйства и может быть использована для получения глубоко обессоленной воды из природных пресных и солоноватых вод.
Известна система глубокого обессоливания воды, содержащая последовательно включенные установку предочистки (УПО), обессоливающую мембранную установку обратного осмоса (УОО), установку Н-ОН-ионирования пермеата (обессоленной воды на выходе УОО) и соединяющие их линии с запорной арматурой [1] - прототип.
Слабой стороной системы [1] является недостаточно высокое качество получаемой обессоленной воды в результате использования одностадийной УОО и одноступенчатой установки Н-ОН-ионирования пермеата. Попытка увеличить число ступеней очистки на стадии Н-ОН-ионирования в фильтрах смешанного действия (ФСД) встречается с трудностью, связанной с низкой степенью обменной емкости катионита и анионита и, как следствие, с повышенными расходами кислоты и щелочи на регенерацию фильтров. Возникает также проблема сброса отработанных регенерационных растворов от ступени Н-ОН-ионирования, содержащих высокие концентрации реакционноспособной кислоты и щелочи.
Достигаемыми результатами полезной модели являются:
- повышение качества обессоленной воды после последней ступени ФСД (менее 0,05 мкСм/см электропроводимости);
- увеличение обменной емкости катионита и анионита на стадии Н-ОН-ионирования пермеата (обессоленной воды за УОО);
- снижение либо исключение расходов кислоты и щелочи на регенерацию ФСД (фильтров со смешанной загрузкой катионита и анионита) и сокращение либо исключение сбросов отработанных регенерационных
растворов от ступени Н-ОН-ионирования, содержащих высокие концентрации реакционноспособной кислоты и щелочи.
Указанные результаты обеспечиваются тем, что в системе глубоко обессоленной воды, содержащей последовательно включенные УПО, обессоливающую мембранную УОО, установку Н-ОН-ионирования пермеата и соединяющие их линии с запорной арматурой, согласно полезной модели установка Н-ОН-ионирования пермеата выполнена в виде по меньшей мере двух ФСД, причем входы всех ФСД подключены к линии пермеата от УОО, выходы всех ФСД подключены к линии обессоленной воды, и все ФСД соединены между собой последовательно, образуя замкнутую цепь.
На фиг.1 изображена принципиальная схема многоступенчатой системы глубокого обессоливания воды согласно полезной модели в варианте с двумя ступенями ФСД; на фиг.2 - то же в варианте с тремя ступенями ФСД.
Система содержит последовательно включенные УПО 1, обессоливающую мембранную УОО 2 с двумя ступенями обессоливания соответственно 2.1 и 2.2, линию 2.3 сбора пермеата с не показанными на чертеже емкостью сбора пермеата и насосом его подачи, а также установку 3 Н-ОН-ионирования пермеата. Последняя выполнена в виде ФСД - двух (А и В) в варианте фиг.1 или трех (А,В,С) в варианте фиг.2. Вход каждого ФСД подключен к линии 2.3 пермеата от УОО 2. линиями 2.4, 2.5 (фиг.1) и 2.4-2.7 (фиг.2). Выходы всех ФСД подключены к линии 3.1 обессоленной воды линиями 3.2-3.4, и все ФСД в каждом варианте соединены между собой последовательно, образуя замкнутую цепь. В частности, выход ФСД А соединен со входом ФСД В линией 3.5; выход ФСД В по варианту фиг.1 соединен линией 3.6 со входом ФСД А, по варианту фиг.2 - линией 3.6 со входом ФСД С; выход ФСД С (фиг.2) соединен со входом ФСД А линией 3.7. На всех перечисленных линиях установлена запорная арматура 4.
Система глубокого обессоливания воды согласно полезной модели работает следующим образом.
Подлежащая очистке и глубокому обессоливанию исходная вода подается вначале в УПО 1, где обычно проходит через осветлители и механические
фильтры (на чертеже не показаны). Очищенная вода из УПО 1 поступает в УОО 2, проходя две ступени обессоливания в аппаратах I и II. Пермеат из УОО 2 направляется по линии 2.3 в установку 3 Н- ОН- копирования, где последовательно проходит по меньшей мере две ступени обессоливания в ФСД А, В (фиг.1) или А, В, С (фиг.2). При этом после истощения ФСД А в нем меняется загрузка на свежую или отрегенерированную, и с помощью соответствующего переключения запорной арматуры 4 на соединительных линиях частично истощенный ФСД В используется в качестве первой ступени, а ФСД А со свежей или отрегенерированной ионообменной загрузкой (фиг.1) - в качестве второй ступени обессоливания. По варианту фиг.2 ФСД А после замены загрузки используется в качестве третьей ступени обессоливания, затем таким же образом меняется загрузка ФСД В, ФСД С, и цикл повторяется.
3
3
В системе согласно полезной модели при исходном солесодержании 100-1500 мг/дм (характерном для пресных и солоноватых вод) в пермеате, поступающем на ФСД, солесодержание составляет 0,1-1,5 мг/дм, а показатель электропроводимости - 0,2-3,0 мкСм/см, т.е. примерно на порядок ниже, чем в системе [1].
3
Содержание солей в обессоленном пермеате после последней ступени ФСД составляет 5-20 мкг/дм или 0,01-0,05 мкСм/см, что в несколько раз ниже, чем в известной системе. Кроме того, в известной системе обменная емкость смешанной загрузки ФСД, работающих в одну ступень, в 1,5-2,5 раза меньше, чем обменная емкость истощенного ФСД (первого по ходу пермеата) в предлагаемой системе. Это обусловлено тем, что в известной системе ФСД работает только до «проскока» микрограммовых концентраций минеральных или органических веществ, а в системе согласно полезной модели первый по ходу пермеата ФСД работает практически до равновесного использования обменной емкости загрузки. Соответственно фильт-роцикл такого ФСД увеличивается в десятки раз по сравнению с одноступенчатым ФСД, работающим на пермеате одноступенчатой УОО.
3
Для исходного пермеата с относительно низким солесодержанием (примерно до 0,5 мг/дм) в системе согласно полезной модели ФСД могут
работать без регенерации, так как продолжительность фильтроцикла до глубокого истощения загрузки может составлять ориентировочно 3-12 месяцев. В связи с этим для небольших по производительности систем обессоливания экономически эффективнее производить редкую замену загрузки ФСД на новую, чем проводить ее регенерацию и создавать для этого кислотное и щелочное хозяйство и схему регенерации. Кроме того, как правило, при регенерации загрузки ФСД не удается полностью разделить катионо- и анионообменные смолы, в результате чего происходит так называемое «перекрестное» загрязнение, при котором небольшая доля анионита попадает в катионит и наоборот. В результате отрегенерированная смешанная загрузка уже не дает такого высокого качества, как свежая.
Пример 1. Исходная маломинерализованная речная вода после предочистки поступает на двухступенчатую установку обратного осмоса. В исходную воду дозируется антискалант из расчета 1,5 мг/л. Пермеат после второй ступени УОО собирается в емкость и подается на последовательно включенные два ФСД. При повышении электропроводимости после второго ФСД выше 0,02 мкСм/см первый по ходу пермеата ФСД выключается из работы. На его место включается бывший вторым по ходу пермеата ФСД, а в качестве второй ступени включается ФСД со свежей загрузкой. Показатели качества исходной воды, пермеата ООУ и фильтрата ФСД второй ступени приведены в таблице.
Пример 2. Исходная солоноватая вода из артезианской скважины после предочистки поступает на двухступенчатую УОО. В исходную воду дозируется антискалант из расчета 4,0 мг/л. Пермеат после второй ступени УОО собирается в емкость и подается на последовательно включенные два ФСД. При повышении электропроводимости после второго ФСД выше 0,05 мкСм/см первый по ходу пермеата ФСД выключается из работы. На его место включается бывший вторым по ходу пермеата ФСД, а в качестве второй ступени включается ФСД со свежей или отрегенерированной загрузкой. Показатели качества исходной воды пермеата ООУ и фильтрата ФСД второй ступени приведены в таблице.
Таблица.
Показатели
Пресная вода
Солоноватая вода
исход.
пермеат УОО
фильтрат ФСД
исход.
пермеат УОО
фильтрат ФСД
Содержание, мг-экв/дм<sup>3</sup>
Жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
2,5
0,003
0,0
5,0
0,005
0,0
Щелочность, мг-экв/дм<sup>3</sup>
1,8
0,002
0,0
9,6
0,04
0,0
РН
6,9
5,1
5,0
8,1
5,8
5,1
Содержание, мг/дм<sup>3</sup>
Na
7,06
0,01
0,002
190
0,2
0,01
Fe
0,11
0,0
0,0
0,06
0,0
0,0
SO<sub>4</sub>
16,2
0,02
0,0
21,6
0,02
0,002
Cl
23,8
0,03
0,001
102
0,1
0,005
SiO<sub>3</sub>
3,1
0,006
0,001
41
0,04
0,003
Солесодержание, мг/дм<sup>3</sup>
197
0,24
0,004
1490
2,0
0,02
Электро-мость, мкСм/см
410
0,48
0,01
-
4,0
0,045
Окисляемость, мгО/дм<sup>3</sup>
6,6
0,1
0,0
6,0
0,1
0,00
Источники информации:
1.Применение обратного осмоса при обессоливании воды для питания парогенераторов ТЭС и АЭС. - Мамет А.П., Ситняковский Ю.А. - Теплоэнергетика, 2000, №7, с.20-22.