СПОСОБ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ
SEA WATER DESALINATION METHOD

Изобретение относится к способам опреснения морской воды с использованием технологии обратного осмоса и может быть применимо для сельскохозяйственного, промышленного и бытового водоснабжения.
Известен способ опреснения морской воды, включающий испарение и конденсацию водяного пара с применением устройства для его реализации, которое содержит теплообменники, системы оборотного водоснабжения, тепловой насос, вакуумную камеру, расположенные в ней вращающиеся криволинейные каналы (патент RU 2359917 C1, C02F 1/04, опубликованный 27.06.2009). Недостатками этого способа являются сложность конструкции и необходимость для его реализации больших капитальных и эксплуатационных затрат.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу по совокупности признаков является способ получения воды пониженной солености, заключающийся в выполнении подводного водозабора, монтаже опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, посредством которого получают опресненную воду с использованием гидростатического давления (патент RU2223919 C1, C02F 1/00,1/44, В01D 61/00, опубликованный 20.02.2004). Недостатком этого способа опреснения воды является то, что для создания гидростатического давления перед обратноосмотическим модулем, достаточного для опреснения морской воды, обратноосмотический модуль нужно погружать под уровень акватории на глубину до 250 метров, а в отдельных акваториях при большой солености моря и более 250 м. Это приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат при его реализации.
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание несложного способа опреснения морской воды с использованием низкого гидростатического давления водяного столба акватории и возобновляемой энергии морских волн для получения воды с пониженной соленостью, позволяющего уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, а также себестоимость получения пресной воды.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение энергетических затрат при реализации способа за счет использования возобновляемой энергии морских волн и снижение капитальных и эксплуатационных затрат, за счет меньшей глубины размещения опреснительных модулей в акватории моря.
Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается следующим образом. Способ опреснения морской воды включает использование обратноосмотических модулей и гидростатического давления водного столба в акватории для получения воды с пониженной соленостью. Для получения опресненной воды и рассола используют пониженное гидростатическое давление столба воды в акватории, что позволяет размещать обратноосмотические модули на меньшей глубине в акватории. Для достижения необходимого давления, достаточного для опреснения воды, используют насосы объемного действия с возвратно-поступательным движением рабочих органов. Движение рабочих органов насосов осуществляют с использованием энергии морских волн, снимаемой при возвратно-поступательном движении буев с положительной плавучестью, скрепленных с корпусами насосов, и эластичных мембран, с нижней стороны скрепленных с донными пригрузами, с верхней стороны соединенных жестко с рабочими подвижными органами насосов. Для уменьшения веса донных пригрузов возможно использование динамических тормозов, скрепленных с нижними сторонами мембран и представляющих собой горизонтальные диски большой площади, оказывающие гидравлическое сопротивление при их вертикальных перемещениях. Давление в насосах повышают за счет разницы площадей, контактирующих с морской водой эластичных мембран на глубине их размещения и поперечного сечения подвижных рабочих органов насосов. Внутри корпусов насосов для предотвращения из них утечек морской воды располагают гибкие герметичные рукава, соединенные с корпусами насосов. Внутри рукавов осуществляют возвратно-поступательное движение рабочих органов насосов за счет гидростатического давления водяного столба и энергии морских волн. Для уменьшения трения между герметичными гибкими рукавами и подвижными рабочими органами насосов высокого давления используют консистентную смазку. Рекуперацию остаточной энергии рассола осуществляют с использованием гидротурбин и электрогенераторов.
Фигура 1 - схема опреснения морской воды. На фигуре обозначены следующие позиции:
1 - обратноосмотический опреснительный модуль;
2 - буй с положительной плавучестью;
3 - корпус насоса объемного действия;
4 - рабочий подвижный орган насоса;
5 - герметичный гибкий рукав;
6 - эластичная мембрана;
7 - воздушное пространство над мембраной,
8 - трубопровод, сообщающийся с воздушной атмосферой;
9 - пригруз на дне моря;
10 - фильтр для очистки забираемой морской воды;
11 - всасывающий обратный клапан насоса;
12 - нагнетательный обратный клапан насоса;
13 - трубопровод для подачи морской воды с высоким давлением в обратноосмотический модуль;
14 - трубопровод для отвода опресненной воды;
15 - трубопровод для отвода рассола из обратноосмотического модуля;
16 - гидро-пневмоаккумулятор для предотвращения пульсаций давления и расхода отводимого рассола;
17 - гидротурбина для рекуперации остаточной энергии рассола;
18 - электрогенератор;
19 - отвод отработанного рассола.
Способ опреснения морской воды (см. фигура 1) реализуется следующим образом.
Опреснительные модули (1) размещают внутри буев с положительной плавучестью (2). На незначительной глубине в акватории моря (порядка 10 метров) размещают насосы (3) объемного действия с возвратно-поступательным движением рабочих органов (4) в герметичных гибких рукавах (5), размещенных в корпусах насосов (3) и герметично соединенным с ними. Рабочие органы насосов (4) жестко соединяют эластичными мембранами (6). С нижней стороны мембрана (6) сообщается с окружающей морской водой на глубине ее установки с верхней стороны мембрана (6) сообщается с воздушной атмосферой. Воздушное пространство (7) между мембранами (6) и гибкими рукавами (5), соединяют с воздушной атмосферой трубопроводом (8). Эластичные мембраны (6) скрепляют с пригрузами на дне моря (9). Корпуса насосов (3) соединяют с плавающими на поверхности акватории моря буями (2). Забор морской воды в корпуса насосов (3) осуществляют через фильтры (10) и всасывающие обратные клапаны (11). Морскую воду под давлением подают из насосов через нагнетательные обратные клапаны (12) по трубопроводам (13) на обратноосмотические модули (1). Опресненную воду отводят по трубопроводам (14), а рассол по трубопроводам (15) отправляют на рекуперацию его остаточной энергии в гидро-пневмоаккумуляторы (16), далее на гидротурбины (17), соединенные с электрогенераторами (18). Отработанный рассол после гидротурбин (17) отводят по трубопроводам (19). Для уменьшения трения между герметичными гибкими рукавами (5) и подвижными рабочими органами насосов высокого давления (4) используют консистентную смазку. При волнении моря буи (1) совершает возвратно-поступательные движения вверх и вниз. При движении буев (1) с положительной плавучестью вверх происходит всасывание морской воды в корпуса насосов (3). При движении буев (1) вниз происходит нагнетание морской воды за счет гидростатического давления воды при перемещении эластичных мембран (6) и рабочих органов насосов (4) вверх. Вес буев (2) с опреснительными модулями (1) и водоизмещение буев (2) выбирают таким образом, чтобы при движении буев вверх на гребень волны преодолевалась сила гидростатического давления воды, действующая на эластичные мембраны (6) снизу на глубине их установки. Вес донных пригрузов (9) без использования динамических тормозов, представляющих собой плоские горизонтальные диски большой площади, соединенные с мембранами (6) снизу, и создающие гидравлические сопротивления при их вертикальных перемещениях, должен быть больше выталкивающей силы, действующей на буи (2). Это необходимо для преодоления силы гидростатического давления морской воды на мембраны (6) и обеспечения процесса всасывания морской воды в насосы (3).
В качестве примера рассмотрим реализацию способа при размещении эластичной мембраны диаметром 0,8 метра на глубине акватории 7 метров, где избыточное гидростатическое давление морской воды порядка 0,7 атмосферы. Диаметр поперечного сечения подвижного рабочего органа насоса составляет 0,08 метра. Высоту морской волны при очень слабом ветре примем равной 0,4 метра с периодом 5 секунд. В этих условиях избыточное давление морской воды перед обратноосмотическим модулем составит 70 атмосфер, что вполне достаточно для его нормальной работы. Ход рабочего органа насоса в герметичном рукаве, вытесняющего морскую воду в обратноосмотический модуль равен амплитуде морской волны и составляет 0,2 метра. При непрерывной работе в течение суток насос может прокачать через обратноосмотический модуль 17,3 кубических метра морской воды. При условии, что примерно половина прокачанной воды уйдет на образование рассола, производительность опреснительной установки по воде с пониженной соленостью составит примерно 8,65 кубических метров в сутки.
Заявленное техническое решение позволяет использовать даровую возобновляемую энергию морской волны для опреснения воды и устанавливать обратноосмотические модули на значительно меньшей глубине в акватории моря, что позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты на получение воды с пониженной соленостью.