УСТАНОВКА МЕМБРАННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
MEMBRANE WATER TREATMENT APPARATUS

Изобретение относится к очистке воды с помощью мембран, в частности к средствам очистки высокомутных природных вод с целью использования их в хозяйственно-питьевом водоснабжении, в пищевой и других отраслях промышленности.
Известна установка для очистки воды (пат. РФ №2155165, кл. С02F 9/00), содержащая нагнетающий насос, два ультрафильтрационных аппарата, озонатор и сорбционный фильтр. Регенерация ультрафильтров этой установки выполняется поочередной промывкой одного аппарата фильтратом другого аппарата, подаваемым под остаточным напором противотоком через поры отмываемого аппарата с отводом промывной воды через концентратную линию. Недостатком является невысокая эффективность регенерации, что обусловлено низким остаточным напором отмывающего обратного потока: напор, создаваемый нагнетающим, насосом, теряется сначала на преодоление трансмембранного сопротивления в аппарате, нарабатывающем фильтрат, потом снижается на ту же величину, преодолевая обратное трансмембранное сопротивление в отмываемом аппарате, и только затем ослабленный поток взаимодействует с отложениями загрязнений на рабочей поверхности мембран и входах в их поры.
Известно устройство для ультрафильтрации (пат. РФ №2228788, кл. B01D 61/14, 61/18), содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной жидкости с вибрирующим устройством, линии отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран фильтрующих элементов, выполненное в виде гидропневматического аккумулятора, присоединенного к линии отвода фильтрата трубопроводом с обратным клапаном, и вибрационного прерывателя, соединенного с гидропневматическим аккумулятором входной линией и выходной - с линией отвода фильтрата между мембранным аппаратом и трубопроводом гидропневматического аккумулятора. При снижении производительности мембран в результате накопления отложений осуществляется обратноточная промывка. Линию отвода фильтрата перекрывают, давление фильтрата возрастает, воздух в гидропневмоаккумуляторе сжимается фильтратом. После остановки рабочего насоса сжатый воздух через прерыватель воздействует на фильтрат, оставшийся в линии и фильтратотводящей зоне мембранного аппарата, и выталкивает его небольшими порциями в обратном рабочему направлении.
Недостатками устройства являются весьма ограниченное количество остаточного фильтрата и толкающего его сжатого воздуха, а также снижение давления сжатого воздуха при его расширении по мере выталкивания фильтрата и соответственно падение напора фильтрата к концу отмывки. В результате не обеспечиваются длительность и эффективность промывки, достаточные для удаления отложений, обладающих сколько-нибудь существенной адгезией к мембранам.
Известен принятый в качестве прототипа способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления (пат. РФ №2112747, кл. С02F 1/44, 9/00, В01D 61/22). 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. Установка снабжена накопительной емкостью фильтрата, промывочным насосом, соединенным всасывающим патрубком с накопительной емкостью фильтрата, а напорным патрубком - с линией отвода фильтрата. 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, 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.
Устройство по патенту РФ №2112747 позволяет организовать более длительный и интенсивный обратный поток фильтрата при регенерации мембранных аппаратов, чем устройства по патентам РФ №2155165 и №2228788. Однако для эффективной отмывки мембран от загрязнений, обладающих адгезией как к материалу мембран, так и между частицами отложений на поверхности мембран, недостаточно только обратного потока фильтрата, требуется также интенсивное воздействие потока вдоль мембран, смывающего и уносящего загрязнение из мембранных аппаратов по линии отвода концентрата. Для полной регенерации мембран и восстановления их производительности в этом случае недостаточно чисто гидравлического воздействия.
Изобретение направлено на повышение эффективности регенерации мембранных аппаратов при значительном снижении объема очищаемой воды, увеличение межрегенерационного периода, упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что установка мембранной очистки воды, содержащая насос подачи исходной воды, батарею мембранных аппаратов, линию отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран и запорный клапан, линию отвода фильтрата, соединенную через запорный клапан с баком сбора фильтрата, насос подачи фильтрата, нагнетательный трубопровод которого соединен через запорный клапан с линией отвода фильтрата, согласно изобретению оснащена герметичным сосудом, нижняя часть которого через всасывающий и нагнетательный трубопроводы с запорными клапанами сообщается со всасывающей и нагнетающей линиями насоса подачи исходной воды, верхняя часть герметичного сосуда снабжена воздухозаборным патрубком с обратным клапаном и через воздухопровод с запорным клапаном сообщается с патрубками подвода исходной воды мембранных аппаратов, а на нагнетающей линии насоса подачи исходной воды между ее соединением с нагнетательным трубопроводом герметичного сосуда и батареей мембранных аппаратов установлен дроссель.
На чертеже представлена принципиальная схема установки мембранной очистки воды.
Установка содержит емкость исходной воды 1, насос подачи исходной воды 2, батарею мембранных аппаратов 3 (в данном случае - половолоконных ультрафильтров), имеющую линию 4 отвода концентрата, на которой параллельно установлены регулирующий кран 5 и нормально закрытый запорный клапан 6, линию 7 отвода фильтрата, соединенную через нормально открытый запорный клапан 8 с баком фильтрата 9, насос подачи фильтрата 10 через нормально закрытый клапан 11 соединен с линией 7 отвода фильтрата, а через нормально открытый клапан 12 соединен с линией подачи фильтрата потребителям, герметичный сосуд 13, нижняя часть которого через трубопроводы всасывающий 14 и нагнетательный 15 с нормально закрытыми запорными клапанами 16 и 17 соединена соответственно со всасывающей и нагнетающей линиями насоса 2, а верхняя часть сосуда 13 снабжена воздухозаборным патрубком 18 с обратным клапаном 19 и через воздухопровод 20 с нормально закрытым клапаном 21 сообщается с патрубком подвода исходной воды мембранных аппаратов 3. На нагнетающей линии насоса 2 между ее соединением с нагнетательным трубопроводом 15 и батареей мембранных аппаратов 3 установлен дроссель 22.
Исходную воду из емкости 1 насосом 2 подают в батарею мембранных аппаратов 3. Концентрат сбрасывают через линию 4 отвода концентрата с регулирующим клапаном 5, обеспечивающим поддержание необходимого давления в мембранных аппаратах. Фильтрат по линии 7 отвода фильтрата поступает в бак фильтрата 9, откуда насосом 10 подается потребителям. После того, как производительность установки в результате отложения загрязнений на мембранах снизится до заранее заданного значения, проводят регенерацию мембранных аппаратов. При переходе в режим регенерации и на протяжении регенерации насос подачи исходной воды 2 остается включенным. Открывают клапан 16, при этом оставшаяся после предыдущей регенерации вода отсасывается из сосуда 13 насосом 2 и сосуд 13 через обратный клапан 19 заполняется атмосферным воздухом. По сигналу датчика нижнего уровня «Н.У» в сосуде 13 клапан 16 закрывают, а клапан 17 открывают. Нагнетаемая насосом 2 по трубопроводу 15 вода сжимает порцию воздуха, заключенного в сосуде 13, до давления, развиваемого насосом 2, подпираемого дросселем 22. Затем проводят собственно регенерацию мембранных аппаратов в следующей последовательности. Закрывают клапан 8, отвод фильтрата прекращается, транзитный поток воды вдоль мембран увеличивается. Открывают клапан 6, сопротивление линии отвода концентрата резко снижается, транзитный поток воды существенно возрастает, смывая и вынося отложения загрязнений из мембранных аппаратов. Открывают кран 21, сжатый воздух из сосуда 13 подается во входные патрубки мембранных аппаратов 3, образуя в них водовоздушную смесь, еще более ускоряя и турбулизируя транзитный поток. Отрыв отложений от поверхности мембран и их вынос из мембранных аппаратов существенно усиливается благодаря воздействию высокоразвитой поверхности раздела фаз водовоздушной смеси, обусловленному силами поверхностного натяжения, гидрофильностью-гидрофобностью и другими физическими факторами. Во время вытеснения воздуха из сосуда 13 кран 17 остается открытым. Вода, нагнетаемая насосом 2, поддерживает постоянное давление и подачу сжатого воздуха в мембранные аппараты 3. По достижении водой верхнего уровня в сосуде 13 по сигналу датчика «В.У» клапаны 17 и 21 закрывают. Образование водовоздушной смеси в мембранных аппаратах прекращается. Затем закрывают клапан 12, открывают клапан 11 и насос подачи фильтрата 10 нагнетает в мембранные аппараты обратный трансмембранный поток, вымывающий загрязнения из фильтрующих пор мембран и способствующий отрыву остатков загрязнений на поверхности мембран, которые уносятся транзитным потоком. По окончании регенерации клапаны 8 и 12 открывают, клапан 6 и 11 закрывают и установка вводится в режим работы следующего фильтроцикла.
Использование водовоздушной смеси обеспечивает высокоэффективную регенерацию мембранных аппаратов, поддерживая высокую производительность установки и длительный межрегенерационный период. При этом в заявляемой установке для подачи сжатого воздуха не требуется применение компрессора, усложняющего конструкцию установки и ее обслуживание.