способ получения питьевой воды

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ путем фильтрации водопроводной воды в аппарате мембранного разделения с отводом концентрата и очищенной воды, отличающийся тем, что часть или весь поток концентрата рециркулируют в аппарат мембранного разделения с помощью струйного насоса, при этом концентрат направляют в патрубок для ввода пассивного потока, а водопроводную воду подают в патрубок для ввода активного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество рециркулируемого в мембранный аппарат концентрата составляет 50 100 мас. от всего количества концентрата, отводимого из аппарата, а отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды составляет 0,8 2,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения питьевой воды методом мембранного разделения, преимущественно ультрафильтрацией, и может быть использовано при очистке водопроводной воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Известен способ получения питьевой воды путем фильтрации водопроводной воды в аппарате мембранного разделения с отводом концентрата и очищенной воды. При этом эффективность способа существенно зависит от соотношения отводимых потоков концентрата и очищенной воды, т.е. степени использования исходной воды. Обычно степень использования воды составляет 15-20% (если мембранный аппарат оснащен ультрафильтрационной мембраной).

Целью предлагаемого способа является повышение степени использования водопроводной воды.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения питьевой воды путем фильтрации водопроводной воды в аппарате мембранного разделения с отводом концентрата и очищенной воды, согласно изобретению, часть или весь поток концентрата рециркулируют в аппарат мембранного разделения с помощью струйного насоса, направляя рециркулируемый концентрат в патрубок насоса для ввода пассивного потока, а водопроводную воду в патрубок для ввода активного потока, при этом количество рециркулируемого в мембранный аппарат концентрата составляет 50-100 мас. от всего количества концентрата, отводимого из аппарата, а отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды составляет 0,8-2,5.

В мембранных аппаратах, применяемых в качестве бытовых опреснительных приборов, обычно используют ультрафильтрационные мембраны (или нанофильтрационные мембраны, работающие при достаточно низких давлениях), для эффективной работы которых достаточно создания над мембраной избыточного давления 1-2 кг/см² (для нанофильтрационных мембран необходимо 3-4 кг/см²). При нормальной работе системы водоснабжения водопроводная вода подается потребителю под давлением 3-6 кг/см², что обеспечивает необходимый избыток энергии потока водопроводной воды для работы струйного насоса и рециркуляции части или всего потока концентрата, получаемого после мембранного разделения.

Основными параметрами работы системы струйный насос мембранный аппарат являются: отношение потоков концентрата, рециркулируемого в аппарат мембранного разделения и отводимого из аппарата, и отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды.

Отношение рециркулируемого и отводимого из аппарата потоков концентрата непосредственно определяет степень использования водопроводной воды. Уменьшение этого отношения снижает степень использования воды и, кроме того, приводит к уменьшению общего количества воды, подаваемой в мембранный аппарат, т.е. к уменьшению скорости потока над мембраной. При небольшой заданной производительности по пермеату эта скорость может оказаться недостаточной для эффективного удаления загрязнений с поверхности мембраны и снижения концентрационной поляризации.

Увеличение отношения указанных потоков концентрата ведет к увеличению степени использования воды, но приводит также к задержке отделяемых компонентов водопроводной воды (микроорганизмов, взвешенных и коллоидных частиц, солей жесткости) в объеме мембранного аппарата и циркуляционного контура, что создает опасность быстрой забивки пор мембраны. При полном возврате потока концентрата, отводимого из мембранного аппарата снова на мембранное разделение, отделяемые загрязнения совсем не выделяются из объема мембранного аппарата (и циркуляционного контура в целом), но работа мембраны не переходит в работу в тупиковом режиме, а, благодаря использованию струйного насоса, поддерживается определенная скорость циркуляции всего потока концентрата и, соответственно, скорость потока над мембраной, чтобы исключить необратимое забивание пор мембраны, характерное для ее работы в тупиковом режиме.

Экспериментально определено, что количество концентрата, рециркулируемого в аппарат мембранного разделения, не должно быть ниже 50 мас. от всего количества концентрата, отводимого из аппарата, и может длительное время составлять 100 мас. что не вызывает необратимого забивания пор мембраны.

Отношение потока рециркулируемого концентрата к потоку водопроводной воды определяет интенсивность циркуляции потока концентрата и тем самым скорость потока воды над мембраной.

При уменьшении этого отношения скорость потока над мембраной снижается и при небольшой заданной производительности по очищенной воде эта скорость может оказаться недостаточной для эффективного снижения концентрационной поляризации и предотвращения загрязнения мембраны. В сочетании с высокой долей рециркулируемого в мембранный аппарат концентрата накопление загрязнений на поверхности мембраны может быть слишком быстрым, что потребует сокращения времени работы между промывками и/или химическими мойками мембранного аппарата.

Увеличение указанного соотношения благоприятно сказывается на работе мембранного аппарата, особенно при небольшой заданной производительности по очищенной воде, но связано с ростом гидравлического сопротивления мембранного аппарата, приводит к переполнению смесительной камеры струйного насоса и к прекращению его работы.

Экспериментально установлено, что отношение потоков рециркулируемого концентрата и исходной воды следует выбирать в пределах 0,8-2,5.

На приведенном чертеже показана схема получения питьевой воды в аппарате мембранного разделения.

Она содержит струйный насос 1, аппарат для мембранного разделения 2, регулирующий клапан 3, трубопроводы для подвода водопроводной воды, отвода концентрата и очищенной воды, рециркуляции части или всего потока концентрата. Водопроводную воду подают в патрубок 4 струйного насоса 1 для активного потока, а рециркулируемый концентрат направляют в патрубок 5 для ввода пассивного потока. Оба потока под созданным насосом давлением проходят по рабочим каналам аппарата мембранного разделения 2, где разделяются на очищенную воду и концентрат, частично или полностью рециркулируемый с помощью струйного насоса 1 в аппарат мембранного разделения 2. Оставшуюся часть выводят из системы через регулирующий клапан 3.

П р и м е р. Водопроводную воду с давлением 3,78 ата и расходом 33,3 л/ч подают в сопло диаметром 0,8 мм патрубка для ввода активного потока струйного насоса 1. Струя водопроводной воды увлекает в смесительную камеру диаметром 2,1 мм того же струйного насоса 1 пассивный поток рециркулируемого концентрата, создавая давление на выходе из смесительной камеры 2,3 ата при общем расходе 87,7 л/ч. Поток подают в аппарат мембранного разделения 2 с рабочей площадью мембраны 0,5 м², где она разделяется на поток очищенной воды, отводимый из аппарата самотеком с расходом 20 л/ч, и поток концентрата, выходящий из аппарата с расходом 67 л/ч. 80 мас. концентрата возвращают в патрубок для ввода пассивного потока. Количество концентрата, выводимого из системы, устанавливают клапаном 3. Степень очистки водопроводной воды от взвешенных и коллоидных частиц составила 100% от микроорганизмов 100% и солей жесткости 30% Степень использования воды составила 60%

Использование предлагаемого способа позволяет значительно увеличить степень использования водопроводной воды и довести ее до 100% без ухудшения качества получаемой воды.