МЕМБРАННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к установкам для проведения процессов мембранного разделения и может быть использовано для обработки природных и сточных вод, концентрирования растворов, получения обессоленной воды в химической, пищевой и других областях промышленности.

Известна мембранная установка, содержащая последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос, мембранный фильтр, сборник пермеата, дроссель и вентили. Промежуточная емкость снабжена загрузочной горловиной и разделена перфорированной перегородкой на входную и выходную камеры. Входная камера соединена с линией осветленной воды песчаного фильтра нагнетательным патрубком насоса и загрузочной горловиной. Выходная камера соединена через всасывающий патрубок насоса и мембранный аппарат с линией концентрата, сборником пермеата и входной камерой промежуточной емкости (патент РФ 2046003, опубл. 20.10.95, бюл. 29).

Недостатками этой установки являются отсутствие предварительной тонкой фильтрации воды, отсутствие устройства для непрерывного дозирования реагентов и ограниченный период непрерывной работы установки. Отсутствие предварительной тонкой фильтрации воды и отсутствие устройства для непрерывного дозирования реагентов может привести к образованию осадка на поверхностях мембран и, как следствие, к уменьшению производительности установки. Эксплуатация песчаного фильтра требует проведения периодических промывок. Промывки производят осветленной водой. Во время промывок песчаного фильтра проведение мембранного разделения на установке невозможно.

Известна также мембранная установка, содержащая последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос высокого давления, мембранный фильтр, сборник пермеата, дроссель и вентили, в которой промежуточные емкости, снабженные микрофильтрами, соединены через вентили с коллектором концентрата, а каждый мембранный фильтр соединен через соответствующие вентили со сборником пермеата, дросселем и коллектором концентрата, кроме того, емкость химических реагентов соединена с насосом подачи исходной воды через насос-дозатор (патент РФ 2139755, опубл. 20.10.99, бюл. 29). Достоинством этой установки является длительное непрерывное функционирование, а также автоматизация промывки элементов установки. К недостаткам мембранной установки следует отнести неэффективное использование ресурсов микрофильтров из-за их одновременной замены в случае загрязнения и сложность системы промывки, что при автоматизации данного процесса ведет к существенному росту цены установки. Замена микрофильтров осуществляется на выключенной установке. Во время замены микрофильтров проведение мембранного разделения в установке невозможно.

Цель изобретения - увеличение ресурса установки, повышение эффективности ее использования за счет снижения затрат на регламентное обслуживание, снижение себестоимости установки.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранной установке, содержащей сборник исходной воды, параллельно соединенные песчаные фильтры, промежуточные емкости с микрофильтрами, насос высокого давления, мембранные фильтры, сборник пермеата и вентили, параллельно соединенные песчаные фильтры соединены с параллельно соединенными промежуточными емкостями с микрофильтрами, причем на входе и выходе каждой емкости установлены вентили, кроме того, между насосом высокого давления и параллельно соединенными промежуточными емкостями дополнительно установлены вентиль и емкость осветленной воды, также дополнительно введен коллектор, связывающий через вентили выходы концентрата мембранных фильтров с песчаными фильтрами.

Наличие емкости осветленной воды позволяет проводить поочередную промывку песчаных фильтров без выключения установки. Причем промывка каждого песчаного фильтра осуществляется осветленной водой от остальных песчаных фильтров. Для осуществления промывки каждого песчаного фильтра требуется изменение настроек всего лишь двух вентилей.

Соединение песчаных фильтров с параллельно соединенными промежуточными емкостями и установка вентилей до и после промежуточных емкостей с микрофильтрами позволяет производить регулярную замену микрофильтров, что увеличивает эффективность использования их ресурса и приводит к увеличению ресурса всей установки. Замена микрофильтров осуществляется без выключения установки.

На чертеже показана гидравлическая схема предлагаемой установки. Мембранная установка содержит песчаные фильтры 1-3, соединенные через коллекторы и вентили 4-6 с промежуточными емкостями 7-9, которые снабжены микрофильтрами. Песчаные фильтры оснащены промывными вентилями 10-12. Промежуточные емкости через вентили 13-15, 16 и коллектор соединены с емкостью осветленной воды 17. Насосом высокого давления 18 осветленную воду подают в мембранные фильтры 19-21. Штуцеры отвода пермеата мембранных фильтров через коллектор соединены со сборником пермеата 22. Штуцеры отвода концентрата мембранных фильтров соединены через коллектор и вентиль концентрата 23 с магистралью отвода концентрата.

Исходная вода подается в сборник исходной воды 24, и далее, насосом подачи 25 через вентили 26-28 подается в песчаные фильтры. Непрерывное дозирование химических реагентов осуществляется насосом-дозатором 29 из емкости химических реагентов 30.

Количество песчаных фильтров и промежуточных емкостей определяется их конструкцией и требуемыми расходами обессоленной и промывной воды Все вентили, кроме 4-6, 13-15 могут быть выполнены с электроприводом и автоматическим управлением.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Исходную воду из сборника 24 отбирают насосом 25 и подают через вентили 26-28 в напорные песчаные фильтры 1-3, в которых вода освобождается от взвешенных частиц и осветляется. После песчаных фильтров осветленная вода через вентили 4-6 поступает в промежуточные емкости 7-9, где проходит через микрофильтры, предотвращающие прохождение частиц загрузки песчаных фильтров и частиц исходной воды размером более 5 мкм. Заданный расход очищенной воды в установке поддерживается регулировкой вентиля 16.

Поток осветленной воды через вентили 13-15, 16 поступает в емкость осветленной воды 17. Насос 18 осветленную воду из емкости 17 нагнетает в мембранные фильтры 19-21. Прошедшая через мембраны очищенная и обессоленная вода - пермеат поступает в сборник пермеата 22. Из сборника 22 пермеат отбирают для потребления. Не прошедшую через мембрану воду - концентрат через вентиль концентрата 23 отводят из установки. Заданный расход концентрата в установке поддерживается регулировкой вентиля 23. Для предотвращения отложения на поверхности мембран плохо растворимых соединений в поток исходной воды насосом-дозатором 29 постоянно дозируются из емкости 30 химические реагенты.

Загрузку песчаных фильтров промывают "на ходу". Промывку фильтров производят поочередно, при этом осветленная вода после песчаных фильтров используется в качестве промывной. Для промывки фильтра 1 открывается вентиль 10 и закрывается вентиль 26, для промывки фильтра 2 открывается вентиль 11 и закрывается вентиль 27, для промывки фильтра 3 открывается вентиль 12 и закрывается вентиль 28.

Замена микрофильтров промежуточных емкостей производится поочередно через одинаковые интервалы времени, что значительно эффективнее одновременной замены микрофильтров во всех промежуточных емкостях. Происходит это вследствие того, что в установке с одновременной заменой микрофильтров во время работы расход через каждый микрофильтр постоянен, растет лишь перепад давления на микрофильтре из-за накопления загрязнений. Замена микрофильтров осуществляется при достижении некоторого предельного перепада давления, который обусловлен эксплуатационными характеристиками элементов установки и микрофильтров. В установке с поочередной заменой микрофильтров перепад давления на каждом микрофильтре постоянен, расход переменный, а общий расход перераспределяется между "новыми" и "старыми" микрофильтрами и остается постоянным. Перепад давления на микрофильтрах определяется интервалом времени между заменами. Ограничения по перепаду давления на использование микрофильтров, как при одновременной замене, нет, они фильтруют более длительный период времени, пропускают большее количество осветленной воды и, следовательно, ресурс микрофильтров используется более эффективно.

Для замены микрофильтров в промежуточной емкости 7 необходимо закрыть вентили 4 и 13 и отсоединить емкость от установки, для замены микрофильтров в промежуточной емкости 8 необходимо закрыть вентили 5 и 14 и отсоединить емкость от установки, для замены микрофильтров в промежуточной емкости 9 необходимо закрыть вентили 6 и 15 и отсоединить емкость от установки.

Пример. Установка по приведенному выше описанию, в которой использовано шесть песчаных фильтров диаметром 0,6 м и высотой 2 м, две промежуточные емкости диаметром 0,6 м и высотой 1,5 м, снабженные 62 микрофильтрами типа 7-1, два параллельно соединенных мембранных фильтра, содержащих шесть последовательно соединенных мембранных элементов типа 30-400, имеет производительность по обессоленной воде 12 м³ в час при энергопотреблении 27 кВт.