RU2817786C1 - Способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса - Google Patents
Способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817786C1 RU2817786C1 RU2022133836A RU2022133836A RU2817786C1 RU 2817786 C1 RU2817786 C1 RU 2817786C1 RU 2022133836 A RU2022133836 A RU 2022133836A RU 2022133836 A RU2022133836 A RU 2022133836A RU 2817786 C1 RU2817786 C1 RU 2817786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- concentrate
- reverse osmosis
- stages
- membrane
- Prior art date
Links
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Chemical class 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к мембранным установкам обратного осмоса и может быть использовано при очистке фильтратов полигонов ТБО, в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и других отраслях промышленности, особенно для технологических процессов, где требуется высокая степень концентрирования и дальнейшая обработка концентрата. Способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса включает насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату стадии обратного осмоса, обеспечивающие на всех стадиях постоянную скорость потока над мембранами, и дроссель на выходе концентрата, создающий необходимое давление, и характеризуется тем, что на третьей стадии обеспечивают измерение перепада давления, а часть концентрата после второй стадии, составляющую 0,1-0,5 от входного потока третьей стадии, через автоматически регулирующий клапан возвращают на всасывающую линию насоса. Техническим результатом изобретения является снижение эксплуатационных затрат за счет увеличения интервала между химическими мойками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к мембранным установкам обратного осмоса и может быть использовано при очистке фильтратов полигонов ТБО, в теплоэнергетике, черной металлургии, химической и других отраслях промышленности, особенно для технологических процессов, где требуется высокая степень концентрирования и дальнейшая обработка концентрата.
Известен способ обработки обратным осмосом высокоминерализованных вод, включающий насос высокого давления, две последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса (на первой ступени - два мембранных аппарата, на второй - один аппарат) и регулирующий вентиль на выходе со второй ступени [1]. Данный способ является наиболее распространенным в технологии опреснения обратным осмосом, т.к. обеспечивает качественную химическую мойку мембранных элементов, одинаковую скорость потока над мембранами и минимальную себестоимость обессоленной воды.
В данном способе есть недостаток: невозможность получения концентрата с максимальным содержанием солей. При данной конфигурации гидравлической схемы степень отбора пермеата может составлять не более 70% (степень концентрирования - не более 3,3 раза) при соблюдении минимально допустимой скорости потока над мембранами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому является способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, включающий насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса и дроссель на выходе концентрата из установки, создающий необходимое рабочее давление [2]. При такой конфигурации распределения мембранных аппаратов в установке поддерживается практически одинаковая скорость потока над мембранами на всех ступенях, т.е. по всей длине гидравлической схемы. Увеличение в гидравлической схеме числа ступеней дает возможность получения на выходе концентрата с более высоким содержанием солей, что позволяет сократить его количество и затраты на его утилизацию. У данного способа имеется ряд недостатков:
1. Неоптимально осуществляется режим химической мойки мембранных элементов из-за низкой скорости моющего раствора на первой и второй стадиях. Это обусловлено отсутствием в гидравлической схеме линии рециркуляции концентрата после второй ступени и большим соотношением количества мембранных аппаратов по ступеням 5:3:1.
2. В процессе продолжительной работы мембранной установки возникает эффект «самозатухания» производительности мембран. Первоначально на третьей ступени ввиду наибольшего содержания солей в питающей воде наблюдается постепенное снижение производительности по пермеату и рост перепада давления. Из-за этого ухудшается гидродинамика на первой и второй ступенях, что приводит к повышенному осадкообразованию в напорных каналах и снижению расхода пермеата в данных ступенях. В совокупности негативные факторы на всех ступенях приводят к еще более резкому забиванию мембранных элементов и снижению производительности по пермеату в целом всей мембранной установки.
3. В процессе длительной работы мембранной установки довольно часто перепад давления на третьей ступени превышает максимально допустимый, что приводит к «телескопингу», т.е. сдвигу пакетов мембран относительно друг друга, и последующему выходу из строя мембранных элементов.
Целью изобретения является уменьшение себестоимости получения высококонцентрированных растворов солей за счет снижения эксплуатационных затрат.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, включающий насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату ступени обратного осмоса, обеспечивающие на всех ступенях постоянную скорость потока над мембранами, и дроссель на выходе концентрата, создающий необходимое давление, отличающийся тем, что на третьей ступени обеспечивают измерение перепада давления, а часть концентрата после второй ступени через автоматически регулирующий клапан возвращают на всасывающую линию насоса.
Многоступенчатые схемы установок обратного осмоса характеризуются постепенным повышением содержания солей и минеральных соединений по всей длине гидравлической схемы. На первой ступени содержание солей в питающей воде перед мембранными элементами минимальное, на последней (третьей) ступени - максимальное.
Обратноосмотический мембранный элемент рулонного типа (чертеж представлен на фиг. 1) состоит из перфорированной пермеатной трубки, на которую спирально наматываются пакеты мембран. Каждый пакет имеет по периметру клеевой шов, состоит из двух мембран и расположенного между ними дренажного материала. Между собой пакеты разделяются сеткой-турбулизатором, которая является напорным каналом прохождения исходной воды. Исходная вода под давлением поступает в торец элемента, проходит над поверхностью мембраны и разделяется на два потока: пермеат (фильтрат) и концентрат, насыщенный солями. Пермеат по дренажному материалу поступает в пермеатную трубку.
В процессе концентрирования обратным осмосом удерживаемые мембраной растворенные компоненты накапливаются в пограничном слое у поверхности мембраны, что приводит к возникновению концентрационной поляризации и выпадению малорастворимых солей (СаСО3, CaSO4, CaF2, BaSO4 и т.д.). Как правило, малорастворимые соли интенсивно выпадают в напорных каналах движения воды, т.е. между поверхностью мембраны и ячейками сетки-турбулизатора. Тем самым, осадкообразование уменьшает высоту напорных каналов, затрудняет проход движения воды над мембранами, приводит к росту перепада давления и снижению производительности по пермеату.
В промышленных мембранных установках в одном мембранном аппарате (корпусе), как правило, размещается от одного до семи мембранных элементов. Производители обратноосмотических мембранных элементов допускают максимальный перепад давления (Рдоп) на одном элементе не более 0,1 МПа. Таким образом, общий перепад давления (Робщ) на одной ступени не должен превышать:
Робщ=N*Рдоп
В связи со снижением расхода пермеата на третьей ступени предлагается часть потока концентрата после второй ступени возвращать на вход первой ступени по линии рециркуляции, чтобы предотвратить в дальнейшем снижение расхода пермеата на первой и второй ступенях и, тем самым, обеспечить нормальный режим работы мембранной установки в целом. Причем расход отводимого по линии рециркуляции концентрата после второй ступени желательно регулировать автоматически в зависимости от значения перепада давления на третьей ступени.
При уменьшении расхода рециркуляции концентрата происходит снижение скорости потока над мембранами на первой и второй ступенях, что приводит к ухудшению гидродинамических условий на всех трех стадиях, снижению общего расхода пермеата и необходимости проведения внеплановой химической мойки.
Экспериментально установлено, что минимально допустимый расход рециркуляции концентрата после второй ступени составляет 0,1 от входного потока третьей ступени.
При увеличении расхода рециркуляции концентрата можно достигать более оптимальных показателей работы первой и второй ступеней, но при этом может существенно снизиться расход пермеата на третьей ступени из-за резкого уменьшения входного потока и потребуется проводить сложную химическую мойку всей установки, чтобы отмыть третью ступень от осадков малорастворимых солей.
Экспериментально установлено, что максимально допустимый расход рециркуляции концентрата после второй ступени составляет 0,5 от входного потока третьей ступени.
Кроме того, достижение допустимого потока подачи на третью ступень и при этом одновременное увеличение расхода рециркуляции концентрата после второй ступени требует увеличение производительности и мощности подающего насоса, что приведет к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.
На фиг. 2 представлены схемы, отражающие известный и предлагаемый способы получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, где:
1 - насос высокого давления;
2 - дроссель на выходе концентрата;
3 - автоматический регулирующий клапан;
4 - прибор для измерения расхода в линии рециркуляции.
Результаты опытов в технологии получения высококонцентрированных солевых растворов по известному и предлагаемому способам представлены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса позволяет сократить эксплуатационные затраты на химическую мойку мембранных элементов в два раза.
Список литературы
1. Фрог Б.Н., Первов А.Г. Водоподготовка. Учеб. для вузов: - М.: Издательство АСВ, 2015, с. 445-454.
2. Мулдер М. Введение в мембранную технологию: Пер. с англ. - М.: Мир, 1999, с. 441-444. - прототип.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
1 - поток исходной воды
2 - выход пермеата
3 - выход концентрата
4 - поток на рецикле
5 - антителескопический диск
6 - перфорированная труба
7 - сетка-турбулизатор
8 - мембрана
9 - дренаж
10 - поток пермеата
11 - зона осадкообразования
Claims (2)
1. Способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса, включающий насос высокого давления, три последовательно расположенные по концентрату стадии обратного осмоса, обеспечивающие на всех стадиях постоянную скорость потока над мембранами, и дроссель на выходе концентрата, создающий необходимое давление, отличающийся тем, что на третьей стадии обеспечивают измерение перепада давления, а часть концентрата после второй стадии, составляющую 0,1-0,5 от входного потока третьей стадии, через автоматически регулирующий клапан возвращают на всасывающую линию насоса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепад давления на третьей стадии составляет не более N*Рдоп, где N - количество мембранных элементов в стадии, Рдоп - допустимый перепад давления на одном мембранном элементе, составляющий не более 0,1 МПа.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817786C1 true RU2817786C1 (ru) | 2024-04-22 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1530331A (zh) * | 2003-03-13 | 2004-09-22 | 米利波尔公司 | 水净化系统和方法以及用于该系统的切向过滤装置 |
| WO2007138167A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Danisco A/S | Separation process |
| RU2460576C2 (ru) * | 2007-09-12 | 2012-09-10 | ДАНИСКО ЮЭс ИНК. | Фильтрация с контролем внутреннего засорения |
| CN107108296A (zh) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 默克专利股份公司 | 水净化系统和方法 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1530331A (zh) * | 2003-03-13 | 2004-09-22 | 米利波尔公司 | 水净化系统和方法以及用于该系统的切向过滤装置 |
| WO2007138167A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Danisco A/S | Separation process |
| RU2460576C2 (ru) * | 2007-09-12 | 2012-09-10 | ДАНИСКО ЮЭс ИНК. | Фильтрация с контролем внутреннего засорения |
| CN107108296A (zh) * | 2014-11-11 | 2017-08-29 | 默克专利股份公司 | 水净化系统和方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Мулдер М. Введение в мембранную технологию 1999, с. 441-444. * |
| Свитцов А.А. Введение в мембранную технологию 2007, 207 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5320755A (en) | Method and apparatus for purifying water | |
| RU2718079C1 (ru) | Устройство и способ обработки воды посредством обратного осмоса или нанофильтрации | |
| US20240375976A1 (en) | Single-stage water treatment system | |
| CN101754934A (zh) | 控制膜过滤器结垢的方法 | |
| JP2021041374A (ja) | 濃縮システム | |
| CN1225306C (zh) | 净化水的方法和设备 | |
| US5401395A (en) | Valve arrangement for a pressurized water purifier | |
| RU2817786C1 (ru) | Способ получения высококонцентрированных солевых растворов методом обратного осмоса | |
| JP6033118B2 (ja) | 逆浸透膜装置 | |
| EP2723477A1 (en) | High efficiency membrane filtration | |
| JP2009285522A (ja) | 逆浸透膜装置 | |
| JP3327371B2 (ja) | 膜式液濃縮装置 | |
| CN104736226B (zh) | 使用压力驱动膜实现高回收率脱盐 | |
| JP2019126767A (ja) | 樹脂成分を含む汚染水用のろ過処理装置並びにその運転方法 | |
| JP7516167B2 (ja) | 濃縮方法、濃縮装置、水処理方法、および水処理装置 | |
| CN111530293B (zh) | 一种连续过流式膜过滤装置及方法 | |
| KR101806348B1 (ko) | 평막을 이용한 수처리장치 | |
| JP2010201335A (ja) | 水処理システム及び水処理方法 | |
| RU2484880C2 (ru) | Способ и система для уменьшения числа частиц | |
| JP3375070B2 (ja) | 膜処理装置および造水方法 | |
| CN114314752A (zh) | 一种闭式循环反渗透系统及工艺 | |
| CN204490569U (zh) | 反渗透净水设备 | |
| WO2004110598A2 (de) | Pumpe mit zusätzlicher fluideinspeisung | |
| CN212609694U (zh) | 纯水机及其控制系统 | |
| RU2790128C1 (ru) | Обратноосмотическая установка |