Спосіб опріснення води і установка для його здійснення

1 Способ опреснения воды, который включает подачу воды, подлежащей опреснению, в фильтрующий элемент, состоящий из образующих солевые каналы мембран обратного осмоса, отличающийся тем, что в подаваемой воде создают перепад давления, одновременно генерируют в потоке воды турбулентность и подают в солевые каналы фильтрующего элемента турбулизированную воду при пониженном давлении 2 Способ опреснения по п 1, отличающийся тем, что воду, подлежащую опреснению, разделяют на множество турбулизированных конически расширяющихся водяных струй и каждую турбулизированную водяную струю направляют с ударом в фильтрующий элемент 3 Способ опреснения по п 1 или 2, отличающийся тем, что предварительно создают дополнительный источник воды, в основном свободной от растворенных твердых частичек, пропуская морскую воду через мембрану обратного осмоса, затем смешивают эту воду с морской водой и направляют разбавленную таким образом морскую воду в указанный фильтрующий элемент 4 Способ по любому из пп 1-3, отличающийся тем, что в опресненную воду добавляют рассол и изменяют таким образом минеральный состав получаемой воды 5 Способ по любому из пп 1-4, отличающийся тем, что воду подают с начальным давлением от 50 до 65 бар, а перепад давления создают в пределах от 1,5 до 2,0 бар 6 Установка для опреснения воды методом обратного осмоса, содержащая помещенный в цилиндрический корпус фильтрующий элемент, состоящий из мембран обратного осмоса, образующих солевые каналы фильтрующего элемента, и насос для подачи в фильтрующий элемент воды, подлежащей опреснению, отличающаяся тем, что между насосом и фильтрующим элементом в цилиндрическом корпусе помещено препятствие, предназначенное для создания перепада давления и генерирования турбулентности в потоке воды таким образом, чтобы давление воды за препятствием на входе в солевые каналы фильтрующего элемента было меньше, чем давление воды перед препятствием, и чтобы поток воды за препятствием был более турбулизированным, чем до препятствия 7 Установка по п 6, отличающаяся тем, что препятствие выполнено в виде плиты с множеством отверстий, предназначенных для разделения подаваемой воды на множество турбулизированных водяных струй, в каждой из которых давление воды ниже, чем давление воды перед плитой 8 Установка по п 7, отличающаяся тем, что отверстия снабжены дроссельными клапанами, предназначенными для изменения проходных сечений отверстий 9 Установка по п 7 или 8, отличающаяся тем, что вход для воды, подлежащей опреснению, выполнен в первом конце цилиндрического корпуса, входы в солевые каналы выполнены в первом конце фильтрующего элемента, а плита выполнена в виде диска, расположенного в цилиндрическом корпусе между первым концом корпуса и первым концом фильтрующего элемента 10 Установка по п 9, отличающаяся тем, что насос для подачи воды, подлежащей опреснению, и двигатель для привода последнего помещены внутри цилиндрического корпуса между первым концом корпуса и диском О ю о> ю ю 57595 11 Установка по п 9, отличающаяся тем, что между насосом и диском установлен фильтр грубой очистки 12 Установка по п 11, отличающаяся тем, что фильтр грубой очистки дополнительно сообщен посредством дополнительного нормально закрытого выхода со стоком, а выход насоса снабжен двумя ответвлениями, причем первое ответвление предназначено для подачи воды, подлежащей опреснению, через фильтр грубой очистки к диску и затем через отверстия в диске к фильтрующему элементу, а второе ответвление направлено в обход фильтра грубой очистки и предназначено для подачи промывочной воды к фильтру грубой очистки в обратном направлении и далее в сток через указанный дополнительный выход, открываемый при промывке фильтра грубой очистки 13 Установка по любому из пп9-12, отличающаяся тем, что она снабжена средствами для обработки опресненной воды ультрафиолетовым светом Изобретение относится к опреснению воды, в частности к удалению твердых частичек из морской воды или солоноватой воды Уровень техники Суждения о глобальном сокращении количества питьевой и ирригационной воды общеизвестны В некоторых регионах мира по причине длительной засухи приходят в запустение целые города Неистощимым источником воды является только море, но опреснение воды в значительных количествах для обеспечения больших населенных пунктов или очень масштабных ирригационных проектов является дорогостоящим Многие опреснительные установки работают на основе метода обратного осмоса В установке такого типа опресняемая вода продавливается через полупроницаемую мембрану, так что растворенные твердые частички удаляются мембраной (S Sounrajan, Reverse Osmosis and Synthetic Membranes National Research Council of Canada, 1977) Другие установки работают по принципу перегонки Большой проблемой указанных методов опреснения является то, что регенерированная вода в случае способа перегонки является чистой дистиллированной водой, а в случае обратного осмоса - в такой же степени чистой, как и дистиллированная вода Фактически все минералы, которые в ней содержались, удалены Вода, не содержащая кальция или магния, является агрессивной по отношению к металлическим трубам и другим металлическим объектам, с которыми она контактирует Кроме того, дистиллированная вода безвкусна и, будучи лишенной необходимых минералов, не может потребляться людьми в течение длительного времени Для того, чтобы превратить воду из «скучной» дистиллированной воды в приятную на вкус питьевую воду, в нее 14 Установка по любому из пп 6-9, отличающаяся тем, что в качестве насоса использован плунжерный насос 15 Установка по любому из пп 6-9, отличающаяся тем, что в качестве насоса использован поршневой насос с ручным приводом 16 Установка по любому из ппб-15, отличающаяся тем, что она снабжена средствами утилизации энергии давления рассола 17 Установка по любому из пп 6-9, отличающаяся тем, что она снабжена вспомогательным насосом со входом всасывания, соединенным с выходом из фильтрующего элемента, предназначенным для отвода опресненной воды, и водяным двигателем для привода вспомогательного насоса, сообщенным с выходом рассола из фильтрующего элемента таким образом, чтобы при работе установки рассол под давлением проходил через водяной двигатель 18 Установка по п 17, отличающаяся тем, что в качестве водяного двигателя использована турбина Пельтона приходится добавлять ряд минералов В обоих указанных способах необходимые минералы, имевшиеся в морской воде, остаются в рассоле, который является побочным продуктом процесса Существенную долю стоимости производства воды установками обоих типов, таким образом, составляют затраты на минералы, которые должны снова добавляться в воду, и на персонал, необходимый для этого В испарительных установках существенную долю себестоимости получения регенерированной воды составляют также энергозатраты, необходимые для перегонки морской воды Мембраны обратного осмоса имеют композитную конструкцию В одном широко распространенном известном варианте мембрана содержит две пленки из сложного полимерного соединения, образующие совместно солевой канал В канале имеется элемент для генерирования турбулентности, который обычно представляет собой сетку из полимерных волокон Несколько таких мембран спирально наматывают на полый сердечник, чтобы образовать фильтрующий элемент, который помещают в цилиндрический корпус Вода, подлежащая опреснению, подается насосом в фильтрующий элемент, и очищается в нем, проходя через указанные пленки Опресненная таким образом вода поступает в полости между соседними мембранами и оттуда в сердечник В стенках сердечника выполнены отверстия, обеспечивающие проход воды в полость сердечника Рассол, т е осадок морской воды и большая часть растворенных твердых частичек, вытекает из множества солевых каналов в сток или в установку для получения соли (Пат США №5108604, публ 28 04 1992) Общеизвестно, что в таком процессе на каждой стороне каждого солевого канала и непосредственно по соседству с каждой пленкой образует 57595 ся слой поляризованного концентрата Эти слои, состоящие из мультимолекулярных сгустков, содержат более высокую концентрацию растворенных соединений, чем основная часть потока в солевом канале между пленками Элемент, генерирующий турбулентность, предназначен для того, чтобы уменьшить толщину слоя поляризованного концентрата и, следовательно, повысить пропускную способность мембраны У типичных для известного вида мембран обратного осмоса коэффициент задержания растворенных соединений может достигать 99,3% Растворенные соединения, проходящие через мембрану, в значительной степени состоят из обычной соли, так как ее молекулы меньше, чем молекулы большинства других минералов Процентная доля в 0,7% представляет 400 - 500 частиц на миллион частиц растворенных соединений в регенерированной воде, в зависимости от начальной солености морской воды, что ниже того порогового значения, при котором растворенные соединения придают вкус воде Загрязнение мембран обратного осмоса является большой проблемой, и мероприятия, направляемые на замедление загрязнения мембран и для их замены, когда загрязнение мембран всетаки наступает, увеличивают стоимость производства воды Загрязнение может быть результатом отложения на мембране минералов или органических соединений Так, например, прежде чем морская вода будет подана на мембраны, она может быть обработана ингибитором, таким как гекзаметафосфат натрия Это замедлит осаждения кальция и магния на мембране в форме карбонатов кальция и магния, но прибавит еще один фактор себестоимости производства Изготовители мембран рекомендуют применять относительно низкий коэффициент расхода (отношение объема воды в литрах, проходящей за один час через один квадратный метр мембраны), чтобы не допустить быстрого загрязнения Обратная промывка мембраны, т е подача воды в обратном направлении через солевые каналы, является стандартной процедурой устранения загрязнения Если мембрана сильно загрязнена, она удаляется из опреснительной установки и подвергается соответствующей обработке с целью устранения загрязнения В случае, если загрязнение устранить не удается, мембрана должна быть выброшена В результате всех этих факторов вода, опресненная установкой обратного осмоса, оказывается значительно дороже воды, получаемой обычной очисткой из речной или озерной воды Поэтому, несмотря на глобальный дефицит воды, лишь малый процент воды в мире производится с применением установок обратного осмоса для опреснения морской воды Цель изобретения Основными целями предлагаемого изобретения являются повышение эффективности способа опреснения воды обратным осмосом, существенное уменьшение стоимости воды, производимой с помощью метода обратного осмоса, замедление загрязнения мембран обратного осмоса и производство воды, содержащей необходимые минера лы, без введения дополнительных добавок Сущность изобретения В соответствии с одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения в установке для опреснения воды методом обратного осмоса, содержащей помещенный в цилиндрический корпус фильтрующий элемент, состоящий из мембран обратного осмоса, образующих солевые каналы фильтрующего элемента, и насос для подачи в фильтрующий элемент воды, подлежащей опреснению, между насосом и фильтрующим элементом в цилиндрическом корпусе установлено препятствие, предназначенное для создания перепада давления и генерирования турбулентности в потоке воды таким образом, чтобы давление воды вниз по течению за препятствием на входе в солевые каналы фильтрующего элемента было меньше, чем давление воды вверх по течению перед препятствием, а поток воды за препятствием был более турбулизированным, чем перед препятствием Препятствие предпочтительно имеет вид плиты с множеством отверстий в ней, посредством чего поток подаваемой воды преграждается и разделяется на множество конически расширяющихся водяных струй, в каждой из которых давление воды меньше, чем давление воды вверх по течению перед плитой Отверстия в плите могут быть различных размеров или все отверстия могут иметь один и тот же размер В предпочтительном варианте плита выполнена в виде круглого диска, а отверстия расположены по спирали от центра диска В другом варианте отверстия в плите расположены по концентрическим окружностям, а еще в одном варианте отверстия расположены вдоль радиальных линий от центра диска В соответствии со следующей целью настоящего изобретения предложен способ опреснения воды, включающий подачу воды, подлежащей опреснению, в фильтрующий элемент, состоящий из образующих солевые каналы мембран обратного осмоса, при котором в подаваемой воде создают перепад давления, одновременно турбулизируют поток подаваемой воды и подают в солевые каналы фильтрующего элемента турбулизированную воду при пониженном давлении В предпочтительном варианте осуществления изобретения подаваемую воду разделяют на множество турбулизированных конически расширяющихся водяных струй при помощи устанавливаемого в цилиндрическом корпусе установки обратного осмоса между насосом и фильтрующим элементом препятствия, которое создает перепад давления и генерирует турбулентность в потоке подаваемой воды, и каждую турбулизированную водяную струю направляют с ударом в фильтрующий элемент Установлено, что наилучший результат обеспечивается при давлении на входе от 50 до 65 бар и при перепаде давления на препятствии от 1,5 до 2,0 бар Посредством установки и способа согласно предлагаемому изобретению получают воду, которая имеет приемлемые уровни растворенных в ней твердых частичек, то есть минералов В оп 57595 ресненную таким образом воду не требуется вводить добавки, так как она имеет в этом отношении достаточно растворенных твердых частичек, делающих ее приемлемо вкусной Поскольку в опресненной воде представлены магний и кальций, она не является агрессивной по отношению к металлическим трубам и фитингам и не нуждается в добавках этих минералов Установлено, что при введении в солевые каналы, образованные мембранами обратного осмоса, турбулизированной воды толщина слоя поляризированного концентрата уменьшается Это обстоятельство позволяет увеличивать удельный расход без чрезмерного увеличения загрязнения Другим техническим результатом является то обстоятельство, что обеспечивается возможность прохождения через мембраны, кроме обычной соли, минералов без увеличения общего содержания солей в опресненной воде до неприемлемого уровня Экспериментальные работы показали, что изменяя перепад давления и турбулентность, например, путем изменения размеров отверстий в плите, образующей препятствие, можно управлять количеством различных растворенных твердых частичек, проходящих через мембраны Следовательно, согласно опытам и экспериментам, можно получать воду, имеющую растворенные твердые частички в заданных количествах Следующим преимуществом является то, что, как показали экспериментальные работы, загрязнение мембраны существенно изменяется, когда на нее подается турбулентная вода Рассол, который выходит из обычной установки обратного осмоса, имеет большую плотность, чем морская вода и, следовательно, он тонет, когда возвращается в море Однако, когда возвращается в море рассол, выходящий из опреснительной установки согласно предлагаемому изобретению, то он не тонет, а выходит на поверхность в виде султана Как было установлено, этот рассол является аэрированным, а аэрирующим агентом выступает кислород К тому же пузырьки кислорода имеются и в регенерированной воде Испытания показали, что в регенерированной воде и в рассоле кислорода имеется больше, чем его должно было бы быть, исходя из количества кислорода, растворенного в морской воде Пузырьки кислорода малы, так как вниз по течению за препятствием давление достаточно велико, например 45 - 50 бар Малые пузырьки в турбулентной воде, вероятно, играют роль в уменьшении толщины слоев поляризованных концентратов Пузырьки также, возможно, играют роль в предупреждении загрязнения мембран Перечень чертежей Для лучшего понимания предлагаемого изобретения и чтобы показать, как именно может быть получен эффект, приводятся ссылки, в качестве примера, на прилагаемые чертежи, на которых Фигуры 1А и 1В вместе составляют продольный разрез опреснителя, который представляет собой часть опреснительной установки, Фигура 2 представляет разрез, выполненный в 8 той же плоскости, что и на фигурах 1А и 1В, и показывающий одну концевую часть опреснителя в увеличенном масштабе, Фигура 3 - вид диска, Фигура 4 - разрез, выполненный в той же плоскости и втом же масштабе, что и на фигуре 2, и показывающий модификацию опреснителя, представленного на фигурах 1А и 1В, Фигуры 5А и 5В показывают другие варианты диска, Фигура 6 - схематический разрез опреснительной установки с ручным приводом, Фигура 7 - схематически иллюстрирует опреснительную установку с приводом от двигателя, Фигура 8 - схематически иллюстрирует дальнейший вариант опреснительной установки, Фигура 9 - схематическое представление подводной опреснительной установки, Фигура 10 - схема размещения оборудования опреснительной установки, Фигура 11 - иллюстрирует подводную опреснительную установку, Фигура 12А и 12В вместе иллюстрируют опреснительную установку, которая размещена внутри единого наружного корпуса, Фигура 13 иллюстрирует плавучую опреснительную установку, Фигура 14 показывает бак и связанную с ним систему трубопроводов Подробное описание чертежей Рассмотрим вначале фигуры 1А и 1В, на которых показан опреснитель 10, содержащий цилиндрический корпус 12 с торцевыми заглушками 14 и 16, закрепленными на его противоположных концах Входная труба 18 для воды с растворенными в ней соединениями, проходит через торцевую заглушку 14 и подает воду в камеру 20 Труба 18 соединена со стороны нагнетания с насосом (на фигуре 1А не показан), способным нагнетать воду с давлением примерно 50 60 бар Труба 22 выхода рассола проходит из камеры 24 через торцевую заглушку 16 Уплотнения 26 и 28 окружают торцевые заглушки 14 и 16 и уплотняют зазоры между заглушками 14и 16 и корпусом 12 Фильтрующий элемент 30 обратного осмоса установлен плотно в корпусе 12 Элемент 30 содержит сердечник 32, включающий центральную трубу 34, которая образует выход регенерированной воды через торцевую заглушку 16 Другой конец трубы 34 установлен в глухое отверстие 38 (см также фигуру 2), предусмотренное для этого в поддерживающей плите, которая выполнена в виде диска 40 Диск 40 и заглушка 14 образуют стенки, ограничивающие камеру 20 Уплотнение 42 окружает диск 40 между диском 40 и корпусом 12 Между диском 40 и фильтрующим элементом 30 имеется промежуток (см фигуру 2) Фильтрующий элемент 30 содержит, в дополнение к сердечнику 32, полупроницаемую мембрану, которая намотана на сердечник 32 Намотанная мембрана заполняет все пространство между сердечником 32 и внутренней поверхностью корпуса 12 и, кроме зазора между ней и диском 40, пространство между диском 40 и камерой 24 На рынке имеются фильтрующие элементы, пригодные для использования в предлагаемом изобретении, которые производятся и продаются корпорацией Filmtec, являющейся филиалом компании Доу Хемикел (Dow Chemical Company) Изделие имеет обозначение FT30 В описании к патенту США №4277344 подробно описана мембрана, работающая по принципу обратного осмоса Намотка мембраны фильтрующего элемента 30 сложна Она предварительно формируется в серии плоских мешков, которые затем наматываются на сердечник 32 внахлестку Диск 40 (см Фигуру 3) снабжен серией из восьми отверстий 44 1, 44 2 и т д Отверстия отличаются размерами, в иллюстрируемом исполнении отверстия имеют диаметры 8,805мм, 9,185мм, 8,077мм, 7,772мм, 7,675мм, 7,351мм, 7,094мм и 7,881мм, соответственно Диаметр диска 40 равен примерно 20см, как и внутренний диаметр корпуса 12 и наружный диаметр фильтрирующего элемента 30 За диском 40, между ним и намотанной мембраной, имеется звездообразная опора 46 (показана контурной линией на фигуре 3), содержащая центральную ступицу, наружное кольцо и спицы, расположенные между ступицей и кольцом Опора 46, являющаяся частью фильтрующего элемента, поставляемого фирмой Фильмтек (Filmtec), образует ряд клинообразных окон Каждое из отверстий 44 1, 44 2 и т д совпадает с одним из этих окон, так что каждая водяная струя ударяет в фильтрующий элемент Когда вода под давлением протекает через узкое отверстие, струя воды, выходящая из отверстия, расширяется в коническую форму и на расстоянии от отверстия рассыпается на капельки Коническая часть струи воды между отверстием и точкой, где струя рассыпается, турбулентная, имеющая в себе вихри и водовороты Фильтрующий элемент 30 расположен так, что струи воды, выходящие из отверстий 44 1 и т д , ударяют в фильтрующий элемент и входят в солевые каналы, прежде чем они рассыпятся в водяную пыль, состоящую из капелек Разрушение струй в иллюстрируемом узле замедляется, так как непосредственно после начала подачи воды, зазор между диском 40 и элементом 30 заполняется водой под давлением Заявитель имеет основания утверждать, что из воды, поступающей в фильтрующий элемент 30 при определенном, как указано выше, давлении, удаляется не 99,3% от растворенных соединений, а меньший процент При давлении на входе 50 бар и с описанным выше диском система опресняет морскую воду в питьевую воду, которая удовлетворяет требованиям стандарта 241-1984 Южно-Африканского Бюро Стандартов Давление вниз по течению за отверстиями 44 1, 44 2 и т д равно примерно 48,5 - 49,5 бар, когда давление в камере 20 составляет 50 бар Заявитель обнаружил также очень незначительное понижение температуры за диском 40 и предполагает также, что это результат генерирования турбулентности в потоке Конструкция, представленная на фигуре 4, отличается от конструкции, показанной на фигурах 1А, 1В, 2 и Зтем, что различные давления на ниж 57595 10 ней по течению стороне диска 40 достигаются путем помещения по окружности клапанов 48 управления потоком воды Клапаны 48 содержат заслонки или диафрагмы для изменения эффективной площади их проходного сечения, и одновременно создания препятствия, которое генерирует турбулентность и вызывает падение давления Каждый клапан 48 имеет подведенный к нему кабель 50 управления, и каждый клапан 48 помещен в трубки 52 Трубки 52 имеют один и тот же диаметр и проходят через диск 40 Клапаны 48 приводятся в действие электрически, и степень их открытия может контролироваться программным контроллером Положение каждого клапана 48 определяет давление на выходе из соответствующей трубки 52 Изменение давления посредством контроллера дает возможность изменять по желанию содержание в регенерированной воде растворенных соединений Хотя клапаны показаны расположенными в трубках диска 40, они могут, в реальном исполнении, быть внутри диска и по соседству с выходами из отверстий в диске 40 Диск 40 фигуры 3 имеет отверстия, расположенные по окружности На фигуре 5А отверстия расположены по спирали концентрично с диском Спираль разворачивается в том же направлении, что и направление намотки фильтрующего элемента 30 На фигуре 5В отверстия расположены вдоль нескольких радиальных линий Диаметры отверстий на фигурах 5А и 5В меньше, чем диаметры отверстий, показанных на фигуре 3, а их количество больше На фигуре 6 показана приводимая вручную опреснительная установка 54, содержащая цилиндрический корпус 56, который имеет коммерчески доступный фильтрующий элемент 58, подобный описанному выше и обозначенному позицией 30 на фигурах 1А и 1В Уплотнение 60 охватывает фильтрующий элемент 58, чтобы предотвратить перетекание воды между корпусом 56 и фильтрующим элементом 58 По соседству с одной из торцевых поверхностей фильтрующего элемента 58 имеется диск 62 Между диском 62 и корпусом 56 имеется уплотнение 64 Смещение диска 62 влево предотвращено с помощью стопорного кольца 66 Отверстия в диске 62 не показаны Между диском 62 и фильтрующим элементом 58 имеется осевой зазор Рядом с другим концом фильтрующего элемента 58 установлена торцевая заглушка 68, которая имеет центральное отверстие 70 с внутренней резьбой и дополнительное отверстие 72, которое радиально отстоит от отверстия 70 Фильтрующий элемент 58, как показано, имеет центральную трубу 74, выступающую в противоположных направлениях из намотанной мембраны Один конец трубы расположен в глухом отверстии в диске 62, а второй конец трубы 74 выходит в отверстие 70 торцовой заглушки 68 Отверстие 72 сообщается с камерой 78, которая образована между торцевой заглушкой 68 и смежным с ней концом фильтрующего элемента 58 Фильтрующий элемент 58, диск 62 и торцевая заглушка 68 подобны аналогичным компонентам опреснителя 10, показанного на фигурах ІАиІВ 12 11 57595 Влево от диска 62 корпус 56 образует цилиндр ставляет от 75% до 85% от давления воды на для поршня 80 Поршень 80 снабжен штоком 82, входе в фильтрующий элемент 58 Этот остаток который выходит из корпуса 56 через уплотнидавления, который в противном случае мог бы тельную конструкцию 84 Опора 86 поддерживает быть потерян, используется, как было описано в уплотнительную конструкцию 84 работе насоса Два уплотнения 88 и 90 и кольцо 92 0Обратимся к фигуре 7, на которой представобразного сечения охватывают поршень 80 лена опреснительная установка, содержащая корпус 112, установленный вертикально Концы корПриводная ручка 94 соединена со штоком 82 пуса закрыты торцевыми заглушками 114 и 116, посредством шарнирного соединения (не показаснабженными уплотнительными кольцами (не поно) Ручка 94 также шарнирно соединена с концеказаны), помещенными между торцевыми заглушвой плитой 98, которая закреплена на фланце 100 ками 114 и 116 и корпусом 112 Непосредственно корпуса 56 При качании ручки 94 поршень 80 бупод заглушкой 114 находится камера 118 и диск дет совершать возвратно-поступательные движе120 Ниже диска 120 помещен фильтрирующии ния вперед и назад в своем цилиндре элемент 122 Между диском 120 и фильтрируюОтверстие 72 сообщено посредством трубощим элементом 122 образован осевой зазор 124 провода 102 с камерой 104, которая окружает Фильтрирующии элемент 122 имеет центральную шток 82 и уплотнительную конструкцию трубу 126 Верхний конец трубы 126 помещен в Одноходовой клапан обеспечивает выход водиск 120, а нижний конец трубы 126 помещен в ды из камеры 108, образованной между диском 62 торцевую заглушку 116 Впускная труба 128 вхои поршнем 80 Клапан 106 установлен в отверстии дит в камеру 118 Отводящий рассол трубопровод стенки корпуса 56 В стенке корпуса 56 преду130 проходит через торцевую заглушку 116, а отсмотрено также отверстие 110 сброса давления водящий опресненную воду трубопровод 132 проОтводной трубопровод (не показан) ввинчен в ходит через торцевую заглушку 114 и соединяется резьбовое отверстие 70, и регенерированная с верхним концом трубы 126 Диск 120 имеет конпитьевая вода протекает из трубы 74 в этот отструкцию, подобную показанным, например, на водной трубопровод фигуре 3, фигуре 5А или фигуре 5В Детали соотПри работе опреснительной установки, покаветствуют описанным ранее в опреснителе 10 занной на фигуре 6, корпус 56 устанавливается так, чтобы клапан 106 был погружен в соленую Вертикально расположенный насос 134 типа или солоноватую воду, которая подлежит опресГрунфос (Grunfos) соединен своим входом всасынению Верхний конец ручки 94 толкают или тянут, вания через фильтр 138 с водоемом или иным приводя поршень 80 в возвратно-поступательное источником воды, подлежащей опреснению С движение При движении поршня влево клапан выходом нагнетания насоса 134 соединен трубо106 открывается и солоноватая или соленая вода провод 128, снабженный контрольным клапаном всасывается в камеру 108 Когда ручка 94 тянется 140 влево, поршень 80 начинает свой рабочий ход и Трубопровод 130 через тройник 142 и кондвижется в сторону диска 62 Клапан 106 закрытрольный клапан 144 соединен с турбиной 146 вается вследствие повышения давления в камере Пельтона Другой отвод тройника 142 через кон108 Вода из камеры 108 нагнетается через отвертрольный клапан 148 соединен с трубопроводом стия в диске 62, через фильтрующий элемент 58, 150, через который рассол сливается в сток Выа из фильтрующего элемента выходит питьевая ходная сторона турбины 146 Пельтона также совода через трубу 74 или рассол через отверстие единена со сливом в сток 72 и трубопровод 102 Поршень 80 продолжает Двигатель 152 насоса 134 может иметь элекдвижение вправо до тех пор, пока уплотнение 90 трическое питание как непосредственно от элекне пройдет клапан 106 трической сети, например, напряжением 220 вольт, так и от солнечной панели 154, аккумуляПосле нескольких движений ручки 94 начинаторной батареи 156 или от преобразователя 158 ет создаваться давление в трубопроводе 102 и, Регулятор 160 предусмотрен для изменения часследовательно, в камере 104 Перемещение тоты вращения двигателя 152 поршня 80 вперед сопровождается возникновением давления в трубопроводе 102 и камере 104 Центральный вал турбины 146 Пельтона меКогда поршень 80 достигает переднего конца его ханически связан с валом ротора двигателя 152 хода, уплотнение 88 проходит над отверстием 110 Как было указано выше со ссылкой на фигуру 6, сброса давления и давления в камере 104 падает на фильтрующем элементе 122 имеет место пеВ результате обратному ходу поршня 80 нет сорепад давления, однако рассол, выходящий из противления ввиду отсутствия давления в камере фильтрующего элемента 122, имеет существен104 ное давление Направляя часть рассола или весь рассол под давлением через турбину Пельтона, Давление, необходимое для нагнетания воды можно уменьшить количество электроэнергии, через фильтрующий элемент 58 и разделения ее потребляемой двигателем 152, за счет использона поток питательной воды и поток рассола, сования части энергии давления, которая в противставляет порядка от пятидесяти до двадцати пять ном случае была бы потеряна бар (для солоноватой воды) и от пятидесяти до шестидесяти бар (для морской воды) Требуемое На фигуре 8 показана установка, более продавление варьируется в зависимости от количестстая, чем та, что представлена на фигуре 7 Пова растворенных в воде соединений Потери давдобные элементы обеих установок обозначены ления в фильтрующем элементе 58 относительно одинаковыми номерами позиций В этом варианте малы и давление рассола в трубопроводе 72 соосуществления предлагаемого изобретения оп 14 13 57595 ресняемая вода входит в нижнюю часть корпуса жит корпус 208 с фильтрующим элементом 210 в 112, а не сверху, а насос 162 и двигатель 164 не нем Вход 212 предназначен для опресняемой является единым агрегатом Наоборот, они смонводы, а для вывода рассола служит выход 214 тированы бок о бок на их основаниях 166 и 168, Для вывода регенерированной воды предназнасоответственно Вход в корпус 112 осуществляетчен выход 216 Средства для создания перепада ся через трубопровод 128 Опресненная вода выдавления вверх по течению от фильтрирующего ходит через трубопровод 132, а рассол выходит элемента 210 и образования водяных струй, удачерез трубопровод 130 ряющих в фильтрующий элемент, подобны тем, которые показаны на фигуре 4 Турбина 146 Пельтона кинематически связана с насосом 162 Источником 218 воды, подлежащей опреснению, может быть бассейн морской воды или исОпреснительная установка, представленная точник солоноватой воды Подающий насос 220 на фигуре 9, содержит вертикальный корпус 170, закачивает воду из источника 218 и подает ее чепомещенный в скважину солоноватой воды или рез фильтры грубой очистки - песочный фильтр погруженный в морскую воду Насос 172 приво222 и дисковый фильтр 224 Насос 226 высокого дится двигателем 174 Сторона нагнетания насоса давления со стороны всасывания соединен с диссоединена с камерой 176, верхней границей котоковым фильтром 224, а со стороны нагнетания рой является диск 178 Над диском 178 находится со входом 212 фильтрирующий элемент 180 Между фильтрирующим элементом и распоВыход 216 сообщается с резервуаром 228, в ложенной над ним торцевой заглушкой 182 обракотором опресненная вода подвергается ультразована камера Рассол, выходящий из фильтрифиолетовому облучению Облучение воды ультрующего элемента 180, поступает в эту камеру, а рафиолетовыми лучами является обычным прорегенерированная вода выходит из фильтрующецессом в очистке воды Выходящая из резервуара го элемента 180 через трубопровод 184 228 вода направляется в накопительный бак 230 Турбина 186 Пельтонасмонтирована в корпусе В случае, когда установка бездействует в те170 над торцевой заглушкой 182 чение некоторого времени, например, из-за наличия в запасе достаточного количества опресненКамера между торцевой заглушкой 182 и ной воды, существует риск развития бактерий и фильтрующим элементом 180 сообщена посредводорослей на фильтрующем элементе 210 Это ством трубопровода 188 с турбиной Пельтона может быть устранено только постоянной циркуРазумеется, в камере имеется значительное давляцией воды через фильтрующий элемент 210 С ление Рассол, поступающий в камеру под давлеэтой целью бак 230 может быть соединен через нием из фильтрирующего элемента 180, выходит насос 232 и вентиль 234 с входом 212 Вентиль через трубопровод 188 и турбину 186 Пельтона в 236 закрыт, когда открыт вентиль 234 Использоотводной трубопровод 190 вание этой цепи обеспечивает постоянную циркуТурбина 186 Пельтона приводит насос в дейляцию регенерируемой воды через фильтрующий ствие (не показан) Насос установлен соосно с элемент 210, тем самым, предупреждая рост бактурбиной 186 Пельтона и соединен с трубопровотерий Так как давление, создаваемое насосом дом 184 Насос, приводимый турбиной Пельтона, 232, относительно низкое, оно обеспечивает тольпредназначен для подъема регенерированной ко "промывочное" действие и недостаточно для воды по полой колонне 192 на поверхность земли того, чтобы продавить воду через мембраны, и, (если корпус 170 находится в скважине) или на как следствие, вернуть ее в бак 230 Поэтому воповерхность бассейна (если корпус 170 погружен да, использованная для промывки, направляется в бассейн соленой воды) в сток Источником питания двигателя 174 служит ряд солнечных панелей 194, которые используютВыход 214 рассола сообщен с турбиной 268 ся для зарядки батарей 196 Предусмотрено также Пельтона для того, чтобы использовать остаточпитание от сети переменного электрического тока, ное давление за фильтрующим элементом 210 например, напряжением 220 вольт, через пониТурбина 268 Пельтона может быть использована жающий трансформатор-выпрямитель 200 Питадля перекачивания регенерированной воды, или ние к двигателю 174 подается через блок 202 для генерирования электричества, или для привоуправления Панели 194 и выпрямитель 200 слуда ротора любого из наосов 220 или 226 жат для зарядки батарей 196 Ток от батарей 196 В трубопроводах могут быть установлены проходит через преобразователь 204, который датчики 240 потока и расходомер 242 Также мопреобразует постоянный ток напряжением 12 жет быть предусмотрено измерение рН и электровольт, выходящий из батарей, в переменный ток проводности регенерированной воды (244 и 246) напряжением 220 вольт Переключение выключаВся полученная информация передается на главтеля 206 дает возможность подавать напряжение ный контроллер 248, который осуществляет обили от преобразователя 204 или от сети 198 в щее управление системой В трубопроводах также зависимости от степени заряженности батарей установлены вентили 250, 252, 254, 256, 258, 260, Блок 202 управления повышает напряжение с 220 262 и 264 вольт на входе до 380 вольт на выходе для питаДля промывки дискового фильтра 224 вентили ния двигателя 174 234 и 250 закрывают, а вентили 236 и 262 открывают Вода из бака 230 с помощью насоса 232 Преимуществом установки согласно фигуре 9 подается через открытый вентиль 236, продавлиявляется то, что только регенерированная вода вается через фильтр 224 в обратном направлении подается на поверхность и удаляется в сток через открытый вентиль 262 Установка, показанная на фигуре 10, содер 16 15 57595 Датчик 266 уровня в баке 230 используется да перетекает над стенкой 298 и наполняет басдля того, чтобы определить, когда бак наполнен сейн 274 Это обеспечивает необходимый напор Результирующий сигнал может быть использован для работы насоса 276 Когда наступает отлив и для прекращения подачи воды от источника 218 и вода больше не поступает в бассейн, уровень вовключения рециркуляции через насос 232 и венды в бассейне постепенно падает, так как вода тиль 234 для предотвращения бактериального вытекает через плунжерный насос 276 и выходной обрастания трубопровод 284 Крутящий момент турбины 268 Пельтона моПодводная опреснительная установка, преджет контролироваться с помощью встроенного ставленная на фигурах 12А и 12В, содержит цидатчика 270 крутящего момента Если крутящий линдрический корпус 302, внутри которого в одном момент превышает заданное значение, то вентиль из его концов установлен электрический двига256 открывается, и рассол, минуя турбину 268 тель 304, приводящий насос 306 Насос 306 может Пельтона, направляется прямо в сток через венбыть любого подходящего типа, например, порштиль 256 невой насос, шнековый насос и т д Вход соленой воды в насос 306 не показан, а выход из насоса Положение клапанов, управляющих потоком обозначен позицией 308 Выход 308 разделяется воды, направляемой на фильтрующий элемент на два ответвления 310 и 312, в которых установ210, может устанавливаться с использованием лены клапаны 314 и 316 Ответвление 310 подвеклавиатуры 272, подобной той, что используется в дено к центру дискового фильтра 318, который персональных компьютерах расположен в полости 320 Диск 322 формирует Установка, показанная на фигуре 11, содерграницу полости 320, а по другую сторону от диска жит вертикально расположенный опреснитель 10, 322 находится фильтрующий элемент 324 Диск представленный на фигурах 1А и 1В, который по322 такой же, как показанные выше на фигурах мещен в водоем 274 Одинаковые детали обозна1А, 1В, 2 и 3 или на фигуре 4, или фигурах 5А или чены одинаковыми номерами позиций Так, вход 5В Отверстия в диске 322 не показаны для опресняемой воды имеет номер 18, выход для опресненной воды показан соединенным с трубой Ответвление 312 подведено непосредственно 34, а выход для рассола имеет номер 22 в полость 320, а выход 326 проходит от центра фильтра 318 через диск 322 Выход 326 снабжен Показанный на фигуре 11 насос 276 предвентилем (не показан), который нормально заставляет собой вертикально действующий плункрыт жерный насос, вход в который расположен вверху, а выход - внизу В выходном трубопроводе 278 Дисковый фильтр 318 может быть очищен, установлен вспомогательный насос 280 Двигаесли закрыть вентиль 314 и одновременно оттель насоса 280 соединен с солнечной панелью крыть вентиль 316 и вентиль, установленный в 282 Работа насоса 280 обеспечивает поток через выходе 326 В этом случае вода течет в полость плунжерный насос 276 Это достигается посред320, из полости 320 через дисковый фильтр 318 в ством закачивания воды через плунжерный насос обратном направлении и далее через выход 326, 276 и вывода ее через выходной трубопровод 284 вынося наружу частицы грязи, которые могли задержаться в фильтре 318 Насос 276 содержит клапаны 286 и 288 управления потоком, один из которых помещен в верхВ пределах корпуса 302 регенерированная нем конце насоса, а второй - в нижнем конце навода обрабатывается ультрафиолетовым облучесоса Когда насос 276 начинает работать, нием в узле 328 (см Фиг 12В) направляющийся вниз через насос 276 поток отРассол, как было показано выше, может подасасывает клапан 286 в открытое положение и ваться обратно в двигатель или в насос, с тем, прижимает клапан 288 в закрытое положение Кочтобы использовать его остаточное давление для гда клапан 288 закрывается, ударная волна нагнеуменьшения потребляемой мощности двигателя тает воду под высоким давлением через однохо304 довой клапан 290 во вход 18 корпуса 12 Во входе Силовое питание может быть обеспечено по18 имеется также дополнительный одноходовой добно тому, как это было показано, например, на клапан 292 фигурах 7 и 11 С клапаном 290 соединена диафрагма 294 Плавучая опреснительная установка, предКогда клапан 290 открывается, диафрагма проставленная на фигуре 13, содержит корпус 330, давливается через положение мертвой точки Как якорный блок 332, закрепленный на дне моря или только ударное давление рассеивается, диафрагпросто опущенный на дно моря, и якорную цепь ма 294 ускоряет перекрытие клапана 290 334, соединяющую корпус 330 с якорным блоком 332 Клапаны 286 и 288 соединены с помощью стержня 296 и действуют в унисон Когда поток Горизонтальная перегородка 336 отделяет через плунжерный насос установится, насос 280 пространство 338, расположенное над перегородможет быть выключен в открытом положении так, кой 336, от заполненной водой камеры 340, коточтобы поток мог проходить через него рая находится под перегородкой 336 Отверстия 340, выполненные в корпусе 330, пропускают морВысота напора воды в бассейне (ограниченскую воду в камеру 340 ном боковой стенкой 298 и нижней стенкой 300) обеспечивает непрерывную работу насоса 276 Электрический двигатель 344 смонтирован так, что большая его часть находится в камере Остаточное давление рассола в выходе 22 340 и, таким образом, охлаждается морской воможет быть использовано так, как описано выше дой, которая поступает в камеру 340 Сверху над Желательно, чтобы стенка 298 отделяла басдвигателем 340 установлен насос 346, который сейн 274 от моря Во время морского прилива во 17 приводится двигателем 344 Вода из камеры 340 всасывается насосом 346 через фильтр 348 Выпускное отверстие насоса 346 соединено посредством трубопроводов 350 с тремя опреснителями 10, аналогичными тому, который показан на фигурах 1А и 1В Хотя в корпусе 330 показано три опреснителя 10, в действительности может быть использовано любое их количество от одного и более Рассол выходит из опреснителей 10 через трубопроводы 352 и удаляется в сток через выход 354 Регенерированная вода выходит через трубопроводы 356 и проходит через устройство 358 ультрафиолетового облучения к выходу 360 В рассматриваемом варианте осуществления изобретения от выхода 360 к берегу проложен трубопровод (не показан), а от берега протянут кабель (не показан) силового питания двигателя 344 На верхнем конце корпуса 330 установлена солнечная панель 362, которая используется для питания свето- и радиомаяка 364, который предусмотрен для предупреждения проходящих кораблей об опасности столкновения с плавучей установкой Чтобы уйти от необходимости подвода энергии к установке и отказаться от использования двигателя 334 и насоса 346, может быть предусмотрен поршневой насос между корпусом 330 и якорным блоком 332 Точнее, снизу корпуса 330 может быть прикреплен шток (не показан) с поршнем на его нижнем конце На якорном блоке 332 может быть установлен цилиндр, в который помещается указанный поршень Поршень и цилиндр образуют насос, который может быть двойного или одинарного действия Понятно, что корпус 330 может периодически подниматься и опускаться в зависимости от величины проходящих волн Когда корпус 330 поднимается, он поднимает поршневой шток и поршень относительно цилиндра, прикрепленного к якорному блоку Нижняя камера цилиндра при этом увеличивается в размере и может быть заполнена морской водой через обратный клапан Когда корпус 330 опускается во впадину между двумя волнами, поршень движется вниз, вызывая уменьшение объема указанной нижней камеры Под влиянием увеличившегося в нижней камере давления открывается второй обратный клапан, и морская вода подается из нижней камеры в систему трубопроводов 350 По желанию поршневой шток может быть выполнен полым и служит каналом для подачи воды из нижней камеры в систему 350 Верхняя камера цилиндра может быть открыта просто в море Однако, предпочтительнее, чтобы и она имела одноходовой входной клапан и одноходовой выходной клапан для того, чтобы качать воду и когда поршень опускается относи 57595 18 тельно цилиндра, и когда он поднимается относительно цилиндра На фигуре 14 представлен вертикально вытянутый бак 366, снабженный входом 368 морской воды, через который морская вода закачивается в бак В верхнем конце бака предусмотрены вентиляционные отверстия 370 Выход 372 соединен с входом всасывания насоса, который подает воду в опреснитель, показанный на фигурах 1А и 1В Выход регенерированной воды из опреснителя, показанного на фигурах 1А и 1В, соединен с входом 372 бака 366 так, чтобы вода с малой концентрацией растворенных в ней соединений возвращалась в бак Выход 374 позволяет дренировать бак и удалять плотные частицы, выпавшие в осадок Предусмотрено также вертикально вытянутое смотровое стекло 376 Когда опреснительная установка начинает работу, бак 366, который является частью установки, содержит регенерированную воду в объеме, примерно равном одной трети объема воды, который он будет содержать в конечном итоге Морская вода закачивается через вход 368, а регенерированная вода подается через вход 372 После этого вода непрерывно откачивается из бака 366 через выход 372 Морская вода, поступающая через вход 368, разбавляется, прежде чем она выйдет из бака через выход 372 Установлено, что, несмотря на то, что некоторое количество регенерируемой воды рециркулирует, и не вся регенерируемая вода немедленно удаляется из установки, общий выход регенерированной воды повышается и требуется меньшее давление, чтобы обеспечить удаление из воды нежелательных растворенных соединений Экспериментальные исследования показали, что хотя регенерированная вода с малым количеством растворенных соединений может подаваться через вход 372, предпочтительнее использовать обычный опреснитель, который обеспечит подачу воды того же состава, что и дистиллированная вода, в качестве источника, который соединен с входом 372 Было также обнаружено, что в воду, полученную способом и устройством согласно предлагаемому изобретению, может быть добавлено небольшое количество рассола без повышения общего содержания соли до недопустимого уровня Данная процедура может быть использована, например, там, где не могут быть созданы условия, которые будут способствовать обеспечению достаточного количества одного минерала в воде Дополнение данного минерала, который отсутствует в достаточном количестве, путем добавления рассола является, таким образом, возможным способом достижения требуемого минерального баланса 19 57595 20 154 І56 го 26 42 38 .442 _ 9 v 57595 21 22 і 300 «иг. 5А 58 7Z7ZZ2 Фиг. 57595 24 1 4 Комп'ютерна верстка О Воробей Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна