Мембранний реактор

1. Мембранний реактор, що містить щонайменше одну занурену у воду касету мембранних модулів з камерами фільтрату і повітря, відповідно під'єднаними до лінії фільтрату з відцентровим насосом і накопичувальною ємністю і лінії повітря з компресором чи повітродувкою, між якими закріплені мембранні модулі, який відрізняється тим, що лінія фільтрату на виході відцентрового насоса додатково оснащена ежектором, а на вході - колектором фільтрату, гідравлічно з'єднаним трубопроводом з камерою зниженого тиску ежектора. 3 вки мембранних елементів, а підвищення ефективності використання енергії цих насосів є бажаним майже у всіх мембранних реакторах. Відомий мембранний біореактор, що містить щонайменше одну касету мембранних модулів, розташовану у резервуарі з водою і під'єднану до колектора лінії фільтрату з відцентровим насосом, і аераційний колектор лінії повітря з повітродувкою /Биологическая очистка сточных вод. ООО Научно-производственная фирма "Экое", www.ecossamara.ru/index.php/. Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутим ефектом є відомий мембранний реактор, що містить щонайменше одну занурену у воду касету мембранних модулів з камерами фільтрату і повітря, відповідно під'єднаними до лінії фільтрату з відцентровим насосом і накопичувальною ємністю і лінії повітря з компресором чи повітродувкою і між якими закріплені мембранні модулі [Прутьянова Ю.О. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук "Усовершенствование мембранной технологии доочистки сточных вод с применением гидроциклона". Казахский национальный аграрный университет. www.kazntu.kz/?q=ru/sciense]. Недоліком прототипу, як і згадуваних вище аналогів, є недостатня ефективність роботи, яка полягає у недостатньому використанні енергії їх відцентрових насосів для утворення оптимальних умов фільтрації у мембранних модулях касети. Відомо, що використання відцентрового насоса для утворення вакууму у мембранних модулях за визначенням обмежується 1 атм, а на практиці не перевищує 0,6 атм. Тому збільшення значення цього параметра, поряд з прийнятими у прототипі заходами з покращення умов фільтрації за рахунок застосування повітря, збільшить продуктивність реактора або зменшить кількість у ньому мембран, тобто підвищить ефективність роботи реактора або, при сучасній дорожнечі мембран, зменшить його вартість. Відсутність у лінії фільтрату перед відцентровим насосом відсічного крана чи засувки знижує ефективність роботи реактора, так як потребує циклічного тимчасового відключення відцентрового насоса у разі необхідності очищення модулів від забруднень з припиненням процесу фільтрації. Технічною задачею корисної моделі є удосконалення мембранного реактора, у якому, завдяки конструктивним особливостям лінії фільтрату, досягається підвищення ефективності роботи реактора. Поставлена задача вирішується тим, що у мембранному реакторі, що містить щонайменше одну занурену у воду касету мембранних модулів з камерами фільтрату і повітря, відповідно під'єднаними до лінії фільтрату з відцентровим насосом і накопичувальною ємністю і лінії повітря з компресором чи повітродувкою, між якими закріплені мембранні модулі, згідно з корисною моделлю, лінія фільтрату на виході відцентрового насоса додатково оснащена ежектором, а на вході - колектором фільтрату, з'єднаним трубопроводом з камерою зниженого тиску ежектора, при цьому реактор може бути оснащений циркуляційним 66249 4 трубопроводом, гідравлічно з'єднуючим накопичувальну ємність з колектором фільтрату, його лінія фільтрату між колектором фільтрату і касетою відсічним краном, а з'єднання трубопроводу камери зниженого тиску і циркуляційного трубопроводу з колектором фільтрату здійснено через триходовий кран, до того ж реактор може бути додатково оснащений трубопроводом зворотної промивки, з'єднаним вхідним і вихідним кінцями з лінією фільтрату, а саме - вхідним кінцем через триходовий кран, розташований в лінії фільтрату між її відцентровим насосом і ежектором, і вихідним кінцем безпосередньо з лінією фільтрату перед відсічним краном. На фіг. 1 показана гідравлічна схема мембранного реактора у стані, коли відкрито основний та додатковий технологічні контури. На фіг. 2 - циркуляційний контур фільтрату. на фіг. 3 - контур зворотної промивки мембранних модулів касети фільтратом. Мембранний реактор утримує касету 1 мембранних модулів з камерами 2 і 3 фільтрату і повітря, відповідно, установлену у резервуар 4 з водою, з якої передбачається отримання фільтрату, звільненого від забруднень. Камера 2 касети 1 під'єднана до лінії 5 фільтрату з відсічним 6 і триходовим 7 кранами, колектором 8, двоступеневим відцентровим насосом 9, ежектором 10 і накопичувальною ємністю 11 на виході, при цьому колектор 8 з'єднаний трубопроводами 13 і 14 з камерою зниженого тиску ежектора 10 і накопичувальною ємністю 11, відповідно, через триходовий кран 12. При цьому касета 1, лінія 5 фільтрату, відсічний кран 6, колектор 8, відцентровий насос 9, трьохходовий кран 7, ежектор 10 і накопичувальна ємність 11 утворюють основний технологічний контур (фіг. 1); касета 1, лінія 5 фільтрату, відсічний кран 6, колектор 8, триходовий кран 12, трубопровід 13, ежектор 10 і накопичувальна ємність 11 утворюють додатковий технологічний контур (фіг. 1); накопичувальна ємність 11, трубопровід 14, триходовий кран 12, колектор 8, відцентровий насос 9, триходовий кран 7 і ежектор 10 утворюють циркуляційний контур фільтрату (фіг. 2); накопичувальна ємність 11, трубопровід 14, триходовий кран 12, колектор 8, відцентровий насос 9, триходовий кран 7, трубопровід 15 зворотної промивки, лінія 5 фільтрату і касета 1 утворюють контур зворотної промивки мембранних модулів касети 1 фільтратом (фіг. 3). Камера 3 касети 1 під'єднана до лінії 16 повітря з повітродувкою 17 і разом утворюють контур повітря. При необхідності очищувану воду безперервним потоком подають у резервуар 4, рівень якої підтримується наявністю патрубка 18 переповнення і/чи необхідного ресурсу автоматики. Після повного занурення касети 1 у воду включається в роботу повітродувка 17 і, як наслідок, повітря по лінії 16 потрапляє у камеру 3 касети 1, з якої витікає у воду в вертикальному напрямку знизу вверх, і у вигляді бульбашок рухається уздовж мембран модулів касети 1. Відомо, що таке подання повітря у воду утворює ерліфтний потік її у резервуарі 4 і при достатніх витратах повітря має турбулентний характер, забезпечуючий очищення мембран мо 5 дулів від забруднень. Відразу чи з деяким запізненням вручну чи системою управління крани 6, 7 і 12 приводяться в стан, зображений на фіг. 1, і включається в роботу перший ступінь двоступеневого відцентрового насоса 9. В результаті у мембранних модулях касети 1 утворюється розрідження, що забезпечує проникнення чистої води у вигляді фільтрату через мембрани її модулів і виведення його з неї, тобто починає працювати основний технологічний контур реактора, склад якого описаний вище, і фільтрат потрапляє у накопичувальну ємність 11 та далі за призначенням. При цьому після насоса 9 фільтрат вже рухається під тиском і, протікаючи через ежектор 10, утворює розрідження у його камері зниженого тиску і згадуваному вище додатковому технологічному контурі реактора, що збільшує рівень розрідження в мембранних модулях касети 1 і, як наслідок, підвищує швидкість проникнення фільтрату через мембрани її модулів, тобто підвищує продуктивність реактора. Наявність у лінії 5 фільтрату колектора 8, який є загальним для основного і додаткового технологічних контурів реактора, знижує вплив роботи одного з них на ефективність роботи іншого. Але не завжди є достатнім очищення мембран модулів касети 1 від забруднень у ході фільтрації за рахунок використання тільки безперервного ерліфтного потоку очищуваної води у резервуарі 4, тобто так званої безперервної продуви повітрям. В таких випадках додатково здійснюється так звана циркуляційна продувка повітрям, яка полягає у здійснені безперервної продувки очищуваної води з тимчасовим і циклічним припиненням процесу її фільтрації. За п. 1 формули корисної моделі передбачений варіант мембранного реактора, в якому таке циклічне припинення процесу фільтрації можливе за рахунок відключення відцентрового насоса 9, але при значних за часом циклах. У випадках, коли цикли відключення відцентрового насоса 9 за часом лежать в межах, наприклад, 4-10 хвилин з наступним його включенням через, наприклад, 10-60 секунд, умови роботи відцентрового насоса 9 є неприйнятними для оптимальної ефективності роботи реактора. Тому, за п. 2 формули корисної моделі передбачений варіант мембранного реактора, в якому припинення процесу фільтрації можливе за рахунок гідравлічного відділення касети 1 мембранних модулів від відцентрового насосу за посередництвом розташованого між ними відсічного крана 6. При цьому, робота відцентрового насоса 9 здійснюється в режимах холостого ходу чи під напором, що не є завжди оптимальним варіантом його ефективної роботи, так як умови роботи при цьому не з кращих, потребують захисту і ускладнення системи управління реактором.В зв'язку з цим п. 2 формули корисної моделі передбачає варіант мембранного реактора з циркуляційним контуром фільтрату з обвідним трубопроводом 14 (фіг. 2), який запобігає відключенню відцентрового насоса 9 у разі закриття відсічного крана 6 для припинення процесу фільтрації. Режим роботи відцентрового насоса 9 при цьому не погіршується в порівнянні з 66249 6 робочим режимом і при певних умовах, навіть, покращується. Але мають місце випадки, коли безперервна і циклічна продувки повітрям очищуваної води є недостатніми для ефективного проведення процесу її очищення від забруднень з причини швидкого засмічення мембран модулів і навіть стає неможливим. В таких випадках додатково використовують зворотну промивку мембран модулів фільтратом, що і передбачено варіантом мембранного реактора за п. 3 формули корисної моделі. І так як зворотна промивка можлива тільки після припинення процесу фільтрації, а циклічність за часом таких промивок мало відрізняється від вище описаних при циклічній продувці повітрям, то наявність циркуляційного трубопроводу 14 є безперечною і для цього варіанта мембранного реактора. Для здійснення зворотної промивки фільтратом служить вище згадуваний контур зворотної промивки з обвідним трубопроводом 15, для роботи якого вручну чи системою управління крани 6, 7 і 12 приводять в стан, зображений на фіг. 3, а відцентровий насос 9 переключається в режим роботи другого ступеня, тобто з підвищеною продуктивністю. Після чого, під дією відцентрового насоса 9, фільтрат з накопичувальної ємності 11 по описаному вище контуру зворотної промивки потрапляє у мембранні модулі касети 1 і у зворотному напрямку витікає крізь пори мембран модулів у резервуар 4 з швидкістю, значно більшою за швидкість фільтрації. В результаті пори мембран за деякий час, наприклад за 10-60 секунд, або до заздалегідь заданої міри звільняються від забруднень і мембрани знову стають придатними до ефективної фільтрації води, про що повідомляється системі управління, яка повертає роботу відцентрового насоса 9 в режим роботи першого ступеня і переводить крани 6, 7 і 12 в стан, зображений на фіг. 1, що забезпечує продовження процесу фільтрації води за схемою, описаною вище. Далі цикл фільтрації і регенерації мембранних модулів повторюється і контролюється системою управління мембранного реактора. Наявність ежектора 10 на виході відцентрового насоса 9, камера зниженого тиску якого сполучена через колектор 8 і лінію 5 фільтрату з камерою 2 касети 1, забезпечує підвищення продуктивності мембранного реактора або зменшення кількості мембран у касеті 1, тобто вартості, а наявність при цьому колектора 8 у лінії 5 фільтрату знижує вплив роботи відцентрового насоса 9 на ефективність роботу ежектора 10 чи навпаки. Наявність відсіяного крана 6 в лінії фільтрату перед її же колектором 8 у мембранному реакторі за п. 2 і 3 формули корисної моделі забезпечує додаткове здійснення циклічної продувки повітрям без зупинки відцентрового насосу, що підвищує ефективність роботи такого реактора і розширює можливості його використання. Наявність циркуляційного трубопроводу 14 з триходовим краном 12 покращує умови роботи відцентрового насоса 9 і підвищує ефективність роботи мембранного реактора. Наявність обвідного трубопроводу 15 зворотної промивки і триходового крана 7 забезпечує 7 використання відцентрового насоса 9 для здійснення зворотної промивки фільтратом мембранних модулів касети 1, знижує установну електричну потужність, підвищує ефективність роботи мембранного реактора і розширює можливості його використання. Застосування триходових кранів 7 і 12 з електроприводами забезпечує зменшення у двічі кількості електричних запірних органів в гідравлічній схемі мембранного реактора, що зменшує його Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66249 8 установну електричну потужність, кількість включень і відключень двигунів і втрати електричної енергії, підвищує надійність роботи електричного обладнання і системи управління та ефективність роботи мембранного реактора взагалі. Таким чином, запропоновані корисною моделлю відмітні ознаки разом з відомими забезпечують підвищення ефективності роботи мембранного реактора і розширення можливостей його використання. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601