Спосіб одержання питної води

Реферат: Спосіб одержання питної води включає баромембранну обробку високомінералізованої води фільтруванням послідовно через нанофільтраційний мембранний елемент і зворотноосмотичний мембранний елемент. Як мембранні елементи використовують плоскорамні елементи. Обробку ведуть у режимі перехресних потоків. UA 71563 U (12) UA 71563 U UA 71563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі обробки води, зокрема, до водопідготовки баромембранним способом, і може бути використана для одержання питної води з високомінералізованої води, наприклад, морської. Відомий спосіб отримання питної води з високомінералізованих вод (морської води) [ЕР0205045 Int. С1. C02F1/44, B01D13/30 Vorrichtung zur Wasserentsalzung, Veroffentlichungstag der Anmeldungh: 17.12.86 Patentblatt 86/51] [1]. Суть способу полягає у наступному. Морську або модельну воду піддають попередньому очищенню, а саме, іонним обміном, для уповільнення утворення осаду на поверхні мембран рулонного зворотноосмотичного елемента. Після попереднього очищення воду зі солевмістом 3 3 35 г/дм і загальною жорсткістю 25 мг·екв/дм пропускають через зворотноосмотичний рулонний елемент зі спектром фільтрації менше 0,001 мкм при тиску 6 МПа і pH 7,0-8,0 до отримання 3 3 пермеату із загальним солевмістом 0,3 г/дм та загальної жорсткістю 2,5 мг·екв/дм . Ці показники відповідають вимогам ДСанПіН Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості питної води централізованого питного господарства, затв наказом МОЗ України від 23 грудня 1996 р. № 383 [2]. Недоліками даного способу є висока енергоємність, за рахунок фільтрування при високому осмотичному тиску (6МПа) а також необхідність ретельного попереднього очищення вихідної води, що обумовлює великі капітальні та експлуатаційні затрати на обладнання. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб одержання питної води з високомінералізованої води (морської) [US 4243523 Int. C1. B01D13/00, B01D31/00 Water purification process and system, publication 6.01.1981 [3]. Спосіб [3] реалізується наступним чином. Вихідну морську воду із загальним солевмістом 35 3 3 г/дм і загальною жорсткістю 25 мг·екв/дм попередньо очищають, наприклад, іонним обміном. Підготовлену таким чином воду пропускають через зворотноосмотичний рулонний елемент зі спектром фільтрації менше 0,001 мкм під тиском 6 МПа і pH 3,0-7,0 до отримання пермеату із 3 3 загальним солевмістом 1,5 г/дм та загальною жорсткістю 8 мг·екв/дм . Одержаний пермеат пропускають через нанофільтраційний мембранний рулонний елемент зі спектром фільтрації від 0,001 до 0,01 мкм під тиском 3 МПа pH 3,0-7,0 до одержання пермеату із загальним 3 3 солевмістом 0,25 г/дм та загальною жорсткістю 0,285 мг·екв/дм . Якість пермеату не відповідає 3 вимогам ДСанПіну за показником загальної жорсткості 1,5-7 мг·екв/дм для фізіологічно повноцінної води [2]. У відомому способі [3] не представлені дані за витратами електроенергії і тривалості міжрегенераційного періоду мембранних елементів, що впливає на термін служби мембрани. Для отримання зазначених величин нами були здійснені досліди з одержання питної води з морської, згідно з описаною технологією. 3 Досліди були проведені з морською водою із загальним солевмістом 17 г/дм та загальною 3 жорсткістю 35 мг·екв/дм . Попередньо очищену вихідну воду направляють на баромембранну обробку. Спершу воду піддають обробці зворотним осмосом - на рулонному мембранному елементі зі спектром фільтрації менше 0,001 мкм при тиску 6 МПа і pH 7,0 до одержання 3 3 пермеату із загальним солевмістом 1,5 г/дм та загальною жорсткістю 8 мг·екв/дм . Потім одержаний пермеат направляють на нанофільтраційний мембранний рулонний елемент зі спектром фільтрації від 0,001 до 0,01 мкм під тиском 3 МПа pH 7,0 до одержання пермеату із 3 3 загальним солевмістом 0,3 г/дм та загальною жорсткістю 0,275 мг·екв/дм . Об'єм одержаної 3 питної води склав - 1,5 м . На стадії зворотного осмосу питома витрата електроенергії склала 3 4,5 кВт/год.·м , на стадії нанофільтрації питома витрата електроенергії відповідно склала 2 3 кВт/год.·м . При цьому міжрегенераційний період для зворотно осмотичного елемента склав 340 год. і для нанофільтраційного елемента - 710 год. Міжрегенераційний період мембранного елемента - відрізок часу, за який продуктивність мембранного елемента знижується на 50 %, що вимагає промивання хімічними реагентами. Отримані дані свідчать про високі витрати електроенергії при недостатній тривалості міжрегенераційного періоду. Для визначення впливу попереднього очищення на тривалість міжрегенераційного періоду нами були здійснені досліди з одержання питної води без застосування попереднього очищення. 3 3 Морську воду із загальним солевмістом 35 г/дм та загальною жорсткістю 25 мг·екв/дм направили на баромембранну обробку: послідовно зворотним осмосом до отримання пермеату 3 3 із загальним солевмістом 1,5 г/дм та загальною жорсткістю 8 мг·екв/дм і нанофільтрацією до 3 отримання пермеату із загальним солевмістом 0,3 г/дм та загальною жорсткістю 0,28 3 мг·екв/дм . Об'єм очищеної води склав 0,8 м 3 , питома витрата електроенергії для 3 3 зворотноосмотичної установки склала 7,5 кВт/год.·м для нанофільтраційної - 3 кВт/год.·м . 1 UA 71563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Міжрегенераційний період для зворотноосмотичної установки склав 72 год. і для нанофільтраційної - 110 год. З наведених даних випливає, що для реалізації відомої послідовності барамембранного очищення води необхідна попередня очистка. Одержані дані показують що баромембранна обробка (зворотний осмос та нанофільтрація) морської води без попереднього очищення призводить до значного підвищення витрат електроенергії та зменшення міжрегенераційних періодів зворотноосмотичного та нанофільраційного мембранних рулонних елементів. Таким чином основними недоліками відомого способу одержання питної води із високомінералізованої [3], є невідповідність одержаної питної води, якості фізіологічно повноцінної води, високі енерговитрати на баромембранну обробку, малий межрегенераційний період мембранних елементів, а також високі капітальні затрати на попередню підготовку вихідної води. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб одержання питної води з високомінералізованих вод, в якому зміна послідовності баромембранної обробки, а також зміна режиму фільтрації забезпечили б одержання фізіологічно повноцінної води, зниження енерговитрат, збільшення міжрегенераційних періодів і зниження капітальних витрат за рахунок виключення попереднього очищення вихідної води. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб одержання питної води, що включає баромембранну обробку високомінералізованої води, в якому, згідно з корисною моделлю, обробку води здійснюють фільтруванням послідовно через нанофільтраційний мембранний елемент і зворотноосмотичний мембранний елемент, як мембранні елементи використовують плоскорамні елементи, причому обробку ведуть у режимі перехресних потоків. Відмітною особливістю запропонованого способу одержання питної води є зміна послідовності обробки вихідної високомінералізованої води мембранними елементами, а саме: спершу обробка нанофільтрацією, а потім - зворотним осмосом. Першочергове фільтрування через нанофільтраційний елемент забезпечує зниження загального солевмісту на 50 % і вміст солей жорсткості на 85-90 %, що дозволяє проводити подальшу обробку зворотним осмосом при більш низькому робочому тиску (5 МПа), що обумовлює зниження енерговитрат. Суттєвим моментом при цьому є фільтрування в плоскорамних мембранних елементах в режимі перехресних потоків. При фільтруванні в режимі перехресних потоків - потік вихідної води рухається паралельно поверхні мембрани, при цьому частина потоку фільтрується через мембрану, а інша частина потоку, зриваючи забруднення з мембрани, рухається в концентрат. Це призводить до збільшення міжрегенераційних періодів, що подовжує термін служби мембрани. Проведення баромембранного очищення в зазначених умовах в поєднанні з фільтруванням на плоскорамних мембранних елементах в режимі перехресних потоків призводить до одержання фізіологічно повноцінної води, зниження енерговитрат, а також до збільшення тривалості міжрегенераційного періоду. Таким чином, сукупність істотних ознак способу одержання питної води, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного корисною моделлю технічного результату - одержання фізіологічно повноцінної води, зниження енерговитрат на стадії 3 3 нанофільтрації до 3,5 кВт/год.·м , а на стадії зворотного осмосу - до 4 кВт/год.·м ; збільшення міжрегенераційнних періодів на обох стадія приблизно в 2 рази. Крім того, висока ефективність запропонованого способу досягається без застосування попереднього очищення, що призводить до зниження капітальних витрат. Спосіб реалізують наступним чином. Для отримання питної води використовували нанофільтраційні мембрани ОПМН-П, а для зворотного осмосу-мембрани ESPА-1. Мембрана ОГТМН-П являє собою пористу полімерну плівку на поліамідній основі виробництва компанії «Владипор» (Росія) з розміром пор 0,001 до 0,01 мкм. Мембрана ESPA-1-теж являє собою пористу полімерну плівку на поліамідній основі виробництва компанії «Hydronautic» (США) з розміром пор менше 0,001 мкм. Фільтрування нанофільтрацією проводили на плоскорамному мембранному елементі, що складається з 9 2 рамок із загальною площею поверхні мембран 2 м . Подальшу обробку зворотним осмосом також вели на плоскорамному мембранному елементі, що складається з 9 рамок із загальною 2 площею поверхні мембран 2 м . Як вихідну високомінералізовану воду використовували 3 природну морську воду Чорного моря, М.Севастополь, із загальним солевмістом 35 г/дм та 3 загальною жорсткістю 25 мг·екв/дм .. Фільтрування вихідної води нанофільтрацією здійснювали в режимі перехресних потоків під тиском 1,5 МПа, pH 3,0-7,0 і при коефіцієнті відбору пермеату 10-15 %. Одержаний пермеат направляли на зворотний осмос. Фільтрування так само здійснювали в режимі перехресних 2 UA 71563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 потоків, під тиском 5МПа, pH 3,0-7,0 і коефіцієнті відбору пермеату 10-15 %. У результаті нами була одержана питна вода з якістю, що задовольняє вимогам ДСанПіН [2] за показниками загального солевмісту та жорсткості. На стадії нанофільтрації міжрегенераційний період 3 становив 1440-1480 год., а енерговитрати становили 2,5 кВт/год·м . На стадії зворотного осмосу 3 міжрегенераційний період становив 1590-1608 год., а енерговитрати становили 3 кВт/год.·м . Проби пермеату як на стадії нанофільтрації, так і на стадії зворотного осмосу відбирали щогодини і аналізували за показниками загальної жорсткості (комплексонометричний метод) і загальний солевміст (сухий залишок - ваговий метод). Методики визначення описані в ГОСТ Р 52407-2005 «Вода питьевая. Методы определения жесткости» [4], ГОСТ 18164-72 «Метод определения содержания сухого остатка» [5]. Приклади виконання за корисною моделлю. Приклад 1. 3 Вихідну морську воду із загальним солевмістом 17 г/дм та загальною жорсткістю 35 3 мг·екв/дм фільтрували через нанофільтраційний плоскорамний елемент. Мембранний елемент 2 містив 9 рамок з робочою поверхнею мембран 2 м . Для нанофільтрації використовували поліамідні мембрани ОПМН-П з розміром пор 0,001 до 0,01 мкм. Фільтрування вели під тиском 1,5 МПа при величині pH 6,5 в режимі перехресних потоків, з коефіцієнтом відбору пермеату 15 3 % до одержання пермеату із загальним солевмістом 9 г/дм і загальною жорсткістю 5,4 3 3 мг·екв/дм . Витрати електроенергії склали 2,5 кВт/год.·м , а міжрегенераційний період становив 1440 год. Отриманий пермеат направляли на очищення зворотним осмосом. Фільтрування вели через плоскорамний мембранний елемент, що складався із 9 рамок з робочою поверхнею мембран 2 2 м . Для зворотного осмосу застосовували поліамідні мембрани ESPA-1 з розміром пор менше 0,001 мкм. Фільтрування вели під тиском 5 МПа та величиною pH 6,5 в режимі перехресних потоків, з коефіцієнтом відбору пермеату 10 % до одержання пермеату загальним солевмістом 3 3 0,5 г/дм та загальною жорсткістю 2 мг·екв/дм , що відповідає ДСанПіН [2]. Витрати 3 електроенергії склали 3,5 кВт/год.·м , а міжрегенераційний період становив 1608 год. Загальні 3 енерговитрати становили 6 кВт/год.·м (Таблиця. Приклад 1). Приклад 2 3 Як вихідну морську воду брали воду із загальним солевмістом 37 г/дм та загальною 3 жорсткістю 37 мг·екв/дм . Обробку вихідної води здійснювали з використанням нанофільтраційного мембранного елемента та зворотноосмотичного мембранного елемента при режимах фільтрування, аналогічних прикладу 1. Дані з якості одержаної води та енерговитрат представлені у Таблиці (Приклад 2). В таблиці також присутні дані щодо показників якості питної води, одержаної із високомінералізованої води за відомим способом [3]. В прикладі 3 відображені дані щодо одержання питної води з попереднім очищенням вихідної води, а в прикладі 4 - без попереднього очищення води. За даними, представленими у таблиці, переваги запропонованого способу одержання питної води із високомінералізованої води у порівнянні з відомим способом [3] полягають у наступному: Реалізація запропонованої баромембраної обробки високомінералізованої води забезпечила: одержання фізіологічно повноцінної питної води за показниками загального солевмісту та загальної жорсткості [2]; 3 3 суттєве зниження енерговитрат з 7,2 кВт/год.·м до 6 кВт/год.·м , тобто на 17 %; суттєве збільшення міжрегенераційного періоду: для нанофільтрації з 710 год. до 1440 год., тобто в 2 рази; а для зворотного осмосу - з 340 год. до 1608 год., тобто в 4,7 разу. Це в свою чергу призвело до збільшення терміну служби мембрани; зниження робочого тиску на зворотноосмотичному мембранному елементі з 5-6 МПа до 3 МПа тобто на 40-50 %, та на нанофільтраційному мембранному елементі - з 3 МПа до 1,5 МПа, тобто на 50 %. Слід відмітити зменшення капітальних затрат за рахунок виключення попереднього очищення при одержанні фізіологічно повноцінної води. 3 UA 71563 U Таблиця Вихідна вода № п/п Одержана вода Загальни Загальна Загальни й жорсткість, й солевміст, 3 солевміст, мгекв/дм г/дм3 г/дм3 Загальна жорсткість, мгекв/дм3 Енерговитрати , кВт/годм3 НФ ЗО Міжрегенераційни й період, год. НФ ЗО 1608 1807 ДСанПін [2] Загальни й солевміст, г/дм3 Загальна жорсткість, мгекв/дм3