Опреснительная установка с использованием принципа обратного осмоса.

Водоопреснительные установки, использующие принципы обратного осмоса пока не получили широкого использования в судовых энергетических установках.

Метод опреснения морской воды так называемого обрат­ного осмоса обусловлен существованием сольватов.

Основу таких опреснителей составляет мембрана, явля­ющаяся проницаемой для воды и непроницаемой для рас­творенных в ней солей (сольватов). Забортная вода с одной стороны мембраны находится под давлением, превышающим осмотическое.

Осмос (от греч. osmos — толчок, давление), диффузия рас­творителя через т.н. полупроницаемую (проницаемую для молекул растворителя и непроницаемую для молекул раство­ренных веществ) перегородку, разделяющую раствор и чис­тый растворитель или два раствора различной концентрации. По мере проникновения растворителя через перегородку со стороны раствора возникает избыточное гидростатическое давление на перегородку, при определенном значении кото­рого (т. и. осмотическое давление) процесс Осмоса прекра­щается. Осмос имеет очень важное значение в жизненных явлениях и технике.

Под действием осмотического давления часть воды без со­лей проходит через мембрану, а оставшаяся с повышенным содержанием солей удаляется за борт.

Осмотическое давление при температуре забортной воды 25 °С и солесодержании 1 г/л составляет 0,07 МПа, а при соле­содержании 50 г/л — 40,4 МПа. Мембраны в таких опресни­тельных установках выполняются из триацетата целлюлозы в виде пучка полых волокон с внутренним диаметром 40 мкм и наружном 85-200 мкм.

Для опреснительных установок обратного осмоса необ­ходима предварительная обработка морской воды, которая заключается в следующем: вода проходит через сеточный фильтр с размером ячейки 0,3 мм, центробежный сепаратор для отделения ила и песка с размером частиц более 20 мкм, далее через песчаный фильтр и затем поступает к насосу с давлением 5-7 МПа. При работе таких опреснителей необхо­димо постоянно контролировать и регулировать установлен­ные нормы водяного режима.

Принципиальная схема опреснителя фирмы «RОСНЕМ» представлена на рис. 134.

Рис. 134. Принципиальная схема опреснителя фирмы «RОСНЕМ» с диско-трубными модулями:

1 — подкачивающие насосы; 2 — песочный фильтр; 3 — пат­ронные фильтры; 4 — насос высокого давления; 5 — корпус диско — трубных модулей; 6 — раскисляющий фильтр

Система, работающая на принципе обратного осмоса явля­ется модульной системой, разработанной с учетом техничес­ких требований для обессоливания морской воды. Предварительная очистка морской воды производится в песчаном фильтре 2 и фильтр-патроне 3. песчаный фильтр за­полняется песком, песчинки которого имеют разные размеры по диаметру: 3,0-5,0 мм 210 кг, 2,0-3,0 мм 350 кг, 0,3-0,7 мм 420 кг — всего 880 кг. В корпусе патронного фильтра находят­ся 6 патронных фильтров.

Морская вода подаётся одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и пропускается через него и далее через фильтр-пат­рон 3 для прокачки мембранных ДТ- модулей 5. Она прохо­дит через серию связанных мембранных фильтров и часть её в виде обессоленной чистой воды стекает в трубопровод отвода в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт.

Получаемая обессоленная вода содержит растворенный в воде углекислый газ СО, его наличие понижает РН до 6,0-6,5.

Присутствие в воде свободного углекислого газа вызывает коррозию железа, в результате чего вода окрашивается в ко­ричневый цвет. Для исключения данного явления в системе отвода обессоленной воды установлен раскисляющий фильтр 7. Раскисляющий фильтр заполнен доломитом — веществом способным поглощать углекислый газ. После прохождения обессоленной воды через доломит РН устанавливается 7,0.

Рассмотрим устройство и сущность обессоливания морс­кой воды в мембранном диско-трубном модуле.

Схема капсулы модуля и мембраны показаны на (рис. 135а, 135б), а общий вид капсулы в сборе приведена на рис. 136.

Длина капсулы модуля 1000 мм

Диаметр капсулы 226 мм

Вес капсулы 49 кг

Количество мембранных вставок/подушек 169 шт

Количество гидравлических дисков 170 шт

Рис. 135. Схема капсулы диско — трубного модуля:

а) капсула модуля в сборе; б) мембрана модуля 1 — фланец верхний; 2 — кольцевая полость опресненной поды; 3 — стержень блока мембран; 4 — фланец нижний;

5 — корпус диско-трубного модуля; 6 — блок мембран. А — вход морской воды;

В — выход опресненной воды; С — выход рассола.

Рис. 136. Схема конструкции диско—трубного модуля в сборе с блоком мембран:

1 — патрубок выхода опресненной воды; 2 — патрубок вхо­да морской воды;

3 — металличесикй корпус модуля; 4 — стер­жень блока мембран; 5 — блок мебран;

6 — фланец верхний; 7 — патрубок выхода рассола

Основными составляющими частями модуля являются диско- мембранные блоки и цилиндрический корпус обо­лочки, работающий под давлением. Мембранные подушки одеты на центральный стержень внутри цилиндрического корпуса модуля. Каждая мембрана с обеих сторон покрыта промокательными дисками и образуют самостоятельную сек­цию-подушку. Диско — мембранный блок вставлен внутрь цилиндрического корпуса оболочки. Отверстия цилиндри­ческого корпуса закрыты фланцами с кольцевыми проклад­ками. Промокательные диски, покрывающие мембранную подушку, удерживают давление на ее поверхности.

Процесс опреснения обусловлен существованием сольватов. Морская воды под давлением 10-15 МПа прокачивает­ся сквозь металлические корпуса капсул модуля и наличие мембран, которые имеют сечение на порядок меньше, чем размеры сольватов, пропускают воду. Поэтому сольваты остают­ся на поверхности мембран, внутри корпуса капсулы, а вода свободная от растворенных солей, попадает в сборник чистой воды, расположенный вокруг центрального отверстия. Отту­да чистая вода вытекает через кольцевую полость, располо­женную у центрального отверстия — В - и удаляется.

Мембранное пространство и сборник чистой воды устро­ены как разделительная часть гидравлического диска. Разде­лительное пространство образует открытый канал пресной воды.

Таким образом по пути к разгрузочному отверстию — С-, выходу рассола, морская вода проходит через каждую мем­бранную секцию. Солевой компонент морской воды увеличивается в секциях по мере того, как чистая вода в каждой секции отделяется от морской.

В результате такого явления создаётся тенденция к на­коплению мельчайших коллоидных частиц на поверхности мембран и по этой причине происходит снижение производи­тельности опреснителя и повышенное солесодержание чистой воды. При снижении производительности мембраны в процес­се эксплуатации на 10-15% необходимо производить химочистку по рекомендации фирмы изготовителя «RОСHЕМ».

Система оборудована клапанами, позволяющими произво­дить химочистку с применением химикатов закрытой цирку­ляцией, в процессе которой коллоидные грязные частицы и кристаллы, находящиеся на поверхности мембран, могут быть очищены и удалены в специальный очистной танк. Давление воды в процессе промывки должно быть 10-20 бар, и темпе­ратура воды 35-45^о С.

Одновременно производят промывку песчаного фильтра способом обратной промывки с подачей сжатого воздуха с давлением 1 бар в течении 15 минут. После этого фильтр — патроны заменяют, при нормальной работе обессолевателя фильтр — патроны должны меняться через каждые 700 часов его работы и при каждой химической промывке.