Способ очистки воды от микроорганизмов и органических веществ

 

Изобретение относится к водоснабжению и водоподготовке. Сущность способа: неочищенную воду разделяют на два потока, первый поток пропускают через фильтр, вторым потоком смывают задержанные на фильтре микроорганизмы и органические вещества, на обработку озонсодержащим газом подают второй поток воды после смыва, а после обработки озонсодержащим газом второй поток с растворенным в нем озоном возвращают в технологический цикл, смешивая его с неочищенной водой до фильтрации. Обработку озонсодержащим газом второго потока ведут до снижения концентрации загрязнений до уровня неочищенной воды, поступающей на очистку, а взвешенные твердые частицы отделяют от воды. Причем расход воды в первом потоке в 1,5 - 1000 раз больше расхода воды во втором потоке. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к водоснабжению и водоподготовке и может использоваться в различных системах коммунального хозяйства и промышленности, в частности при обработке промышленных и бытовых сточных вод, при обработке воды в системах водоснабжения (водопровод, водоподготовка на промышленных предприятиях) и для получения питьевой воды, а также для обеззараживания воды в плавательных бассейнах и т.п.

Известен способ очистки воды от микроорганизмов и органических веществ, включающий обработку воды озонкислородной газовой смесью, содержащей 5-30% озона. Данный способ экологически более приемлем, но требует больших затрат озона, так как обработке озонкислородной смесью подвергают весь объем воды [1] Известен также способ очистки воды от микроорганизмов и органических веществ, включающий обработку воды озонкислородной смесью и фильтрацию. Дополнительно воду при обработке озоном облучают ультрафиолетовым излучением [2] Данный способ является наиболее близким по технической сущности к предложенному способу.

Принципиально облучение ультрафиолетовыми лучами повышает эффективность очистки воды озоном. Однако в данном способе энергетические затраты на очисту воды остаются высокими, так как озоном обрабатывается весь объем воды. Высокие энергетические затраты являются существенным препятствием к широкому внедрению очистки воды от микроорганизмов озонированием, особенно если обработке подлежат большие массы воды. Например, для населенного пункта с численностью населения 15000 человек при стандартном потреблении воды 300 л/чел в сутки требуется система очистки воды с суточной производительностью 5000 м³. Соответственно, для рассмотренной системы водоснабжения требуется озоновая установка с суточной производительностью 100 кг озона и потреблением электроэнергии 1500 кВт.ч.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в снижении расхода озона на очистку воды от микроорганизмов и органических веществ и, соответственно, снижение энергетических затрат на обработку воды. Дополнительной задачей является улучшение экологической обстановки на водоочистных сооружениях за счет снижения суммарного расхода озона и снижения мощности вспомогательного оборудования (озонаторов, высоковольтных источников питания и т.п.). Кроме того, задачей изобретения является также улучшение качества очистки воды от микроорганизмов.

Технический результат, который можно получить при реализации изобретения, заключается в создании экологически безопасной технологии очистки воды от микроорганизмов и органических загрязнений, позволяющей обрабатывать большие объемы воды с уменьшенным расходом озона, что делает экономически выгодным использовать этот способ при эксплуатации водохозяйственных объектов с объемом обработки в сотни и тысячи литров в сутки.

Для решения поставленной задачи в способе очистки воды от микроорганизмов и органических веществ, включающем обработку воды озонсодержащим газом и фильтрацию, согласно изобретению, неочищенную воду разделяют на два потока, первый поток пропускают через фильтр, вторым потоком смывают задержанные на фильтре микроорганизмы и органические вещества, на обработку озонсодержащим газом подают второй поток воды после смыва, а после обработки озонсодержащим газом второй поток с растворенным в нем озоном возвращают в технологический цикл, при этом расход воды в первом потоке в 1,5-1000 раз больше расхода воды во втором потоке.

Кроме того, второй поток возвращают в технологический цикл, смешивая его неочищенной водой до фильтрации. При этом обработку озонсодержащим газом воды во втором потоке ведут до снижения концентрации микроорганизмов и органических веществ до уровня неочищенной воды, поступающей на очистку, а взвешенные твердые частицы отделяют от воды.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Очищенную воду получают фильтрованием, а уничтожение микроорганизмов и разложение (окисление) органических веществ ведут при повышенной их концентрации в воде, что возможно достичь, смывая задержанные на фильтре микроорганизмы меньшим количеством воды. Подавая на обработку озонсодержащим газом воду с повышенной концентрацией микроорганизмов значительно увеличивают скорость разложения загрязнений. В итоге для уничтожения микроорганизмов и органики, поступивших в технологический цикл, требуется значительно меньше озона и, соответственно, меньшая мощность озонаторов. При этом снижается загазованность озоном помещений очистных сооружений и уменьшается вредное излучение, возникающее при работе высоковольтного оборудования.

Смыв задержанных на фильтре микроорганизмов и загрязнений препятствует накоплению и образованию колоний микроорганизмов на фильтре. Характеристики фильтров остаются неизменными в течение всего срока эксплуатации, что гарантирует высокое качество очистки воды. Фильтры меньше подвергаются воздействию озона, так как его концентрация в воде, поступающей на фильтр, намного ниже, чем при воздействии на микроорганизмы, что также увеличивает срок службы фильтра. Увеличение срока службы фильтра делает экономически целесообразным использование высокоэффективных фильтров, например, ядерных, что повышает качество очистки воды.

При возврате обработанной озоном воды в технологический цикл ее смешивают с неочищенной водой до фильтрации. При этом в неочищенную воду попадает растворенный в воде второго потока озон, а также пузырьки озонсодержащего газа, так что воздействие озона на микроорганизмы и органические вещества начинается еще до фильтра. Это позволяет утилизовать озон, растворенный в воде, а также улучшает условия фильтрации, так как присутствие озона способствует коагуляции органических веществ в воде и окислению их в порах фильтра.

Существенным преимуществом является то, что в предложенном способе обработка воды озонсодеращим газом ведется в своеобразном замкнутом контуре циркуляции второго потока без вывода воды за пределы технологического цикла. Нет необходимости очищать при этом воду до гигиенических норм, и можно прекратить обработку воды озонсодержащим газом при снижении концентрации загрязнений до уровня неочищенной воды, поступающей на очистку.

Образующиеся при воздействии на микроорганизмы взвешенные частицы отделяются от воды второго потока и выводятся из технологического цикла. В результате предотвращается накопление твердых взвешенных частиц в обрабатываемой воде.

Выведенные твердые частицы пропитаны водой с растворенным в ней озоном и сохраняют угнетающее воздействие на развитие микроорганизмов. Исследования показали, что при соотношении расходов в первом и втором потоках 1,5:1 получаем, что концентрация микроорганизмов во втором потоке стабилизируется и дальнейшее увеличение расхода воды во втором потоке приводит только к увеличению затрат озонсодержащего газа и соответственно к увеличению расхода энергии на очистку воды.

Минимальный расход воды во втором потоке определяется скоростью смыва задержанных на фильтре микроорганизмов при соотношениях расходов первого и второго потоков больше, чем 1000:1, наблюдается ухудшение фильтрации при очистке воды в связи с забиванием фильтрующего элемента. Указанные предельные соотношения расходов воды в первом и втором потоках определяют защищаемый изобретением диапазон расходов первого и второго потоков.

Заявителю не известны источники информации, в которых описываются способы очистки воды от микроорганизмов и органических веществ с обработкой воды озоном, в которых использовалось бы разделение воды на два потока, вымыв загрязнений с фильтра и обработка воды озоном при повышенной концентрации микроорганизмов и органических веществ. Заявителю не известны также источники информации, в которых имелись бы рекомендации по режимам обработки воды озоном с разделением на два потока.

На чертеже изображена принципиальная схема технологической установки очистки воды от микроорганизмов и органических загрязнений в соответствии с предложенным способом.

Установка содержит фильтр-камеру 1, разделенную фильтром 2 на две полости 3 и 4. В полость 3 перед фильтром по трубопроводу 5 поступает неочищенная вода с микроорганизмами. Чистая отфильтрованная вода собирается в полости 4 за фильтром и отводится по трубопроводу 6. В полости 3 над фильтров размещено сопло 7 смыва микроорганизмов и органических загрязнений с фильтра и коллектор 8. Сопло 7 соединено с трубопроводом 5 через трубопровод 9. Коллектор 8 соединен трубопроводом 10 с реактором 11, в котором происходит обработка воды озоном. К статору подсоединен также озонатор 12 любого типа, в котором генерируется озонсодержащая газовая смесь. В частности, в промышленных установках можно использовать озонаторы РГО-4.

Можно использовать также озонаторы, использующие ультрафиолетовое излучение, как это сделано в прототипе. Выход реактора 11 соединен циклоном 13, в котором происходит отделение взвешенных частиц. Отработанная вода возвращается в технологический цикл по трубопроводу 14. Излишки газа на выходе из реактора 11 отводятся в дренажный трубопровод 15. Циркуляция воды в технологической установке может обеспечиваться побудителями расхода любого типа, в том числе насосами 16. Фильтр 2 перемещается вдоль лопасти 3 и выполнен в виде замкнутой ленты из фильтрующего материала.

Согласно предлагаемому способу очистки неочищенная вода с микроорганизмами и органическими загрязнениями поступает на очистку по трубопроводу 5 и разделяется на два потока. Первый поток подают в полость 3, фильтруют и собирают в полости 4 фильтр-камеры. Чистую воду отводят по трубопроводу 6. Второй поток подают в сопло 7 над фильтром 3 и смывают задержанные на фильтре микроорганизмы и загрязнения в коллектор 8. Лента фильтра 2 перемещается по замкнутому контуру и подает на смыв очередную порцию задержанных микроорганизмов и загрязнений, освобождаясь от них. Тем самым поддерживаются стабильные характеристики фильтрующего слоя в рабочем цикле фильтрации. Из коллектора 8 концентрированную смесь воды, микроорганизмов и органических загрязнений подают в реактор 11. В реактор 11 подают также озон из озонатора 12 с расходом в 25 мг озона на 1 дм ³ воды во втором потоке. В реакторе воду обрабатывают озонсодержащим газом в течение 3-5 мин, а затем обработанную воду выводят из реактора. Весь процесс обработки воды озоном идет непрерывно. В качестве озонсодержащего газа используют либо смесь озона с воздухом при концентрации озона в смеси 0,75-2,0 об. либо озонкислородную газовую смесь с концентрацией озона в смеси 5-30% Из верхней части реактора излишки озонсодержащего газа и газообразные продукты разложения отводят в дренажный трубопровод 15. Обработанную воду отводят в циклон 14, где отделяют твердые взвешенные частицы, образовавшиеся при обработке воды озонсодержащим газом. Из циклона воду подают во входной трубопровод 5, где она смешивается с неочищенной водой.

Контроль за степенью очистки воды от микроорганизмов на выходе из технологического цикла в трубопроводе 6 или в полости 5 под фильтром, на выходе из реактора 11, и степень загрязнения поступающей воды ведется теми же методами, что и в известных способах.

В зависимости от конкретной ситуации вода в реакторе очищается от микроорганизмов либо до уровней, соответствующих требованиям ГОСТ 2874-82, либо до уровня загрязнения воды, поступающей на очистку.

П р и м е р 1. В лабораторных условиях в воду внесена затравка из культуры Е-coli-(патогенная бактерия, наиболее характерная для воды) и получено 100 дм³ воды с содержанием микрофлоры 25000 шт/дм³. Загрязненная вода обработана в соответствии с настоящим способом. Первый поток в объеме 70 дм³ пропущен через фильтр, а вторым потоком 30 дм³ смыли осадок с фильтра. Содержание микрофлоры во втором потоке составило 78000 шт/дм³. Воду из второго потока обработали в стеклянном барботажном реакторе с проницаемым днищем озонкислородной смесью с содержанием озона 18 мг/дм³, с контролем содержания микрофлоры по времени. В первом потоке (прошедшем через фильтр) микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке после обработки озонсодержащим газом в течение 4 минут количество бактерий Е-сoli было меньше 3 шт в дм³, что соответствует требованиям ГОСТ 2874-82. Вода второго потока возвращена в поток неочищенной воды до фильтрации. Визуально при обработке озонкислородной смесью наблюдалось обесцвечивание воды и исчезал характерный запах белка от внесенной культуры.

П р и м е р 2. Неочищенные сточные воды, имеющие общее микробное число 10³ кл/см³, поступают в трубопровод 5 с расходом 1 м³/ч и фильтруется через ядерный фильтр. Вторым потоком воды с расходом 0,666 м³/ч смывают микроорганизмы с фильтра и подают в реактор. Общее микробное число во втором потоке составило около 10³ кл/см³. Воду второго потока обработали в реакторе барботированием озонкислородной смесью 0,3 м³/ч с содержанием озона 20 мг/дм³ в течение 5 мин. В первом потоке, прошедшем через фильтр, микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке за реактором содержание микрофлоры меньше 3 шт/дм³. Вода второго потока очищалась от взвеси (отстаивание) и возвращалась в трубопровод 5. Содержание микрофлоры во втором потоке перед реактором показывает, что имеет место предварительное воздействие озона, поступающего с возвращаемым вторым потоком на микрофлору и в основном потоке до фильтра.

П р и м е р 3. Неочищенные сточные воды с общим микробным числом 10³ кл/см³ подают на очистку с расходом 1 м³/ч по трубопроводу 5. Воду фильтруют и задержанные на фильтре микроорганизмы смывают потоком неочищенных сточных вод с расходом 0,05 м³/ч и подают в реактор. Общее микробное число на входе в реактор около 10⁴ кл/см³. Воду второго потока обработали озонкислородной смесью 0,05 м³/ч с содержанием озона 22 мг/дм³ в течение 5 мин. В первом потоке, прошедшем через фильтр, микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке за реактором содержание микрофлоры меньше 3 шт/дм³. Вода второго потока очищалась от взвесей (отстаивание) и возвращалась в трубопровод 5. Содержание микрофлоры во втором потоке перед реактором показывает, что имеет место предварительное воздействие озона, поступающего с возвращаемым вторым потоком на микрофлору и в основном потоке до фильтра.

П р и м е р 4. Неочищенные сточные воды с общими микробным числом 10³ кл/см³ подают на очистку с расходом 1 м³/ч по трубопроводу 5. Воду фильтруют и задержанные на фильтре микроорганизмы смывают потоком воды с расходом 0,05 м³/ч и подают в реактор. Общее микробное число на входе в реактор около 10⁴ кл/см³. Воду второго потока обрабатывают в реакторе барботированием озонкислородной смесью 0,25 м³/ч с содержанием озона 18 мг/дм³ в течение 2 мин. В первом потоке, прошедшем фильтр, микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке за реактором содержание микрофлоры по общему микробному числу около 10³ кл/см³. Воду второго потока очищают от взвесей (отстаивание) и возвращают в неочищенные воды.

П р и м е р 5. Речную воду с содержанием микрофлоры 20 кг/см³ подают на очистку с расходом 1 м³/ч. Воду фильтруют, задержанные на фильтре микроорганизмы смывают потоком воды с расходом 0,01 м³/ч и подают в реактор. Загрязнение воды микрофлорой на входе в реактор 1800-1900 шт/см³. Воду второго потока обрабатывают в реакторе озонкислородной смесью 0,01 м³/ч с содержанием озона 22 мг/дм³ в течение 5 мин. В первом потоке, прошедшем через фильтр, микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке за реактором содержание микрофлоры меньше 3 шт/дм³. Воду второго потока после отделения взвеси возвращают в трубопровод 5 перед фильтром.

П р и м е р 6. Речную воду с содержанием микрофлоры 8-10 шт/см³ подают на очистку с расходом 10 м³/ч. Воду фильтруют, задержанные на фильтре микроорганизмы смывают потоком воды с расходом 0,01 м³/ч и подают в реактор. Загрязнение воды на входе в реактор 8000 шт/см³. Воду второго потока обрабатывают в реакторе озонкислородной смесью 0,003 дм³/ч с содержанием озона 25 мг/дм³ в течение 4 мин. В первом потоке за фильтром микрофлоры не обнаружено. Во втором потоке за реактором содержание микрофлоры в воде менее 3 шт/дм³. Воду второго потока после отделения взвеси возвращают в неочищенные сточные воды.

Способ опробован в лабораторных условиях. При промышленных масштабах применения предложенного способа для изготовления реактора можно использовать стекло и нержавеющие стали. Из нержавеющей стали изготавливаются трубопроводы, насосы и арматура. В фильтр-камере можно использовать ленточные фильтры или иные фильтрматериалы. Для генерирования озона пригодны озонаторы любого типа, в частности РГО-4.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МИКРООРГАНИЗМОВ И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, включающий обработку воды озонсодержащим газом и фильтрацию, отличающийся тем, что неочищенную воду разделяют на два потока, при этом первый поток пропускают через фильтр, а второй поток подают на промывку осажденных на фильтре микроорганизмов и органических веществ с последующей обработкой второго потока озонсодержащим газом и возвратом его в технологический цикл, причем расход воды в первом потоке в 1,5 1000 раз больше расхода воды во втором потоке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй поток возвращают в технологический цикл, смешивая его с неочищенной водой до фильтрации.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку воды озонсодержащим газом во втором потоке ведут до снижения концентрации микроорганизмов и органических веществ до уровня неочищенной воды, поступающей на очистку.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед возвратом в технологический цикл второго потока воды осуществляют отделение взвешенных частиц, образовавшихся при обработке воды озонсодержащим газом.

РИСУНКИ

Рисунок 1