Способ очистки воды и модульное устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки, и может быть использовано при снабжении питьевой водой потребителей, расположенных в местах временного пребывания, или не требующих значительного расхода воды, в частности, объектов малого градостроительства, а также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения. Проводят предварительную очистку исходной воды, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию, вторую стадию озонирования и финишную очистку. Причем предварительно определяют содержание разлагаемых озоном примесей. На первой и второй стадиях озонирования генерируют количество озона, превышающее необходимое не более чем на 7%. На финише проводят очистку консорциумом микроорганизмов, содержащим микроорганизмы, присущие данной местности, размещенным в модуле финишной очистки. Способ обеспечивает повышение качества отработанной воды при снижении себестоимости очистки. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки, и может быть использовано при снабжении питьевой водой потребителей, расположенных в местах временного пребывания, или не требующих значительного расхода воды, в частности объектов малого градостроительства, а также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения.

Безреагентная очистка воды достаточно широко известна в различных областях техники. Использование электрических полей для выделения различных ионов, а также уничтожения болезнетворных бактерий достаточно широко используется в различных отраслях техники, а также в медицине. Однако известные способы и устройства не позволяют при этом устранить органические загрязнения, кроме того, они являются энергоемкими и требуют использования высокого напряжения, что препятствует их широкому применению.

Известна также очистка воды посредством ее озонирования. Однако данный способ также не нашел широкого распространения в связи с разрушительным действием озона на материалы оборудования, а также консорциумы микроорганизмов, позволяющих проводить биологическую очистку воды.

Достаточно перспективно объединение безреагентной очистки воды с использованием озонирования, поскольку при его реализации не требуется использования каких- либо реагентов, а не использованный в процессе водоочистки озон самопроизвольно разлагается, не загрязняя при этом окружающую среду.

Известна, в частности, модульная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, C 02 F 1/78, 1997), содержащая модуль предварительной очистки, модуль озонирования, выполненный в виде последовательно установленных первой и второй колонн озонирования, модуль электрокоагуляции, подключенный между колоннами озонирования, модуль финишной очистки, содержащий узел тонкой фильтрации и УФ-реактор, и силовой модуль. Модульное выполнение установки позволяет при необходимости легко перевозить ее, что делает установку удобной для развертывания во временных поселениях. При использовании установки исходную воду предварительно очищают с использованием модуля предварительной очистки, обычно содержащем гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. Предварительно очищенную воду озонируют в два этапа, между которыми проводят обработку воды электрокоагуляцией, после второго этапа озонирования из воды удаляют соли с последующей финишной очисткой и УФ-обеззараживанием. Хотя в результате и получается вода, соответствующая квалификации "питьевая", все же процесс нельзя признать оптимальным, поскольку практически полностью исключена очистка воды микроорганизмами, приводящая к улучшению качества получаемой воды. Использование двух стадий озонирования без ограничения количества генерируемого озона и без учета состава и количества загрязнений приводит к повышению содержания озона в очищаемой среде после колонн озонирования и соответственно к гибели микроорганизмов в оборудовании, в том числе и фильтре тонкой очистки. Хотя в тексте описания и в зависимых пунктах формулы изобретения указано на границы использованных концентраций озона в обеих колоннах озонирования, а также на операцию разрушения не прореагировавшего озона после второй стадии озонирования, а также на участие микроорганизмов в процессе очистки воды, все же в процессе эксплуатации было выяснено, что при незначительном количестве загрязнений, и вызванном им малом расходе озона микроорганизмы в модулях оборудования погибают практически полностью и не участвуют в очистке воды. Кроме того, при этом происходит значительное воздействие озона на оборудование, что сокращает время непрерывной работы оборудования и, следовательно, себестоимость очищаемой воды.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке безреагентного способа очистки воды, позволяющего повысить качество получаемой воды.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в снижении себестоимости очистки воды с повышением ее качества.

Для достижения указанного технического результата предложено предварительно оценивать содержание разлагаемых озоном примесей в очищаемой воде, затем осуществлять забор очищаемой воды в модуль предварительной очистки, производить предварительную очистку воды с удалением грубодисперсных примесей и взвешенных частиц из воды, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию с удалением органических примесей, вторую стадию озонирования, обессоливание воды, тонкую фильтрацию воды и УФ-стерилизацию очищенной воды, причем при первом и втором озонировании количество озона, подаваемого в очищаемую воду, должно не более чем на 7% превышать количество озона, необходимое для процесса очистки, а на стадии финишной очистки воды используют консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, присущие данной местности, и размещенный в модуле финишной очистки. После стадии электрокоагуляции вода может быть дополнительно очищена фильтрацией. Для этой цели желательно использовать фильтр с плавающей загрузкой, на которой может быть размещен консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, характерные для точки отбора воды. В качестве плавающей загрузки может быть использованы вещества с положительной плавучестью, в частности силикагель и/или активированный уголь. После второй стадии озонирования вода может быть собрана в баке - накопителе. На стадии предварительной очистки воду предпочтительно пропускают через гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. Предпочтительно в качестве фильтра грубой очистки использовать набор металлических сеток, на которые может быть подано напряжение, создающее электрическое поле, отталкивающее элементы загрязнения. Забор воды на очистку, а также движение воды по системе очистки предпочтительно осуществляют посредством насосов. В качестве фильтров тонкой очистки предпочтительно используют набор микромодулей полых волокон, на внутренней поверхности которых расположен консорциум микроорганизмов. Колонны озонирования и соединенные с ними генераторы озона выполнены с возможностью регулирования подачи озона в колонны. Регулирование может быть выполнено как использованием частичного удаления генерированного озона в атмосферу, так и путем управления процессом генерирования электрическими параметрами. Кроме того, модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью перемешивания, предпочтительно турбулентного, очищаемой воды вместе с плавающей нагрузкой. Модуль электрокоагуляции содержит электроды, выполненные из алюминия или алюминиевого сплава, подключенные с возможностью изменения полярности электродов.

В процессе очистки вода поступает на стадию предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. Затем при первом озонировании происходит уничтожение микроводорослей, частичное окисление органических загрязнений и окисление ионов металлов переменной валентности до высших степеней окисления. Озонированная вода поступает на стадию электрокоагуляции, где происходит электрокоагуляция органических примесей. Использование алюминиевых электродов приводит к более полной очистке воды. При использовании фильтрации с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Использование перемешивания увеличивает контакт очищаемой воды с плавающей загрузкой и расположенными на ней колониями микроорганизмов. На второй стадии озонирования происходит доокисление органических примесей и практически полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов. На последующей стадии обессоливания происходит удаление солей жесткости и солей железа. Тонкая фильтрация удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от остаточных неорганических и органических примесей посредством консорциума микроорганизмов. Финишная УФ - стерилизация очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум.

На чертеже приведена схема модульной установки, преимущественно используемой при реализации способа.

Модульная установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр 3 грубой очистки, колонну 4 первого озонирования с генератором 5 озона, модуль 6 электрокоагуляции, модуль 7 фильтрации с плавающей загрузкой, вторую колонну 8 озонирования с генератором 9 озона и деструктором 10 озона, бак-накопитель 11, насос 12, модуль 13 обессоливания, фильтр 14 тонкой очистки, УФ-реактор 15 и силовой модуль 16. Погружной насос 1, гидроциклон 2 и фильтр 3 грубой очистки входят в состав модуля 17 предварительной очистки. Колонна 4 первого озонирования, колонна 8 второго озонирования, генераторы 5 и 9 озона, а также деструктор 10 озона входят в состав модуля 18 озонирования. Фильтр 14 тонкой очистки и УФ-реактор 15 составляют модуль 19 финишной очистки. Силовой модуль 16 электрически соединен с насосами 1 и 12, генераторами 5 и 9 озона, деструктором 10 озона, модулями 6 и 13 и УФ-реактором 15.

В качестве модуля электрокоагуляции и модуля обессоливания предпочтительно использовать электролизеры с алюминиевыми электродами. В качестве силового модуля может быть использована дизель-генераторная установка или линия электропитания. Предпочтительно использовать электролизеры и УФ-реактор, выполненные с возможностью изменения режимов работы.

Реализация изобретения происходит следующим образом.

Предварительно определяют содержание удаляемых с использованием озона примесей в подлежащей очистке воде. С учетом проведенных измерений определяют необходимую концентрацию озона, которая должна быть генерирована в первой и второй колоннах озонирования.

Очищаемую воду из источника (открытый водоем или артезианская скважина) посредством насоса 1 подают в гидроциклон 2, где происходит отделение взвешенных частиц, размер которых превышает 5 мкм, и грубодисперсных примесей. После гидроциклона 2 вода поступает в фильтр 3 грубой очистки, где происходит отделение нерастворимых примесей и, в случае использования металлических сеток и подачи на них электрического потенциала, частичное удаление ионов металлов. В очищенную подобным образом воду в колонне 4 первого озонирования вводят озон с концентрацией примерно 0,001 кг/м³, определенную на первом этапе. Происходит уничтожение болезнетворных микроорганизмов, уничтожение микроводорослей, окисление ионов металлов в высшие степени окисления и частичное окисление органических соединений, присутствующих в воде. Вода, содержащая остаточные количества озона, из колонны 4 озонирования поступает в модуль 6 электрокоагуляции, в котором происходит коагуляция коллоидных органических соединений. Присутствие остаточных количеств озона усиливает процесс коагуляции. При перемещении очищаемой воды от колонны 4 к модулю 7 происходит самопроизвольное распадение озона, и вода, поступившая в модуль 7, практически озона не содержит. Это приводит к появлению на плавающей загрузке, в качестве которой использован активированный уголь, консорциума микроорганизмов. Консорциум может быть внесен на плавающую загрузку искусственно или быть выделен в ходе работы установки. Плавающая загрузка практически полностью задерживает коагулированные органические соединения. Во второй колонне озонирования 8 в очищаемую воду вводят озон с концентрацией 0,0013 кг/м³, которая определена на первом этапе, при этом происходит доокисление органических примесей и полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов и микроорганизмов консорциума, размещенного на плавающей загрузке и с потоком воды поступившего во вторую колонну озонирования. По возможности на выходе колонны 8 проводят контроль концентрации остаточного озона. В том случае, если концентрация достаточно высока и может вызвать гибель консорциума микроорганизмов, размещенного в блоке финишной очистки 19, то проводят, с использованием деструктора 10 озона, разложение излишков озона. На второй стадии озонирования происходит окисление оставшихся органических загрязнений. Практически очищенная от органических загрязнений вода поступает в модуль 13 обессоливания. Модуль обессоливания практически полностью удаляет соли жесткости и соединения группы железа. После модуля 13 обессоливания вода поступает в модуль 14 финишной очистки, в котором механически и под действием консорциума микроорганизмов происходит окончательное выделение нерастворимых и растворимых примесей до уровня, соответствующего питьевой воде. УФ-реактор, расположенный на выходе модуля 14, очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум.

Использование способа позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат, с низкой себестоимостью и высокого качества.

Формула изобретения

1. Способ очистки воды, включающий предварительную очистку, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию, вторую стадию озонирования и финишную очистку, отличающийся тем, что предварительно определяют содержание разлагаемых озоном примесей, на первой и второй стадиях озонирования генерируют количество озона, превышающее необходимое не более чем на 7%, причем дополнительно на финише проводят очистку консорциумом микроорганизмов, содержащим микроорганизмы, присущие данной местности, и размещенным в модуле финишной очистки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии электрокоагуляции дополнительно проводят очистку с использованием фильтра с плавающей загрузкой.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве плавающей загрузки используют силикагель и/или активированный уголь.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после второй стадии озонирования воду собирают в баке-накопителе.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии предварительной очистки воду пропускают через гидроциклон и/или фильтр грубой очистки.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фильтра грубой очистки используют набор сеток.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии финишной очистки воду последовательно пропускают через фильтр тонкой очистки, содержащий консорциум микроорганизмов, и УФ-реактор.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки используют набор микромодулей полых волокон.

9. Модульное устройство очистки воды, содержащее модуль предварительной очистки воды, модуль озонирования, модуль электрокоагуляции, модуль фильтрации с плавающей загрузкой, модуль обессоливания, модуль финишной очистки и силовой модуль, причем модуль предварительной очистки расположен между источником исходной воды и входом модуля озонирования, содержащего последовательно соединенные первую и вторую колонны озонирования, к которым подключены соответственно первый и второй генераторы озона, между колоннами озонирования последовательно подключены модуль электрокоагуляции и модуль фильтрации с плавающей загрузкой, выход модуля озонирования соединен с входом модуля обессоливания, выход которого соединен с входом модуля финишной очистки, содержащего последовательно соединенные фильтр тонкой очистки и УФ-реактор, силовой модуль электрически соединен с генераторами озона, модулем электрокоагуляции, модулем обессоливания и модулем финишной очистки, отличающееся тем, что колонны озонирования и генераторы озона выполнены с возможностью регулирования подачи озона в колонны, модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью перемешивания очищаемой воды вместе с плавающей загрузкой, а модуль электрокоагуляции содержит электроды, выполненные из алюминия или алюминиевого сплава и подключенные с возможностью изменения полярности электродов.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью турбулентного перемешивания.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит бак-накопитель и/или насос, последовательно расположенные после второй колонны озонирования.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что модуль предварительной очистки содержит последовательно установленные насос, гидроциклон и/или фильтр грубой очистки.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки использованы микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположен консорциум микроорганизмов.

РИСУНКИ

Рисунок 1