Способ очистки воды

Авторы патента:

Касперович Владимир Леонидович (RU)

Межуева Лариса Владимировна (RU)

Бондаренко Виктор Анатольевич (RU)

C02F9/08 - по крайней мере одна ступень является физической обработкой

Владельцы патента RU 2282596:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к физической обработке воды и может быть использовано для получения питьевой воды, отвечающей гигиеническим требованиям. Для осуществления способа, включающего замораживание и оттаивание, сначала проводят замораживание до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а затем оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды в количестве 4-5 мас.% удаляют. Способ обеспечивает повышение степени очистки воды и получение питьевой воды высшей категории. 4 табл.

Способ очистки воды относится к физической обработке воды, а именно к получению питьевой воды, отвечающей гигиеническим требованиям.

Известен способ очистки сточных вод от эмульгированных масел (а.с. №975582, БИ №43, 1982 г.), включающий экстракцию и фильтрацию, причем перед экстракцией проводят замораживание воды до температуры минус 5°С - минус 15°С, а затем ее оттаивают.

Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки воды, т.к. он не обеспечивает очистки воды от примесей и спор бактерий и грибов.

Техническим результатом заявляемого способа очистки воды является повышение степени очистки воды.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки воды, включающем замораживание и оттаивание, замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.

При использовании кавитации в воде в местах неоднородности среды происходят разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков - короткоживущие парогазовые каверны. Скорость их схлопывания очень высока, и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры: высокая температура и, прежде всего, высокое давление. В качестве неоднородностей жидкой среды при этом выступают споры бактерий и грибов, которые при кавитационном взрыве (имплозии) оказываются в центре схлопывания. В результате вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, даже такие споры грибов, как Aspergiliuss niger, которые вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном.

Кроме этого использование кавитации способствует перемещению примесей с более низкой температурой замерзания, чем чистой воды, в центральную часть объема. Поэтому удаление замороженной воды из центральной части обеспечивает удаление вместе с ней и всех вредных примесей. А так как согласно Сан ПиНу 2.1.4.1116 - 02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» в зависимости от качества воды ее подразделяют на 2-е категории: первую и высшую, т.е. наличие вредных веществ, отделяющих их друг от друга, составляет 8-10 мас.%, то удаление этого общего количества примесей дает возможность из питьевой воды первой категории получить воду высшей категории. Таким образом, если удалять менее 8 мас.% воды с примесями, мы не сможем получить воду высшей категории из воды первой категории, не достигнув необходимого качества, а более 10 мас.% экономически не выгодно, т.к. целью не является получение абсолютно чистой воды.

Способ очистки воды осуществляют следующим образом. Воду, предназначенную для очистки с исходными показателями, отраженными в таблице, помещают в рабочую камеру, и с помощью хладагента, например фреона, температуру воды понижают. Когда на поверхности воды образуется корка льда в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл. 1 и 2), содержащая примеси с температурой замерзания выше, чем у чистой воды, ее удаляют, после чего включают источники кавитационного поля. Исходящие ультразвуковые волны под действием сил поверхностного натяжения создают разрывы, принимающие форму пузырьков. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, которая оказывает разрушительное действие на органические соединения и микроорганизмы. Под действием кавитации происходит разрыв оболочки микробной клетки и разрушение ее структуры, а также полная гибель патогенной флоры. При этом возникновение экстремальных параметров, т.е. повышение температуры и давления, позволяет концентрировать примеси в центре камеры.

Для усиления процесса разрушения комплексов в камеру может быть помещен барботер, через который подается сжатый воздух. Причем его включают одновременно с источником кавитационного поля и выключают после того, как вода начнет переходить в твердую фазу. Т.к. температура и скорость замораживания воды значительно превышают повышение температуры, происходящее в результате кавитации, то источник кавитационного поля остается включенным до того, как вода полностью перейдет в твердую фазу (лед), после чего замораживание прекращают. Затем удаляют центральную часть замороженной воды с примесями в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл.3 и 4). Оставшуюся часть воды оттаивают и направляют на дальнейшее использование.

Данные результатов опытов приведены в таблицах 1, 2, 3, 4. Таким образом, по сравнению с прототипом, который практически не производит микробиологической очистки, данный способ позволяет провести полную очистку питьевой воды до высшей категории.

Таблица 1
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды	Класс опасности
Показатели	Единицы измерения	исходной	Класс опасности	при удалении поверхностной замерзшей воды в количестве мас.%	по прототипу
4	4,5	5
1	2	3	4	5	6	7	8
а) показатели солевого и газового состава
Силикаты (по Si)	мг/л	14,0	11.0	9,4	10,2	12	2
Нитраты (по NO)	-"-	26,0	22,0	9,0	8,6	22	3
Цианиды (по CN^-)	-"-	0,045	0,037	0,035	0,036	0,040	2
Сероводород (H₂S)	-"-	0,005	0,004	0,003	0,004	0,004	4
6) токсичные металлы:
Алюминий (Al³⁺)	мг/л	0,33	0,28	0,19	0,23	0,24	2
Барий (Ва²⁺)	-"-	1,2	0,7	0,3	0,4	0,9	2
Берилий (Be²⁺)	-"-	0,00031	0,00025	0,00016	0,00022	0,00023	1
Железо (Fe, суммарно)	-"-	0,38	0,34	0,29	0,30	0,33	3
Кадмий (Cd, суммарно)	-"-	0,00210	0,00150	0,00096	0,00990	0,00160	1
Кобальт (Со, суммарно)	-"-	0,21	0,14	0,09	0,11	0,12	2
Литий (Li⁺)	-"-	0,041	0,036	0,030	0,033	0,036	2
Марганец (Mn, суммарно)	мг/л	0,060	0,054	0,047	0,053	0,055	3
Медь (Cu, суммарно)	-"-	1,4	1,20	0,95	1,10	1,1	3
Молибден (Мо, суммарно)	-"-	0,083	0,077	0,069	0,071	0,074	2
Натрий (Na⁺)	-"-	280	240	26	27	210	2
Никель (Ni, суммарно)	-"-	0,033	0,027	0,014	0,025	0,025	3
Ртуть (Hg, суммарно)	-"-	0,00070	0,00058	0,00025	0,00049	0,00060	1
Селен (Se, суммарно)	-"-	0,026	0,0130	0,0098	0,0140	0,0170	2
Серебро (Ag⁺)	-"-	0,035	0,0270	0,0025	0,0026	0,030	3
Свинец (Pb, суммарно)	-"-	0,012	0,009	0,006	0,008	0,010	2
Стронций (Sr²⁺)	-"-	8,8	7,2	7,0	7,1	7,5	2
Сурьма (Sb, суммарно)	-"-	0,0067	0,0055	0,0049	0,0053	0,0060	2
Хром (Cr⁶⁴)	-"-	0,061	0,057	0,038	0,053		3
Цинк (Zn²⁺)	-"-	8	6	4	5	6	3
в) токсичные неметаллические элементы:
Бор (В, суммарно)	мг/л	0,61	0,57	0,38	0,47	0,52	2
Мышьяк (As, суммарно)	-"-	0,019	0,011	0,008	0,009	0,014	2
Озон***	-"-	0,24	0,170	0,098	0,150	0,130	3
г) галогены:
Бромид-ион	мг/л	0,32	0,27	0,20	0,24	0,26	2
Хлор остаточный связанный	-"-	0,18	0,14	0,10	0,12	0,12	3
Хлор остаточный свободный	-"-	0,09	0,07	0,06	0,07	0,06	3
д) показатели органического загрязнения:
Окисляемость перманганатная	мг O₂/л	4,2	3,2	2,6	2,8	3,5	-
Аммиак и аммоний-ион	-"-	0,21	0,17	0,06	0,12	0,17	-
Нитриты (по NO₂)	-"-	0,9000	0,5700	0,0059	0,010	0,5500	2
Органический углерод	мг/л	12	12	6	8	10	-
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные	-"-	0,072	0,058	0,046	0,057	0,062	-
Нефтепродукты	-"-	0,07	0,06	0,02	0,04	0,057	-
Фенолы летучие суммарно)	мкг/л	0,7	0,6	0,4	0,5	0,5	4
Дибромхлорметан	-"-	12	14	2	4	11	9
Формальдегид	-"-	7,2	6,0	5,0	5,9	6,1	2
Бенз(а)пирен	-"-	0,0063	0,0058	0,0014	0,0026	0,0054	2
Дп(2-этилгексил)фталат	-"-	6,4	7,0	0,4	0,6	5	7
2,4-Д	-"-	1,5	1,2	0,9	1,0	1,2	7
ДДТ (сумма изомеров)	-"-	0,7	0,7	0,4	0,6	0,6	7
Симазим	-"-	0,3	0,4	0,2	0,3	0,3	4
е) комплексные показатели токсичности:
По NO₂ и NO₃	единицы	0,51	0,50	0,08	0,10	0,43	-
По тригалометанов	-"-	0,580	0,590	0,088	0,110	0,51	-

Таблица 2
Показатели	Единицы измерения	По прототипу	Показатели качества воды при удалении поверхностной замерзшей воды и в количестве мас.%
исходной	4,0	4,5	5,0
Микробиологические и паразитологические показатели
а) бактериологические показатели:
ОМЧ при температуре 37°С	КОЕ/мл	23	24	24	20	22
ОМЧ при температуре 22°С		120	125	120	105	110
Общие колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Глюкозоположительные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Споры сульфитредуцирующих клостридий	КОЕ/100 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 20 мл
Aspergiliuss niger	КОЕ/100 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие	отсутствие в 30 мл
Pseudomonas aeruginosa		отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 900 мл	отсутствие в 1500 мл	отсутствие в 1000 мл
б) вирусологические показатели:
Колифаги	КОЕ/100 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 9000 мл	отсутствие в 1700 мл	отсутствие в 1000 мл
в) паразитарные показатели:
Ооцисты криптоспоридий	кол-во/50 л	2	2	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Цисты лямблий	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Яйца гельминтов	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие

Таблица 3
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды	Класс опасности
Показатели	Единицы измерения	исходной	Класс опасности	при удалении внутренней части замерзшей воды в количестве, мас.%	По прототипу
4	4,5	5
1	2	3	4	5	6	7	8
а) показатели солевого и газового состава
Силикаты (по Si)	мг/л	14,0	10,0	9,0	10,0	12	2
Нитраты (по NO)	-"-	26,0	20,0	5,0	8,0	22	3
Дианиды (по CN^-)	-"-	0,045	0,035	0,033	0,035	0,040	2
Сероводород (Н₃S)	-"-	0,005	0,003	0,002	0,003	0,004	4
6} токсичные металлы:
Алюминий (Al³⁺)	мг/л	0,33	0,20	0,10	0,18	0,24	2
Барий (Ba²⁺)	-"-	1,2	0,7	0,1	0,2	0,9	2
Берилий(Be²⁺)	-"-	0,00031	0,00020	0,00010	0,00020	0,00023	1
Железо (Fe, суммарно)	-"-	0,38	0,30	0,28	0,29	0,33	3
Кадмий (Cd, суммарно)	-"-	0,00210	0,00100	0,00090	0,00940	0,00160	1
Кобальт (Со, суммарно)	-"-	0,21	0,10	0,08	0,09	0,12	2
Литий (Li⁺)	-"-	0,041	0,030	0,028	0,029	0,036	2
Марганец (Mn, суммарно)	мг/л	0,060	0,050	0,040	0,050	0,055	3
Медь (Cu, суммарно)	-"-	1,4	1,00	0,90	0,95	1,1	3
Молибден (Мо, суммарно)	-"-	0,083	0,070	0,067	0,068	0,074	2
Натрий (Na⁺)	-"-	280	200	20	24	210	2
Никель (Ni, суммарно)	-"-	0,033	0,02	0,01	0,02	0,025	3
Ртуть (Hg, суммарно)	-"-	0,00070	0,00050	0,00020	0,00040	0,00060	1
Селен (Se, суммарно)	-"-	0,026	0,0100	0,0090	0,0100	0,0170	2
Серебро (Ag⁺)	-"-	0,035	0,025	0,0024	0,0025	0,030	3
Свинец (Pb, суммарно)	-"-	0,012	0,010	0,005	0,010	0,010	2
Стронций (Sr²⁺)	-"-	8,8	7,0	6,8	6,9	7,5	2
Сурьма (Sb, суммарно)	-"-	0,0067	0,0050	0,0047	0,0050	0,0060	2
Хром (Cr⁶⁺)	-"-	0,061	0,050	0,030	0,040	0,053	3
Цинк (Zn²⁺)	-"-	8	5	3	4	6	3
в) токсичные неметаллические элементы:
Бор (В, суммарно)	мг/л	0,61	0,50	0,30	0,40	0,52	2
Мышьяк (As, суммарно)	-"-	0,019	0,010	0,006	0,007	0,014	2
Озон***	-"-	0,24	0,100	0,090	0,100	0,130	3
г) галогены:		г) галогены:
Бромид-ион	мг/л	0,32	0,20	0,18	0,20	0,26	2
Хлор остаточный связанный	-"-	0,18	0,10	0,09	0,10	0,12	3
Хлор остаточный свободный	-"-	0,09	0,05	0,04	0,05	0,06	3
д) показатели органического загрязнения:
Окисляемость перманганатная	мг O₂/л	4,2	3,0	2,0	2,6	3,5
Аммиак и аммоний-ион	-"-	0,21	0,10	0,05	0,10	0,17	-
Нитриты (по NO₂)	-"-	0,9000	0,5000	0,0050	0,009	0,5500	2
Органический углерод	мг/л	12	10	5	7	10	-
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные	-"-	0,072	0,050	0,040	0,050	0,062	-
Нефтепродукты	-"-	0,07	0,05	0,01	0,03	0,057	-
Фенолы летучие (суммарно)	мкг/л	0,7	0,5	0,3	0,4	0,5	4
Дибромхлорметан	-"-	12	10	1	3	11	9
Формальдегид	-"-	7,2	5,0	4,0	5,0	6,1	2
Бенз(а)пирен	-"-	0,0063	0,0050	0,0010	0,0020	0,0054	2
Дп(2-этилгексил)фталат	-"-	6,4	6	0,1	0,4	5	7
2,4-Д	-"-	1,5	1,0	0,8	0,9	1,2	7
ДДТ (сумма изомеров)	-"-	0,7	0,5	0,3	0,4	0,6	7
Симазим	-"-	0,3	0,2	0,1	0,2	0,3	4
е) комплексные показатели токсичности:
По NO₂ и NO₃	единицы	0,51	0,40	0,07	0,09	0,43	-
По тригалометанов	-"-	0,580	0,500	0,080	0,100	0,51	-

Таблица 4
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды
Показатели	Единицы измерения	По прототипу	исходной	при удалении внутренней части замерзшей воды в количестве мас.%
4,0	4,5	5,0
Микробиологические и паразитологические показатели
а) бактериологические показатели:
ОМЧ при температуре 37°С	КОЕ/мл	23	24	22	18	21
ОМЧ при температуре 22°С		120	125	110	92	100
Общие колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Глюкозоположительные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Споры сульфитредуцирующих клостридий	КОЕ/100 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 30 мл	отсутствие в 25 мл
Aspergiliuss niger	КОЕ/100 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20	отсутствие в 30 мл	отсутствие в 30 мл
Pseudomonas aeruginosa		отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 1000 мл	отсутствие в 2000 мл	отсутствие в 1200 мл
б) вирусологические показатели:
Колифаги	КОЕ/100 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 1000 мл	отсутствие в 2000 мл	отсутствие в 1200 мл
в) паразитарные показатели:
Ооцисты криптоспоридий	кол-во/50 л	2	2	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Цисты лямблий	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Яйца гельминтов	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие

Способ очистки воды, включающий замораживание и оттаивание, отличающийся тем, что замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.

Изобретение относится к способам подготовки воды методом обратного осмоса и может быть использовано в химической, энергетической и других областях промышленности для получения питательной воды энергетических котлов и систем парообразования в аммиачном производстве.

Способ получения обессоленной воды и воды высокой чистоты для ядерных энергетических установок научных центров // 2276110

Изобретение относится к области получения обессоленной воды и воды высокой чистоты для ядерных энергетических установок при очистке маломинерализированных низкоактивных жидких радиоактивных отходов.

Устройство для обессоливания жидких радиоактивных отходов // 2275337

Изобретение относится к атомной экологии и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов. .

Многофункциональная автоматизированная комплексная учебно-исследовательская лаборатория // 2248942

Изобретение относится к области средств обучения (учебного процесса, обучающим устройствам), в частности к изучению техники и технологии автоматизированных систем водоснабжения, автоматического управления системой водоснабжения в учебном процессе, к техническим средствам новых информационных технологий обучения.

Способ извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // 2217389

Изобретение относится к способам выделения ионов тяжелых металлов сорбцией на целлюлозосодержащих сорбентах из растворов различной природы, образующихся после проведения разнообразных технологических процессов, и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.

Станция глубокой доочистки сточных вод // 2161140

Изобретение относится к станциям глубокой доочистки сточных вод и может быть использовано для глубокой доочистки биологически очищенных сточных вод перед выпуском их в водоем или при использовании в замкнутых системах промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, а также при устройстве плавательных бассейнов и при подготовке питьевой воды, преимущественно из открытых весьма загрязненных источников водоснабжения.

Станция водоподготовки // 2161139

Изобретение относится к станциям водоподготовки и может быть использовано преимущественно для удаления марганца и железа из воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Станция доочистки сточных вод // 2161138

Изобретение относится к станциям доочистки сточных вод и может быть использовано для доочистки биологически очищенных сточных вод перед выпуском их в водоем, а также в замкнутых системах промышленного водоснабжения, при устройстве плавательных бассейнов и при подготовке питьевой воды преимущественно из открытых весьма загрязненных источников водоснабжения.

Способ очистки сточных вод картофелекрахмального производства // 1390196

Изобретение относится к способам обработки сточных вод крахмальных заводов, вырабатывающих картофельный крахмал и утилизирующих отходы основного лроизводства - картофельный сок и мезгу.

Установка для очистки сточных вод прачечных от синтетических поверхностно-активных веществ // 1386591

Изобретение относится к очистке сточных вод прачечных от синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). .

Способ глубокого обессоливания пресных и солоноватых вод // 2283288

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для получения глубоко обессоленной воды из пресных и солоноватых вод

Способ получения частично деминерализованной воды // 2286840

Изобретение относится к области подготовки воды и может быть использовано для получения воды для питания энергетических котлов и котлов утилизаторов кислотных производств

Способ приготовления питьевой воды "иверская" // 2293067

Изобретение относится к приготовлению очищенных, артезианских вод с кондиционированием по солевому составу, применяемых в качестве питьевой, столовой и лечебной вод

Способ получения осветленной воды // 2294794

Изобретение относится к области обработки воды и стоков и может быть использовано для получения осветленной воды для питания водооборотных циклов аммиачного производства

Способ очистки воды // 2303004

Изобретение относится к области способов очистки воды путем замораживания и оттаивания и может найти применение в пищевой, фармацевтической, химической, энергетической и других отраслях промышленности

Установка для очистки и обеззараживания воды // 2304561

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки для питьевого и технического водоснабжения

Установка для очистки и обеззараживания воды // 2305073

Способ очистки промывных вод гальванических производств и устройство для его осуществления // 2309127

Изобретение относится к очистке промышленных стоков, в частности к очистке промывных вод гальванических производств

Способ и устройство для очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ // 2320548

Изобретение относится к области очистки технологических и сточных вод от нефтепродуктов и других загрязнений

Система ионообменной химической очистки и обратноосмотического обессоливания воды для котлов тепловых электростанций // 2322402

Изобретение относится к области тепловой и промышленной энергетики и может быть использовано для обеспечения потребителей химочищенной и/или обессоленной водой или их смесью