Способ очистки питьевой воды и устройство для его осуществления

 

Назначение: изобретение относится к области безреагентной водоподготовки, в частности микробиологической, и может быть использовано для снабжения питьевой водой объектов малого градостроительства, ремонтно-восстановительных и спасательных служб, временных поселков строителей и т.д. как в освоенных для жилья условиях, так и в автономном режиме в экстремальных условиях. Сущность изобретения: установка содержит модуль предварительной очистки, модуль озонирования, модуль финишной очистки и силовой модуль. Модуль озонирования выполнен в виде первой и второй колонн озонирования с подключенными генераторами озона. Между колоннами подключен модуль электрокоагуляции. Модуль финишной очистки содержит последовательно соединенные фильтр тонкой очистки и УФ-реактор. 2 с. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области безреагентной водоподготовки, в частности микробиологической, и может быть использовано для снабжения питьевой водой объектов малого градостроительства, ремонтно-восстановительных и спасательных служб временных поселков строителей и т.д. как в освоенных для жилья условиях, так и в автономном режиме в экстремальных условиях.

В связи с хозяйственной деятельностью человека и общим ухудшением экологии значительно снизилось качество воды, используемой на хозяйственно-питьевые нужды. Особенно это характерно для объектов малого градостроения (деревень, сел, поселков), а также временных поселений спасателей, ремонтников, строителей, детских учреждений типа летних лагерей труда и отдыха, армейских учений, т.е. ситуаций, когда невозможно использовать устройства долговременной водоподготовки.

Известна модульная установка для очистки нефтесодержащих вод (см. "Установка для очистки нефтесодержащих вод МУОНВ-1". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Санкт-Петербург, 1995, с. 66 72), содержащая модуль предварительной очистки воды в виде водозаборного устройства с предфильтром, насос(помпа), модуль озонирования, фотохимический реактор. Исходная вода поступает в модуль предварительной очистки, где очищается от взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. Затем она поступает под действием насоса в фотохимический реактор, совмещенный с модулем озонирования, где происходит одновременно обработка озоном и УФ-облучением. Обработанная вода поступает в бак-отстойник, в котором происходит доочистка воды от остаточных органических загрязнений действием растворенного в воде озона. Непрореагировавший озон уничтожают в устройстве дожигания при подаче очищенной воды потребителю.

Недостатком известной установки и способа очистки воды следует признать принципиальную невозможность получения очищенной воды, соответствующей квалификации "питьевая", поскольку не обеспечено удаление солей, не полностью удаляются органические загрязнения и микроорганизмы, а также взвешенные частицы.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка установки и способа очистки воды до квалификации "питьевая", способной работать автономно в полевых условиях и в условиях малых поселений.

Технический эффект, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении малых поселений, а также групп людей, работающих в экстремальных ситуациях, чистой питьевой водой без капитальных затрат.

Изобретение представляет собой установку и способ очистки питьевой воды.

Установка содержит модуль предварительной очистки, модуль озонирования, модуль электрокоагуляции, модуль обессоливания, модуль финишной очистки и силовой модуль, причем модуль озонирования выполнен в виде первой и второй последовательно соединенных колонн озонирования с подключенными генераторами озона, при этом между колоннами озонирования подсоединен модуль электрокоагуляции, а модуль финишной очистки содержит последовательно соединенные фильтр тонкой очистки и УФ-реактор. Кроме того, установка может дополнительно содержать модуль фильтрации с плавающей загрузкой, вход которого соединен с выходом модуля электрокоагуляции, а выход со входом второй колонны озонирования, вход промывочных вод для модуля фильтрации с плавающей загрузкой подключен перед модулем обессоливания. Между второй колонной озонирования и модулем обессоливания могут быть расположены бак-накопитель и/или фильтр предварительной очистки. Преимущественно использованы погружные насосы с расположенными на входе сетками. В качестве фильтра предварительной очистки преимущественно используют сетки и/или нетканые материалы и/или их комбинации. Колонны озонирования преимущественно используют с эжекторным механизмом ввода озона. Желательно, чтобы вторая колонна озонирования содержала деструктор нерастворившегося в воде озона. Модуль фильтрации с плавающей загрузкой желательно подключить для промывки к магистрали выхода второй колонны озонирования, в частности с выходом бака накопителя, если он использован. В качестве плавающей загрузки преимущественно используют куски активированного угля, силикагеля или любой другой материал с развитой поверхностью и положительной плавучестью, причем на развитой поверхности обычно располагают колонии микроорганизмов-очистителей воды. В качестве фильтра тонкой очистки преимущественно используют микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположены колонии микроорганизмов-очистителей воды.

Способ очистки воды включает следующие операции: забор очищенной воды, предварительная очистка, первое озонирование, электрокоагуляцию, второе озонирование, обессоливание, тонкую (финишную) фильтрацию и УФ-облучение. После стадии электрокоагуляции вода может быть дополнительно очищена фильтром с плавающей загрузкой. На стадии предварительной очистки воду преимущественно пропускают через гидроциклоны и/или фильтр грубой очистки. Преимущественно на стадии первого озонирования используют концентрацию озона 0,8 - 1,2·10^-3 кг/м³ очищаемой воды, а на стадии второго озонирования свыше 10·10^-4 кг/м³ очищаемой воды. Не растворившийся в воде озон на стадии второго озонирования преимущественно разрушают.

Заявитель отмечает, что для достижения указанного технического результата необходимо и достаточно использовать совокупность признаков, введенных заявителем в независимые пункты формулы изобретения. Признаки, введенные в зависимые пункты формулы изобретения, развивают и дополняют совокупности признаков, изложенные в независимых пунктах формулы, показывая преимущественный вариант реализации изобретения. Однако признаки, введенные в зависимые пункты формулы, не ограничивают варианты реализации изобретения.

На чертеже приведена схема преимущественной реализации установки. Модульная установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр грубой очистки 3, колонну первого озонирования 4 с генератором озона 5, модуль электрокоагуляции 6, модуль фильтрации с плавающей загрузкой 7, вторую колонну озонирования 8 с генератором озона 9 и деструктором озона 10, бак-накопитель 11, насос 12, модуль обессоливания 13, фильтр тонкой очистки 14, УФ-реактор 15 и силовой модуль 16. Погружной насос 1, гидроциклон 2 и фильтр грубой очистки 3 составляют модуль предварительной очистки 17, колонна первого озонирования 4, колонна второго озонирования 8, генераторы озона 5 и 9, деструктор озона 10 составляют модуль озонирования 18, фильтр тонкой очистки 14 и УФ-реактор 15 составляют модуль фильтрационной очистки 19. Силовой модуль 16 электрически соединен с насосами 1 и 12, генераторами озона 5 и 9, деструктором озона 10, модулями электрокоагуляции 6, обессоливания 13 и УФ-реактором 15.

В качестве модуля электрокоагуляции преимущественно использован электролизер с инертными катодами. В качестве модуля обессоливания также использован электролизер. Режимы работы электрокоагуляторов и УФ-реактора зависят от степени и видов загрязнения воды. В качестве силового модуля может работать дизель-генераторная установка или установка может быть подключена к линии электропитания.

Способ очистки реализуют следующим образом. Очищенную воду из открытого водоема или артезианской скважины насосом 1 подают на вход гидроциклона 2, где происходит очистка воды от взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. При необходимости очистку повторяют на фильтре грубой очистки 3. В очищенную подобным образом воду в колонне первого озонирования 4 вводят небольшое количество озона, что позволяет продезинфицировать воду, уничтожить водоросли, обитающие в ней, окислить ионы железа и марганца и частично окислить органические загрязнения, находящиеся в воде. Кроме того, присутствие озона обеспечивает оптимальный режим и максимальную эффективность последующей электрокоагуляции коллоидных органических веществ. Образующиеся при этом нерастворимые соединения удерживаются плавающей загрузкой в фильтрах с плавающей загрузкой при одновременной очистке воды колониями микроорганизмов. Последующая стадия озонирования избыточным количеством озона приводит к окончательной дезинфекции воды и окислению оставшихся органических веществ. Практически очищенная от органических загрязнений вода поступает на стадию обессоливания, где происходит удаление из воды солей жесткости и железа. Стадия тонкой фильтрации удаляет из воды практически все загрязнения не только из-за задерживающей способности микромодулей полых волокон, но и из-за воздействия колоний микроорганизмов, живущих в волокнах. В УФ-реакторе обеспечивается дополнительная дезинфекция воды.

Предлагаемая техническая схема водоподготовки питьевой воды отличается высокой универсальностью и гибкостью как по технологическим параметрам очищаемой воды, так и по конструктивному исполнению. В зависимости от характеристик водозабора, региональных требований к качеству очистки, климатических условий эксплуатации базовая модель, соответствующая независимым пунктам формулы изобретения, может быть дополнительно укомплектована унифицированными блоками, гарантирующими высокое качество получаемой воды.

Формула изобретения

1. Способ очистки питьевой воды, включающий забор исходной воды, УФ-облучение воды, озонирование и фильтрацию ее и подачу потребителю, отличающийся тем, что исходную воду предварительно очищают, последующее озонирование проводят в два этапа, между которыми проводят обработку воды электрокоагуляцией, озонированную на втором этапе воду обессоливают, фильтруют через фильтр тонкой очистки и обрабатывают УФ-облучением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии электрокоагуляции воду дополнительно фильтруют через фильтр с плавающей загрузкой.

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

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для первого озонирования используют концентрацию озона 0,8 1,2·10^-3 кг на 1м³ очищаемой воды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для второго озонирования используют концентрацию озона свыше 10·10^-3 кг на 1 м³ очищаемой воды.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при втором озонировании не растворившийся в воде озон разрушают.

7. Модульная установка для очистки питьевой воды, содержащая модуль предварительной очистки воды, модуль озонирования, силовой модуль и УФ-реактор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит модуль электрокоагуляции, модуль обессоливания и модуль финишной очистки, причем вход модуля предварительной очистки соединен с источником исходной воды, выход с входом модуля озонирования, содержащего последовательно соединенные первую и вторую колонны озонирования с подключенными к ним первым и вторым генераторами озона, между колоннами озонирования подключен модуль электрокоагуляции, 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.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит модуль фильтрации с плавающей загрузкой, вход которого соединен с выходом модуля электрокоагуляции, а выход с входом второй колонны озонирования.

9. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бак-накопитель и/или насос, последовательно расположенные после второй колонны озонирования перед модулем обессоливания.

10. Установка по пп. 8 и 9, отличающаяся тем, что модуль фильтрации с плавающей загрузкой соединен подающей магистралью промывных вод с магистралью перед модулем обессоливания.

11. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что модуль предварительной очистки содержит последовательно соединенные насос, гидроциклон и/или фильтр грубой очистки.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что использован погружной насос.

13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что входное отверстие погружного насоса защищено сеткой.

14. Установка по п.12, отличающаяся тем, что в качестве фильтров грубой очистки использованы сетки, и/или нетканые материалы, и/или их комбинации.

15. Установка по п.7, отличающаяся тем, что колонны озонирования снабжены эжекторами для ввода озона от генераторов.

16. Установка по п.7, отличающаяся тем, что вторая колонна озонирования снабжена деструктором излишков озона.

17. Установка по п.8, отличающаяся тем, что в качестве плавающей загрузки использованы материалы с развитой поверхностью и положительной плавучестью.

18. Установка по п.7, отличающаяся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки использованы микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположены колонии микроорганизмов.

19. Установка по пп.7, 9 и 11,отличающаяся тем, что силовой модуль электрически соединен с генераторами озона, насосом, модулем электрокоагуляции, модулем обессоливания и модулем тонкой очистки.