Установка получения питьевой воды

 

Изобретение относится к очистке воды, а именно к безреагентной водоподготовке, 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. Также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения. Установка содержит последовательно установленные блок предварительной очистки, колонны озонирования с генераторами озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой, накопительный бак, угольный фильтр и блок тонкой очистки, а также силовой блок, к которому подключен генератор озона. Использование установки позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат за счет использования в качестве дополнительного очищающего агента колоний микроорганизмов при одновременном активном воздействии озона. 8 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.

Известна, в частности, блочная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, С 02 F 1/78, 1997), содержащая последовательно установленные блок предварительной очистки, колонну озонирования с генератором озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой, блок тонкой очистки, а также силовой блок, к которому подключен генератор озона, причем она дополнительно содержит накопительный бак, установленный между фильтром с плавающей загрузкой и блоком тонкой очистки. Блок предварительной очистки выполнен с возможностью, по меньшей мере, удаления механический частиц размером свыше 20 мкм, высота столба воды в колонне озонирования составляет не менее 4 метров. Накопительный бак выполнен с возможностью возвращения воздушно-озоновой смеси в любой из предыдущих блоков очистки, причем указанное возвращение осуществляют как за счет избыточного давления, создаваемого подушкой, так и за счет насоса, установленного на магистрали возврата. Блок тонкой очистки выполнен с возможностью отделения механический частиц свыше 5 мкм. Установка может дополнительно содержать камеру хлопьеобразования, расположенную между блоком коагуляции и фильтром с плавающей загрузкой, причем камера хлопьеобразования выполнена таким образом, что время нахождения в ней воды составляет не менее 4 мин. В установке может быть использован блок электрокоагуляции, причем площадь электродов электрокоагулятора составляет 1 м² на расход очищаемой воды от 0,5 до 1,5 м³/час, или блок коагуляции с использованием жидкостных коагулянтов. Установка может также дополнительно содержать блок обессоливания, установленный между блоком предварительной очистки и колонной озонирования. Предпочтительно, блок обессоливания выполнен в виде электролизера и соединен с силовым блоком. Установка может дополнительно содержать перед и/или после фильтра с плавающей загрузкой аналогичные колонны озонирования, генераторы озона которых подключены к силовому блоку. Преимущественно, накопительный бак выполнен с возможностью тангенциального ввода воды. При этом обычно, накопительный бак выполнен таким образом, что время нахождения воды в накопительном баке составляет не менее 20 мин. Предпочтительно, дополнительно на выходе блока тонкой очистки установлен блок УФ-обработки, подключенный к силовому блоку. Обычно, мощность блока УФ-обработки составляет до 20 Вт на 1 м³/час. Недостатком известной установки следует признать недостаточную ее эффективность, обусловленную отсутствием контролируемого генерирования озона, что приводит к уничтожению микроорганизмов в фильтре с плавающей загрузкой и блоке тонкой очистки остаточными количествами озона.

Известна также блочная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, С 02 F 1/78, 1997), содержащая блок (модуль) предварительной очистки, блок (модуль) озонирования, выполненный в виде первой и второй колонн озонирования, блок (модуль) электрокоагуляции, подключенный между колоннами озонирования, блок (модуль) финишной очистки, содержащий узел тонкой фильтрации и УФ-реактор, и силовой блок (модуль), включающий насосы. При использовании установки исходную воду предварительно очищают с использованием блока предварительной 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, пригодная для питья, все же процесс нельзя признать оптимальным, поскольку также практически полностью исключена очистка воды микроорганизмами. Использование двух стадий озонирования 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, все же в процессе эксплуатации было выяснено, что при незначительном количестве загрязнений, и вызванном им малом расходе озона, микроорганизмы в блоках оборудования погибают практически полностью и не участвуют в очистке воды. Кроме того, при этом происходит значительное воздействие озона на оборудование, что сокращает время работы оборудования и, следовательно, себестоимость очищаемой воды.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке безреагентной установки очистки воды, позволяющей повысить качество получаемой воды.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении возможности очистки значительно загрязненной воды до квалификации "питьевая" за счет использования колоний микроорганизмов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать установку, содержащую последовательно установленные блок предварительной очистки, колонну первичного озонирования с первым генератором озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой, колонну вторичного озонирования со вторым генератором озона, блок тонкой очистки, накопительный бак, а также силовой блок, к которому подключены генераторы озона и используемые насосы, причем установка дополнительно содержит угольный фильтр, установленный после накопительного бака, при этом накопительный бак, установленный между фильтром с плавающей загрузкой и блоком тонкой очистки, выполнен с подключением к источнику подачи воздуха в нижнюю часть указанного бака, а верхняя часть бака соединена с атмосферой с возможностью удаления поступившего в бак воздуха, при этом обе колонны озонирования заполнены инертной относительно действия воды и озона насадкой. Предпочтительно, степень заполнения указанной насадкой колонн составляет 75 об.% относительно объема колонн. В качестве насадки могут быть использованы керамика, стекло, цеолиты, керамзит и т. д. Перед блоком предварительной очистки может быть установлен бак-сборник исходной воды. Блок тонкой очистки выполнен с возможностью отделения механически частиц свыше 5 мкм. Установка может дополнительно содержать камеру хлопьеобразования, расположенную между блоком коагуляции и фильтром с плавающей загрузкой. В установке может быть использован блок электрокоагуляции или блок коагуляции с использованием жидкостных коагулянтов. Установка может также дополнительно содержать блок обессоливания, установленный между блоком предварительной очистки и колонной озонирования. Предпочтительно, блок обессоливания выполнен в виде электролизера и соединен с силовым блоком. Установка может дополнительно содержать блок УФ-обработки, установленный после угольного фильтра и подключенный к силовому блоку. Преимущественно, накопительный бак выполнен с возможностью тангенциального ввода воды. Преимущественно, блок предварительной очистки содержит гидроциклон, и/или фильтр грубой очистки, и/или маслоотделитель, а блок тонкой очистки выполнен в виде намотанного патронного фильтра или в виде модуля полых волокон. На выходе установки может быть установлен узел дополнительного обеззараживания, предпочтительно, выполненный в виде блока хлорирования или фторирования.

Установка работает следующим образом. В процессе очистки вода поступает на стадию предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц. 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 коагуляции, где происходит коагуляция органических примесей, а также гидроксидов ионов, плохо растворимых в воде. На фильтре с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические и неорганические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Очищенная подобным образом вода поступает во вторую колонну озонирования, где происходит уничтожение микроорганизмов, вымытых водой из плавающей загрузки, доокисление органических загрязнений и неорганических ионов. После второй колонны озонирования вода поступает в промежуточный бак, в котором происходит частичное отделение непрореагировавшего озона от воды. Из промежуточного бака вода поступает в фильтр тонкой очистки, который удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от взвешенных частиц размером более 5 мкм. Из фильтра тонкой очистки вода поступает в накопительный бак. Поступающий в нижнюю часть накопительного бака сжатый воздух, предпочтительно, с расходом 1,5 м³/час, поднимаясь по толще воды вверх, захватывает не прореагировавший ранее озон и уносит его через отверстие, расположенное в верхней части накопительного бака. Это позволяет исключить деструктор озона из конструкции накопительного бака, что уменьшает себестоимость установки, а также уменьшить концентрацию генерированного в колонне озона. Указанная подача может быть осуществлена посредством компрессора или баллона со сжатым воздухом. Очищенная от избыточного озона вода поступает в угольный фильтр, где происходит очистка воды активированным углем и колониями микроорганизмов, расположенных на угольном фильтре. Унесенные водой микроорганизмы дезактивируют в блоке УФ-обработки.

На стадии предварительной очистки возможно отделение органических гидрофобных загрязнений типа масел. При значительной минерализации исходной воды предпочтительно после блока предварительной очистки использовать блок обессоливания. При использовании камеры хлопьеобразования после блока коагуляции в указанной камере происходит практически полная коагуляция гидроксидов металлов и органических соединений. Забор воды на очистку, а также движение воды по системе очистки предпочтительно осуществляют посредством насосов.

На чертеже приведена схема преимущественного варианта реализации установки.

Установка содержит бак исходной воды 1, блок 2 предварительной очистки, колонну 3 первичного озонирования, блок 4 коагуляции, фильтр 5 с плавающей загрузкой, колонну 6 вторичного озонирования, блок 7 тонкой очистки, накопительный бак 8, средство 9 подачи воздуха, угольный фильтр 10, блок 11 УФ-очистки.

В качестве модуля электрокоагуляции и модуля обессоливания предпочтительно использовать электролизеры, преимущественно с инертными 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.

Установка в предпочтительном варианте реализации работает следующим образом.

Очищаемую воду из источника (открытый водоем, артезианская скважина, линия водоснабжения) подают в бак 1 исходной воды. Из него насосом любого типа воду перекачивают в блок 2 предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц (до 15-16 мкм). Затем вода поступает в колонну 3 первого озонирования, заполненную на 75% керамическими кольцами. В колонну 3 поступает озон с расходом 5 мг/дм³ очищаемой воды. При этом происходит уничтожение микроводорослей, частичное окисление органических загрязнений и окисление ионов металлов переменной валентности (железо, НСО₃ ^- и т. д. ) до высших степеней окисления. Озонированная вода поступает в блок 4 коагуляции, где происходит коагуляция органических примесей, а также гидроксидов ионов, плохо растворимых в воде. На фильтре 5 с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические и неорганические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Очищенная подобным образом вода поступает во вторую колонну 6 озонирования, где происходит уничтожение микроорганизмов, вымытых водой из плавающей загрузки, доокисление органических загрязнений и неорганических ионов. После второй колонны 6 озонирования вода поступает в промежуточный бак (не показан), в котором происходит частичное отделение непрореагировавшего озона от воды. Из промежуточного бака вода поступает в фильтр 7 тонкой очистки, который удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от взвешенных частиц размером более 5 мкм. Из фильтра 7 тонкой очистки вода поступает в накопительный бак 8. Поступающий в нижнюю часть накопительного бака 8 сжатый воздух с расходом 1,5 м³/час, поднимаясь по толще воды вверх, захватывает не прореагировавший ранее озон и уносит его через отверстие, расположенное в верхней части накопительного бака 8. Это позволяет исключить деструктор озона из конструкции установки, что уменьшает ее себестоимость, а также уменьшить концентрацию генерированного в колонне озона. Указанная подача может быть осуществлена посредством компрессора 9 (или баллона со сжатым воздухом). Очищенная от избыточного озона вода поступает в угольный фильтр 10, где происходит очистка воды активированным углем и колониями микроорганизмов, расположенных на угольном фильтре 10. Унесенные водой микроорганизмы дезактивируют в блоке УФ-обработки 11. Очищенная вода поступает потребителю или в бак-сборник (не показан).

Использование установки позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат и с низкой себестоимостью за счет использования в качестве дополнительного очищающего агента колоний микроорганизмов при одновременном активном воздействии озона.

Формула изобретения

1. Установка получения питьевой воды, содержащая последовательно установленные блок предварительной очистки, колонну первичного озонирования с первым генератором озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой, колонну вторичного озонирования со вторым генератором озона, блок тонкой очистки, накопительный бак, а также силовой блок, к которому подключены генераторы озона и используемые насосы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит угольный фильтр, установленный после накопительного бака, при этом накопительный бак, установленный между фильтром с плавающей загрузкой и блоком тонкой очистки, выполнен с подключением к источнику подачи воздуха в нижнюю часть указанного бака, а верхняя часть бака соединена с атмосферой с возможностью удаления поступившего в бак воздуха, при этом обе колонны озонирования заполнены инертной относительно действия воды и озона насадкой.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что степень заполнения указанной насадкой колонн составляет 75 об.% относительно объема колонн.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве насадки использованы керамика, и/или стекло, и/или цеолиты, и/или керамзит.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перед блоком предварительной очистки установлен бак-сборник исходной воды.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит камеру хлопьеобразования, расположенную между блоком коагуляции и фильтром с плавающей загрузкой.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что использован блок электрокоагуляции или блок коагуляции с использованием жидкостных коагулянтов.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок обессоливания, установленный между блоком предварительной очистки и колонной озонирования.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что блок обессоливания выполнен в виде электролизера и соединен с силовым блоком.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок УФ-обработки, установленный после угольного фильтра и подключенный к силовому блоку.

РИСУНКИ

Рисунок 1