Система очистки воды

 

Изобретение относится к очистке и обеззараживанию воды. Система очистки воды содержит, по крайней мере, два блока, причем первый блок содержит по крайней мере один фильтровальный аппарат, который состоит из емкости, содержащей фильтрующий слой из цеолита, а второй блок состоит из емкости, внутри которой находится УФ лампа. Два блока соединены друг с другом посредством трубопровода для перекачки воды. Фильтрующий слой состоит по крайней мере из 50 мас.% природного цеолита с диаметром пор 0,05-5 нм. Давление в фильтрующем слое составляет 1-4 бар и интенсивность света УФ лампы составляет 300-500 Дж/м². В качестве источника природного цеолита используют клиноптилолит и/или морденит. Система обеспечивает очистку воды от патогенных микроорганизмов, таких, как Cryptosporidium, и получение питьевой воды, а также может быть использована для очистки воды открытых плавательных бассейнов. Система может быть применена в качестве недорогой эффективной мобильной формы организации очистки и обеззараживания воды в полевых условиях. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение касается системы и способа очистки воды. Более конкретно, изобретение касается системы и способа очистки воды от патогенных микроорганизмов, таких, как Griardia и Cryptosporidium.

Загрязненная питьевая вода представляет большую проблему и вызывает неострые заболевания, но также и серьезные болезни и даже смерть. В США был зарегистрирован ряд серьезных вспышек эпидемий, являющихся следствием загрязнения воды. Особенно вредное действие оказывают содержащиеся в воде паразиты Griardia и Cryptosporidium. Главная проблема, связанная с этими микроорганизмами, состоит в том, что их невозможно эффективно удалить из воды, применяя известные способы. Такие микроорганизмы могут находиться повсюду в мире, но чаще всего в жарких странах, и они вызывают диарею, боли в желудке и тошноту. Наиболее серьезная вспышка эпидемии криптоспоридиоза в США произошла в Милуоки в 1993 г. Во время этой эпидемии от загрязненной питьевой воды заболели 400000 человек.

Обычно питьевую воду очищают в несколько стадий, таких как флоккуляция, седиментация, фильтрование через песок и хлорирование. Однако микроорганизмы обладают невероятной способностью приспосабливаться к различным изменяющимся условиям и они постепенно становятся устойчивыми к обычным бактерицидным системам и дезинфицирующим средствам. Например, Cryptosporidium устойчив к хлору и может выдерживать концентрацию 3% хлора в течение 18 ч. Однако Всемирная организация здравоохранение (ВОЗ) (WHO) рекомендует содержание в питьевой воде не более 0,5% хлора.

В патенте США 5935431 описан аппарат, в котором объединены фильтрование и стерилизация. В этом аппарате поступающая вода вначале фильтруется через фильтрующий слой, состоящий, например, из активированного угля, адсорбирующей смолы, цеолита, катализаторов восстановления, бумаги, полимеров, глины, металлов и т.д. Фильтрующий материал в таком аппарате служит для отделения дисперсных частиц органических или неорганических соединений от поступающей в аппарат воды. Если необходимо удалить неорганические вещества, такие, как тяжелые металлы или сульфиты, фильтрующий материал предпочтительно представляет собой ионообменную смолу, цеолит или катализатор восстановления. Фильтрат, т.е. фильтрованную исходную воду, затем подвергают действию УФ излучения и обработке озоном, причем обработка озоном приводит к гибели бактерий.

Cryptosporidium, устойчивые к хлору, также весьма устойчивы к УФ излучению и к озону. Озон в концентрации 1 ч/млн в течение 5 мин приводит к уничтожению только 90% микроорганизмов. Однако такие высокие концентрации озона не допускаются; допустимы только концентрации 0,4 ч/млн озона в очищенной воде, предназначенной для использования в качестве питьевой воды.

В патенте США 5935431 не указано, сколько ч/млн озона добавляли к воде после фильтрования, но этот способ имеет тот недостаток, что при обработке озоном образуются продукты разложения из погибших бактерий. Воду, выходящую из аппарата, не рекомендуется непосредственно использовать в качестве питьевой воды, с одной стороны, из-за образовавшихся продуктов разложения и, с другой стороны, из-за возможного присутствия в ней остаточного озона.

И Griardia, и Cryptosporidium в своих жизненных циклах проходят через стадию спор. Споры значительно меньше, чем активные микроорганизмы, и ооцисты Cryptosporidium могут иметь размеры до 4 мкм. В настоящее время такие маленькие частицы можно отделить только методами ультрафильтрации или обратного осмоса, но такие методы слишком дороги, чтобы использовать их для очистки больших объемов воды.

Таким образом, существует большая потребность в новой системе для очистки питьевой воды, которая способна очистить ее от Griardia, Cryptosporidium и других имеющихся в воде патогенных микроорганизмов.

Одна из задач настоящего изобретения заключается том, чтобы создать систему и способ, с помощью которых воду, содержащую Griardia и Cryptosporidium, можно эффективно очищать с превосходными результатами.

Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания.

Эти задачи достигаются при помощи системы и способа в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Коротко говоря, настоящее изобретение касается системы очистки воды, содержащей по крайней мере два блока, из которых первый блок содержит по крайней мер один фильтровальный аппарат, который состоит из емкости, содержащей фильтрующий слой цеолита, и второй блок состоит из емкости, в которой находится УФ лампа. Два блока соединены друг с другом при помощи трубопровода для перекачки воды. В соответствии с изобретением, фильтрующий слой содержит по крайней мере 50 мас.% природного цеолита с диаметром пор 0,05-5 нм. Давление в фильтрующем слое составляет 1-4 бар и УФ лампа имеет интенсивность света 300-500 Дж/м² .

Неожиданно было обнаружено, что превосходные результаты достигаются, если воду, содержащую Griardia и Cryptosporidium, очищают, используя способ и систему очистки в соответствии с настоящим изобретением. Предварительные результаты показывают, что достигается, по существу, полное удаление Griardia и Cryptosporidium.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже, частично со ссылкой на сопровождающий описание чертеж. Не следует считать, что чертеж ограничивает объем настоящего изобретения.

На чертеже показано схематическое изображение системы, соответствующей предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Системы очистки воды в соответствии с настоящим изобретением содержат по крайней мере два блока. Первый блок содержит по крайней мере один фильтровальный аппарат 1, который состоит из емкости 2, содержащей фильтрующий слой 3 из цеолита. Второй блок 4, который служит для УФ облучения, состоит из емкости 5, в которой находится УФ лампа 6. В системе имеется вход 9, расположенный в фильтровальном аппарате 1, и выход 10, расположенный в блоке УФ облучения 4. Два блока соединены друг с другом трубопроводом 7 для перетока воды и вода проходит через систему очистки в направлении, показанном стрелкой P1.

Фильтрующий слой 3 состоит по крайней мере из 50 мас.% природного цеолита, который предпочтительно представляет собой клиноптилолит и/или морденит. Цеолит имеет диаметр пор 0,05-5 нм, предпочтительно 0,08-3 нм и наиболее предпочтительно 0,1-1 нм. Размер зерен цеолита составляет 0,1-2,5 мм, предпочтительно 0,6-2,0 мм.

Фильтрующий слой 3 имеет внутреннюю фильтрующую поверхность 50-600 м ²/г, предпочтительно 200-500 м²/г, и во время работы давление в фильтрующем слое составляет 1-4 бар, предпочтительно 1,5-3,5 бар. Давление важно для того, чтобы уплотнить цеолит в фильтрующем слое 3 и обеспечить желаемую очищающую способность. Давление в фильтрующем слое должно быть достаточно высоким, чтобы частицы размером более 1 мкм улавливались и оставались на фильтре. Давление можно регулировать при помощи насоса (не показан) для подачи исходной воды. Дросселирующий клапан 11 после фильтровального аппарата 1 дает возможность быстро повышать давление в фильтровальном аппарате.

Помимо природного цеолита фильтрующий слой 3 может также содержать монтмориллонит, кварц, полевой шпат и горный хрусталь вулканического происхождения.

Цеолит в фильтрующем слое должен обладать определенной прочностью, чтобы он мог быть устойчивым к давлению в фильтрующем слое, и он должен выдерживать давление по крайней мере 2,5 бар, предпочтительно по крайней мере 4 бар, и также должен быть способен выдерживать колебания давления вплоть до 6 бар.

Если используются несколько фильтровальных аппаратов, они могут быть соединены или параллельно, или последовательно.

УФ излучение с длиной волны 200-280 нм, предпочтительно 254 нм, испускает лампа 6 с фильтром UV-C. Интенсивность света должна быть предпочтительно 300-500 Дж/м², более предпочтительно 350-450 Дж/м² и наиболее предпочтительно 400-430 Дж/м ². УФ излучение с обычной интенсивностью света 250 Дж/м² не дает желаемого эффекта уничтожения микроорганизмов.

Чтобы гарантировать, что размер частиц будет меньше 1 мкм в любой момент времени в процессе очистки, а также после обратной промывки, проводимой для очистки фильтра, можно поместить рукавный фильтр 8 между фильтровальный аппаратом 1 и блоком УФ облучения 4. Рукавный фильтр 8 предпочтительно изготовлен из полипропилена и имеет размер отверстий менее 1 мкм. В качестве альтернативы рукавному фильтру 8 можно (по схеме, не показанной на фигуре) после обратной промывки для очистки фильтровального аппарата 1 воду, выходящую из фильтровального аппарата, возвращать через вход 9 в фильтровальный аппарат 1 до тех пор, пока давление в фильтрующем слое 3 не станет достаточно высоким.

Настоящее изобретение также касается способа очистки воды, в особенности от Cryptosporidium, в котором воду подвергают действию описанной выше системы очистки для получения питьевой воды.

Хотя преимущества изобретения были описаны по отношению к питьевой воде, систему очистки можно, конечно, использовать для очистки других типов воды, из которых особый интерес представляет вода для открытых плавательных бассейнов.

При оказании помощи районам бедствия и странам, пострадавшим от войны, важно иметь под рукой надежные, быстро действующие, простые и дешевые системы для очистки воды. Один вариант осуществления изобретения касается мобильной очистной системы для использования в полевых условиях, которая включает систему очистки, описанную выше. В этом случае система очистки монтируется на трейдере и содержит насос для забора поверхностной воды из водоемов, грязевой фильтр, фильтровальные аппараты с фильтрующим слоем из цеолита, возможно, рукавный фильтр, источник УФ излучения, оборудование для хлорирования и сборник для очищенной воды.

Формула изобретения

1. Система для очистки воды, содержащая по крайней мере два блока, в которой первый блок содержит, по крайней мере, один фильтровальный аппарат (1), который состоит из емкости (2), содержащей фильтрующий слой (3) из цеолита, а второй блок (4) состоит из емкости (5), внутри которой находится УФ лампа (6), причем эти два блока соединены друг с другом при помощи трубопровода (7) для перекачки воды, отличающаяся тем, что фильтрующий слой (3) состоит по крайней мере из 50 мас.% природного цеолита с диаметром пор 0,05-5 нм, давление в фильтрующем слое составляет 1-4 бар, а УФ лампа (6) имеет интенсивность света 300-500 Дж/м² .

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что природный цеолит в фильтрующем слое (3) предпочтительно состоит из клиноптилолита и/или морденита.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что фильтрующий слой (3) имеет внутреннюю фильтрующую поверхность 50-600 м²/г.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что фильтрующий слой (3) имеет внутреннюю фильтрующую поверхность 200-500 м²/г.

5. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что цеолит имеет диаметр пор 0,08-3 нм.

6. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что цеолит имеет диаметр пор 0,1-1 нм.

7. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что интенсивность света УФ лампы (6) составляет 350-450 Дж/м².

8. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что интенсивность света УФ лампы (6) составляет 400-430 Дж/м².

9. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что давление в фильтровальном аппарате (1) составляет 1,5-3,5 бар.

10. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что давление в фильтровальном аппарате (1) составляет 2,5-3,4 бар.

11. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что размер зерна цеолита составляет 0,1-2,5 мм.

12. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что размер зерна цеолита составляет 0,6-2,0 мм.

13. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что между фильтровальным аппаратом (1) и блоком для УФ облучения (4) расположен рукавный фильтр (8), чтобы обеспечить размер частиц менее 1 мкм также после обратной промывки фильтровального аппарата (1).

14. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что цеолит в фильтрующем слое (3) выдерживает давление по крайней мере 2,5 бар.

15. Способ очистки воды, в особенности от Cryptosporidium, отличающийся тем, что воду подвергают действию системы очистки по пп.1-14 для получения питьевой воды.

16. Способ очистки воды, в особенности от Cryptosporidium, отличающийся тем, что воду подвергают действию системы очистки по пп.1-14 для получения воды, пригодной для открытых плавательных бассейнов.

РИСУНКИ