Способ глубокой очистки воды

Изобретение относится к области экологии, в частности к многостадийным способам очистки и обеззараживания питьевой воды, и может быть использовано для создания установок доочистки и кондиционирования водопроводной воды на объектах питьевого водоснабжения индивидуального и коллективного пользования. Способ глубокой очистки воды включает предварительную фильтрацию обрабатываемой воды на первой стадии микрофильтрации через пористый фильтрующий элемент, выполненный в виде трубки из пористого титана или радиационно-модифицированного пористого полиэтилена с размером пор 1-5 мкм, в направлении, перпендикулярном движению воды, с периодическим отводом части обрабатываемой воды в направлении движения воды для использования ее в технических нуждах, усреднение расхода воды после предварительной фильтрации до величины 15-20 л/час с последующей обработкой путем насыщения в потоке ионами обеззараживающего агента, в качестве которого используют серебро, до обеспечения концентрации серебра 0,1-0,0025 мг/л, сорбционной обработкой, второй стадии микрофильтрации через пористый фильтрующий элемент, выполненный из керамики или металлокерамики с размерами пор 0,2-0,4 мкм, и дегазацией. Изобретение позволяет получить недорогую, надежную и экологически чистую технологию очистки питьевой воды. 5 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области экологии, в частности к многостадийным способам очистки и обеззараживания питьевой воды в бытовых условиях, и может быть использовано для создания установок доочистки и кондиционирования водопроводной воды на объектах питьевого водоснабжения индивидуального и коллективного пользования, таких как квартиры, детские и медицинские учреждения и т.п.

Постоянно растущая потребность населения в питьевой воде создает проблему обеспечения потребителя экологически безопасной питьевой водой, в частности в России соответствующей ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая», а также санитарным правилам и нормам - СанПиН 21.4.559-2002. Качество водопроводной воды, подаваемой потребителю для использования в питьевых целях, подчас не соответствует требованиям существующих стандартов, в частности, этому способствует изношенность большинства водопроводных сетей. Для получения экологически безопасной и кондиционированной питьевой воды требуется создание недорогих способов глубокой комплексной доочистки водопроводной воды непосредственно перед подачей ее потребителю.

Известны многочисленные способы очистки питьевой воды перед подачей ее потребителю с использованием природных сорбентов, таких как уголь, цеолит, шунгит, гематит, кварц и другие, а также их различных сочетаний (RU, патент №2074120, C 02 F 1/28, 1997 г., RU, патент №2100282, C 02 F 1/28, 1997 г., RU, патент №2174956, C 02 F 1/28, 1999 г. и другие).

Общими недостатками известных способов являются сложность их использования в бытовых условиях из-за невозможности контроля за изменением сорбционной емкости используемых сорбентов для предотвращения «залповых» выбросов накопленных сорбентами загрязнений и микроорганизмов, и, как следствие этого, необходимость периодической регенерации или замены сорбентов, что существенно усложняет и удорожает процесс доочистки питьевой воды, особенно для индивидуальных пользователей.

Известны также способы очистки питьевой воды перед подачей ее потребителю с использованием природных сорбентов, модифицированных ионным серебром (RU, патент №2077494, C 02 F 1/28, 1997 г.; RU, патент №2049053, C 01 B 31/08, 1995 г. и другие). Известные способы позволяют повысить степень очистки и обеззараживания питьевой воды, в частности, от хлорорганики и микрофлоры, чувствительной к ионному серебру.

Недостатками известных способов являются сложность приготовления сорбентов, импрегнированных серебром, а также вымывание в процессе очистки воды ионов серебра и унос их потоком очищаемой воды, что, с одной стороны, приводит к необходимости периодической замены сорбента, что удорожает и усложняет очистку воды, а с другой - к увеличению содержания серебра в очищенной воде, превышающего его предельно допустимую концентрацию.

Известен комплексный способ глубокой очистки и кондиционирования воды, согласно которому обрабатываемую воду подвергают предварительной фильтрации, сорбционной обработке и финишной микрофильтрации на фильтрующих элементах с размером пор 0,5-10 мкм. При этом в процессе очистки используют многочисленные сорбенты, а в том числе может быть использован бактерицидный сорбент - серебряная форма активного угля (WO 96/20139, C 02 F 9/00, 1996 г.).

К недостаткам известного способа, в частности для использования в быту, относятся его сложность и дороговизна из-за использования многочисленных сорбентов с недостаточно высоким ресурсом работы, которые необходимо периодически заменять (или регенерировать).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является многоступенчатый способ глубокой очистки воды, согласно которому обрабатываемую воду подвергают предварительной фильтрации на многослойной сетке из нержавеющей стали с преимущественным размером ячеек 50-80 мкм, затем воду последовательно подают на микрофильтрацию через пористый пропилен с преимущественным размером пор 10-20 мкм, на сорбционную обработку и финишную микрофильтрацию, при этом перед микрофильтрацией и сорбционной обработкой периодически при помощи дозатора вводят обеззараживающий агент, содержащий диамминаргенат-ионы. Предпочтительно обработку воды ведут при скорости потока - 300-600 л/час (RU, патент №2188165, C 02 F 9/04, 2002 г.).

Недостатками этого способа также являются его сложность и дороговизна, особенно при использовании в бытовых условиях. Прежде всего, достаточно сложен и трудоемок способ получения обеззараживающего агента с последующим многостадийным его дозированием в обрабатываемую воду. Кроме того, работа установки, на которой реализован известный способ, предполагает перерывы в работе - технологические остановки.

Задачей изобретения является получение недорогой, надежной и экологически чистой технологии очистки питьевой воды в бытовых условиях.

Технический результат, полученный от использования предложенного способа, заключается в упрощении и удешевлении получения в бытовых условиях питьевой воды с органолептическими свойствами, соответствующими существующим российским и европейским стандартам, за счет исключения необходимости периодической замены и/или регенерации фильтрующих элементов в течение длительного времени (до одного года).

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе глубокой очистки воды, включающем ее предварительную фильтрацию, двухстадийную микрофильтрацию через пористый фильтрующий элемент, обработку ионами обеззараживающего агента, сорбционную обработку и подачу очищенной воды потребителю, предварительную фильтрацию обрабатываемой воды осуществляют на первой стадии микрофильтрации через фильтрующий элемент, выполненный в виде трубки из пористого титана или радиационно-модифицированного пористого полиэтилена с размером пор 1-5 мкм, в направлении, перпендикулярном движению воды, с периодическим отводом части обрабатываемой воды потребителю в направлении движения воды для использования ее в технических нуждах, расход воды после предварительной фильтрации усредняют до величины 15-20 л/час с последующей обработкой путем насыщения в потоке ионами обеззараживающего агента, в качестве которого используют серебро, до обеспечения концентрации серебра 0,1-0,0025 мг/л, а затем воду последовательно подвергают сорбционной обработке, второй стадии микрофильтрации через пористый фильтрующий элемент, выполненный из керамики или металлокерамики с размерами пор 0,2-0,4 мкм, и дегазации.

Предпочтительно насыщение обрабатываемой воды в потоке ионами серебра ведут в автоматическом режиме, а сорбционную обработку ведут, по меньшей мере, в одну стадию с использованием в качестве сорбента активированного угля.

При необходимости сорбционную обработку ведут в две и более стадии, при этом в качестве сорбента на последней стадии используют активированный уголь, в частности сорбционную очистку ведут в три стадии с использованием на первой, второй и третьей стадии в качестве сорбентов цеолита, шунгита и активированного угля соответственно.

Дегазацию очищенной воды перед подачей ее потребителю предпочтительно вести в естественных условиях.

Изложенная в формуле изобретения совокупность признаков, характеризующая предложенный способ, позволяет упростить, удешевить и повысить надежность получения в бытовых условиях питьевой воды, соответствующей существующим российским и европейским стандартам.

Осуществление предварительной фильтрации обрабатываемой воды путем ее микрофильтрации через фильтрующий элемент, выполненный в виде трубки из пористого титана и радиационно-модифицированного пористого полиэтилена с размером пор 1-5 мкм, в направлении, перпендикулярном движению воды, с периодическим отводом части обрабатываемой воды в направлении движения воды для использования в технических нуждах, позволяет вести дальнейшую очистку воды не прерывая ее поток. При этом на первой стадии микрофильтрации одновременно могут удаляться механические и взвешенные загрязнения, высокомолекулярная органика и коллоидные частицы, которые постепенно снижают фильтрующую способность трубки с пористой стенкой, но при периодическом отводе части обрабатываемой воды в направлении движения воды для использования ее в технических нуждах эти загрязнения выносятся с этим потоком, при этом регенерируется фильтрующий элемент и восстанавливается его первоначальная фильтрующая способность без прерывания потока предварительно отфильтрованной воды. Таким образом, регенерация фильтрующего элемента на первой стадии микрофильтрации осуществляется в потоке с одновременной микрофильтрацией обрабатываемой воды в направлении, перпендикулярном ее движению, что весьма существенно для обеспечения непрерывного получения питьевой воды надлежащего качества - без отключения на регенерацию.

Использование на первой стадии микрофильтрации в качестве пористого фильтрующего элемента трубки с пористой стенкой позволяет периодически разделять обрабатываемую воду, подаваемую во внутренний канал трубки с пористой стенкой, на два потока, один из которых проходит микрофильтрацию через пористую стенку в направлении, перпендикулярном движению обрабатываемой воды, а другой, продолжая движение в направлении движения обрабатываемой воды по внутреннему каналу трубки с пористой стенкой, направляется для использования в технических нуждах.

Использование на первой стадии микрофильтрации пористого элемента с размером пор 1-5 мкм обусловлено тем, что такой размер пор позволяет уже в первые моменты предварительной фильтрации за счет присутствующих в обрабатываемой воде микроорганизмов образовать на поверхности внутреннего канала трубки с пористой стенкой динамическую мембрану (так называемая самозарядка фильтра), что дополнительно способствует повышению степени очистки и обеззараживания обрабатываемой воды. Процесс ведут в непрерывном автоматическом режиме.

В качестве материала трубки используют пористый титан или радиационно-модифицированный пористый полиэтилен, технология производства которых дешевле и проще, чем, например, керамики.

Периодическое чередование режимов предварительной фильтрации: микрофильтрация и микрофильтрация+регенерация фильтрующего элемента - приводит к колебаниям расхода воды, прошедшей первую стадию микрофильтрации, поэтому расход воды после предварительной фильтрации усредняют до 15-20 л/час. Такой расход позволяет насытить обрабатываемую воду ионами серебра в потоке, осуществлять сорбционную обработку воды и последующую вторую стадию микрофильтрации с исключением возможности вторичного бактериального заражения используемых сорбентов и пористого фильтрующего элемента.

Кроме того, расход обрабатываемой воды 15-20 л/час позволяет в бытовых условиях осуществлять насыщение обрабатываемой воды ионами серебра в потоке, без использования каких-либо дополнительных емкостей и операций по получению раствора обеззараживающего агента, содержащего ионы серебра, что существенно упрощает, ускоряет и удешевляет предложенный способ, при этом могут использоваться любые ионаторы серебра, которые позволяют осуществлять настройку системы ионации по заданному расходу.

Насыщение потока обрабатываемой воды ионами серебра ведут до концентрации серебра 0,1-0,0025 мг/л для того, чтобы обеспечить надежное обеззараживание обрабатываемой воды на всех последующих этапах ее обработки, чтобы предотвратить вторичное бактериальное заражение используемых сорбентов и пористого фильтрующего элемента на втором этапе микрофильтрации, при одновременном обеспечении норм существующих российских и европейских стандартов.

Насыщение обрабатываемой воды ионами серебра в потоке ведут в автоматическом режиме, например, с использованием ионатора с серебряными электродами. В зависимости от качества исходной воды устанавливают определенное расстояние между электродами с последующей корректировкой количества ионов серебра в обрабатываемой воде путем варьирования силы тока на электродах.

Обработка прошедшей предварительную фильтрацию воды с усредненным расходом 15-20 л/час ионами серебра позволяет получить бактерицидный эффект и максимально активировать обрабатываемую воду, деструктурируя растворенные в воде соединения и разрушая ферментные системы микроорганизмов, оставшихся в обрабатываемой воде после первой стадии микрофильтрации, перед ее последующей сорбционной обработкой.

Сорбционную обработку ведут в зависимости от качества исходной обрабатываемой воды в одну или более стадий, при этом на последней стадии в качестве сорбента используют активированный уголь.

В частности, сорбционную обработку ведут в три стадии с последовательным использованием цеолита, шунгита и активированного угля.

Использование на второй стадии микрофильтрации фильтрующего элемента, выполненного из керамики или металлокерамики с размерами пор 0,2-0,4 мкм, позволяет задержать микрочастицы уносимых с потоком воды сорбентов и изъять избыток ионов серебра по отношению к его предельно допустимой концентрации.

Перед подачей очищенной воды потребителю ее необходимо подвергнуть дегазации, при этом происходит удаление образовавшихся в процессе сорбции и микрофильтрации пузырьков газа.

Дегазацию осуществляют естественным путем, например, в емкостях кулера или в любой бытовой емкости.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную водопроводную воду подвергают предварительной фильтрации, для чего под действием давления в трубопроводе воду подают во внутренний канал фильтрующего элемента - трубки, выполненной из пористого титана или радиационно-модифипированного пористого полиэтилена, с размером пор 1-5 мкм. Отвод обрабатываемой воды через внутренний канал перекрыт, и происходит процесс микрофильтрации обрабатываемой воды через пористую стенку. В первый период времени обработки происходит «зарядка» микрофильтра, т.е. на поверхности внутреннего канала трубки с пористой стенкой нарастает динамическая мембрана, образованная за счет присутствующих в обрабатываемой воде микроорганизмов, при этом загрязнения задерживаются пористой поверхностью микрофильтра. При открытии внутреннего канала трубки давление внутри фильтрующего элемента падает, и происходит вымывание задержанных загрязнений частью потока обрабатываемой воды, идущего на технические нужды, а пористая поверхность регенерируется. Расход воды, прошедшей через пористую стенку фильтрующего элемента, усредняется до величины 15-20 л/час с последующей обработкой в потоке ионами серебра, полученными с использованием ионатора с серебряными электродами, до обеспечения концентрации серебра 0,1-0,0025 мг/л. Посеребренную воду подвергают одно- или многостадийной сорбционной обработке, а также второй стадии микрофильтрации через пористый фильтрующий элемент с размерами пор 0,2-0,4 мкм, выполненный из керамики или металлокерамики, где происходят дальнейшая очистка и обеззараживание воды. Наличие серебра в потоке позволяет предотвратить вторичное бактериальное загрязнение сорбентов и пористого фильтрующего элемента второй стадии микрофильтрации. Использование на единственной или последней по ходу движения очищаемой воды стадии сорбции активированного угля позволяет уловить оставшиеся загрязнения, остаточный хлор и/или избыток серебра. Использование второй стадии микрофильтрации позволяет задерживать частицы сорбентов, уносимых потоком воды с предыдущих стадий сорбции, а также избыток серебра. Образованные в процессе сорбции, а также на второй стадии микрофильтрации пузырьки газов выделяются из очищенной воды на стадии дегазации. После чего вода готова к употреблению в питьевых целях.

Предложенные в заявляемом способе последовательность приемов очистки воды, характеристики используемых материалов, а также параметры ведения процесса являются оптимальными для получения в бытовых условиях питьевой воды с высокими органолептическими свойствами, соответствующими существующим российским и европейским стандартам.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Способ реализован на мобильной установке модульного типа.

Исходной водой является водопроводная вода с перманганатной окисляемостью 6,4 мг/л. Остальные параметры соответствуют параметрам московской водопроводной воды. Модуль предварительной фильтрации состоит из цилиндрического корпуса, в котором установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде трубки из радиационно-модифипированного пористого полиэтилена с размером пор 1 мкм, вход которой соединен с водопроводом, один из выходов - с краном технической воды, а другой через водовод - с модулями, установленными в кулере - устройстве для подачи высококачественной холодной и/или горячей воды для питьевых нужд. В процессе прохождения очищаемой воды через модуль предварительной фильтрации на поверхности внутреннего канала трубки с пористой стенкой намывается динамическая мембрана, образованная за счет микрочастиц, содержащихся в исходной водопроводной воде, способствующая повышению степени ее очистки и обеззараживания уже на первом этапе предварительной фильтрации. При открытии крана технической воды происходит падение давления во внутреннем канале трубки с пористой стенкой и смыв задержанных на ней загрязнений, выносимых с потоком воды, идущей на технические нужды. Эффект регенерации пористой стенки трубки усиливается за счет разницы давлений в канале трубки и водовода кулера, при этом предварительно очищенная вода в обратном импульсном режиме промывает капилляры пористой стенки трубки и взрыхляет динамическую мембрану. В кулере вмонтированы модуль для усреднения расхода предварительно профильтрованной воды до 15 л/час, ионатор серебра, обеспечивающий концентрацию серебра 0,05 мг/л, модуль сорбционной очистки, содержащий расположенные по ходу движения воды цеолит, шунгит и активированный уголь, модуль второй стадии микрофильтрации, выполненный из керамики с размером пор 0,3 мкм, а также две емкости по 3 литра. Последовательное прохождение очищаемой воды через все модули позволяет достичь снижения перманганатной окисляемости до величины менее 2 мг/л при одновременном содержании остаточного серебра, не превышающем 0,0025 мг/л, что соответствует требованиям не только российского, но и евростандарта, при этом все остальные показатели очищенной воды также соответствуют установленным нормам. Естественная дегазация воды перед потреблением происходит в установленных в кулере емкостях.

Пример 2. Очистке подвергают воду с исходными параметрами по примеру 1.

Все модули смонтированы под мойкой с установкой на мойке дополнительного крана для высококачественной питьевой воды, при этом для естественной дегазации используют, например, двухлитровый кувшин, аналогичный используемым в современных бытовых фильтрах.

Модуль предварительной фильтрации состоит из цилиндрического корпуса, в котором установлен фильтрующий элемент, выполненный из титановой трубки с пористой стенкой с размером пор 5 мкм, при этом вход модуля соединен с водопроводом, а один из выходов - с краном технической воды. Другой выход - выход предварительно очищенной воды - через водовод соединен с последующими модулями доочистки и обеззараживания обрабатываемой воды и с установленным на мойке краном высококачественной питьевой воды. Периодическое открывание крана технической воды позволяет регенерировать фильтрующий элемент модуля предварительной фильтрации. Модуль для усреднения расхода предварительно профильтрованной воды отрегулирован на обеспечение расхода 20 л/час, ионатор серебра обеспечивает в потоке концентрацию серебра 0,0025 мг/л, модуль сорбционной очистки содержит активированный уголь, а модуль второй стадии микрофильтрации выполнен из металлокерамики с размером пор 0,3 мкм. После прохождения всех модулей очистки перманганатная окисляемость очищенной воды составляет менее 2-х мг/л при одновременном содержании остаточного серебра, не превышающем 0,0025 мг/л. Все остальные показатели очищенной воды соответствуют нормам российских и европейских стандартов.

Предложенное изобретение позволяет получить недорогую, надежную и экологически чистую технологию глубокой очистки в бытовых условиях питьевой воды до российских и европейских норм и стандартов за счет совместного использования в заявленной последовательности проточной предварительной фильтрации обрабатываемой воды, ее насыщения в потоке ионами серебра, а также механического обеззараживания путем микрофильтрации через поры с размером 0,2-0,4 мкм, с последующей дегазацией.

1. Способ глубокой очистки воды, включающий ее предварительную фильтрацию, двухстадийную микрофильтрацию через пористый фильтрующий элемент, обработку ионами обеззараживающего агента, сорбционную обработку и подачу очищенной воды потребителю, отличающийся тем, что предварительную фильтрацию обрабатываемой воды осуществляют на первой стадии микрофильтрации через фильтрующий элемент, выполненный в виде трубки из пористого титана или радиационно-модифицированного пористого полиэтилена с размером пор 1-5 мкм, в направлении, перпендикулярном движению воды, с периодическим отводом части обрабатываемой воды в направлении движения воды для использования ее в технических нуждах, расход воды после предварительной фильтрации усредняют до величины 15-20 л/ч с последующей обработкой путем насыщения в потоке ионами обеззараживающего агента, в качестве которого используют серебро, до обеспечения концентрации серебра 0,1-0,0025 мг/л, а затем воду последовательно подвергают сорбционной обработке, второй стадии микрофильтрации через пористый фильтрующий элемент, выполненный из керамики или металлокерамики с размерами пор 0,2-0,4 мкм, и дегазации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение обрабатываемой воды в потоке ионами серебра ведут в автоматическом режиме.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что сорбционную обработку ведут, по меньшей мере, в одну стадию с использованием в качестве сорбента активированного угля.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что сорбционную обработку ведут в две и более стадии, при этом в качестве сорбента на последней стадии используют активированный уголь.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сорбционную очистку ведут в три стадии с использованием на первой, второй и третьей стадиях в качестве сорбентов цеолита, шунгита и активированного угля соответственно.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дегазацию ведут в естественных условиях.