СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ


RU (11) 2083506 (13) C1

(51) 6 C02F1/78, C02F1/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95106387/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.04.24 
(45) Опубликовано: 1997.07.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1662626, кл. B 01 J 39/02, 1991. 2. Авторское свидетельство СССР N 1574545, кл. C 02 F 1/78, 1990. 
(71) Заявитель(и): Конструкторско-технологический институт технического углерода СО РАН 
(72) Автор(ы): Суровикин В.Ф.; Шопин В.М.; Цеханович М.С.; Супонев К.В.; Супонев В.В.; Суровикин Ю.В.; Раздьяконова Г.И.; Червяков П.И. 
(73) Патентообладатель(и): Конструкторско-технологический институт технического углерода СО РАН 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ 

Изобретение относится к технике очистки природных и сточных вод и может быть использовано для получения питьевой воды. Способ получения питьевой воды включает озонирование, 2-стадийную фильтрацию через зернистый фильтрующий углеродный материал, причем на первой стадии пропускают со скоростью 8-10 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 1,0-3,5 мм, удельной поверхностью по азоту 13-18 м2/г, емкостью пор 0,3-0,6 см3/г, прочностью на раздавливание 250-500 кг/см3, преимущественным размером пор 500-2000 при времени контакта 10-15 мин. На второй стадии воду, очищенную на первой стадии, пропускают со скоростью 8-15 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 0,5-2,5 мм, удельной поверхностью по азоту 450-600 м2/г, прочностью на раздавливание 100-350 кг/см3, преимущественным размером пор 20-1000, при времени контакта 10-25 мин, при этом предварительное озонирование воды осуществляют при концентрации озона 1,5-10 г/м3 в течение 25-30 мин. Регенерацию углеродного материала первой и второй стадии фильтрации воды осуществляют потоком воды снизу вверх со скоростью 15-25 м/ч с одновременной подачей воздуха в количестве 2-3 м3 на 1 м 3 подаваемой воды в течение 20-30 мин периодичностью 24 ч. Дополнительную регенерацию углеродного материала второй стадии фильтрации воды осуществляют кипячением его в воде, разогретой путем подачи в нее пара с температурой 120-200oC снизу вверх в количестве 0,5-1 кг/ч на каждый кг углеродного материала в течение 20-60 мин периодичностью 240-360 ч с последующей промывкой слоя водо-воздушной смесью в указанных выше соотношениях. Способ позволяет производить эффективную очистку воды от солей железа и марганца, их комплексных соединений с органическими веществами, а также фенола и производных с получением кондиционной питьевой воды. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технике очистки природных и сточных вод.

Известен способ очистки воды фильтрованием, включающий пропускание воды в направлении снизу вверх через слои зернистой фильтрующей загрузки из песка и топливного шлака, которые отличаются размером и пористостью зерен [1] Недостаток способа заключается в том, что он не позволяет очистить воду от солей железа и марганца, а также органических соединений, содержащих фенол и его производные.

Известен способ очистки, применяемый на станции приготовления питьевой воды, включающий озонирование, одностадийную фильтрацию и вторичное озонирование [2] Недостаток способа заключается в том, что он не обеспечивает очистку воды от комплексных соединений металлов и органических веществ, которые содержатся, например, в подземных водах.

На решение проблемы очистки воды от солей железа и марганца, их комплексных соединений с органическими веществами, а также фенола и производных, получения тем самым кондиционной питьевой воды направлен способ очистки воды, включающий озонирование, 2-стадийную фильтрацию через зернистый фильтрующий углеродный материал, при этом на первой стадии воду пропускают со скоростью 8-10 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 1,0-3,5 мм, удельной поверхностью по азоту 15-18 м2/г, емкостью пор 0,05-0,06 см3/г, прочностью на раздавливание 250-500 кг/см3, преимущественным размером пор 500-2000 при времени контакта 10-15 мин.

На второй стадии воду, очищенную на первой стадии, пропускают со скоростью 8-15 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 0,5-2,5 мм, удельной поверхностью по азоту 450-600 м2/г, емкостью пор 0,6-1,0 см3/г, прочностью на раздавливание 100-350 кг/см3, преимущественным размером пор 20-1000 , при времени контакта 10-25 мин, при этом предварительное озонирование воды осуществляют при концентрации озона 1,5-10 г/м3 в течение 25-30 мин.

Регенерацию углеродного материала первой и второй стадии фильтрации воды при этом осуществляют потоком воды снизу вверх со скоростью 15-25 м/ч с одновременной подачей воздуха в количестве 2-3 м3 на 1 м3 подаваемой воды в течение 20-30 мин периодичностью 24 ч. Дополнительную регенерацию углеродного материала второй стадии фильтрации воды осуществляют кипячением его в воде, разогретой путем подачи в нее пара с температурой 120-200oC снизу вверх в количестве 0,5-1 кг/ч на каждый кг углеродного материала в течение 20-60 мин периодичностью 240-360 ч с последующей промывкой слоя водо-воздушной смесью в указанных выше соотношениях.

Полученные в последнее время данные указывают на высокую устойчивость содержащихся в воде комплексных соединений металлов с органическими веществами гумусового ряда (гуминовые кислоты, фульвокислоты). Комплексообразование металлов с органическими кислотами способствует удержанию их в растворенном состоянии, что создает большие трудности при очистке воды, особенно в получении питьевой воды в соответствии с требованиями стандарта.

Предлагаемый способ получения питьевой воды позволяет обеспечить качество питьевой воды в соответствии с требованиями стандарта при высокой эффективности использовании озона и углеродных материалов в двухстадийной фильтрации воды при регенерации углеродных материалов непосредственно в аппаратах фильтрации воды.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа получения питьевой воды.

Исходную воду подают в смесительную колонну 1, куда подают также через специальные диспергаторы озоно-воздушную смесь, обеспечивая концентрацию озона 1,5-10 г/м3 воды. Обогащенную озоном воду направляют в емкость 2, в которой продолжаются окислительные процессы водоподготовки в течение 25-30 мин. Из емкости 2 обработанную озоном воду подают насосом 3 в фильтр первой стадии фильтрации 4, где вода проходит сверху вниз со скоростью 8-10 м/ч через слой мезопористого углеродного материала с размером зерен 1-3,5 мм, удельной поверхностью по азоту 15-18 м2/г, емкостью пор 0,05-0,06 см3/г, прочностью на раздавливание 250-5000 кг/см3, преимущественным размером пор 500-2000 , высота которого обеспечивает время контакта воды с углеродным материалом 10-15 мин. Из фильтра первой стадии фильтрации 4 воду направляют в фильтр второй стадии фильтрации 5, где вода также проходит сверху вниз со скоростью 8-15 м/ч через слой мезопористого углеродного материала с размером зерен 0,5-2,5 мм, удельной поверхностью по азоту 450-600 м2/г, емкостью пор 0,6-1 см3/г, прочностью на раздавливание 100-350 кг/см3, преимущественным размером пор 20-1000 , высота которой обеспечивает время контакта воды с углеродным материалом 10-25 мин (для обеспечения необходимого времени контакта можно установить последовательно два фильтра второй стадии фильтрации, как показано на чертеже). После фильтра 5 воду подают в емкость очищенной воды 6, из которой направляют на повторное озонирование в смесительную колонну 7, из которой насосом 8 очищенную и обезвреженную воду направляют потребителю в накопительный резервуар (не показан). Периодически через 24 ч осуществляют регенерацию углеродного материала первой и второй стадии фильтрации. При этом прекращают подачу воды насосом 3 в фильтр 4, а насосом 8 в накопительный резервуар, а также подачу озоно-воздушной смеси в смесительные колонны 1 и 7. Насосом 8 подают очищенную воду из емкости 6 через смесительную колонну 7 в линию 9 регенерации фильтров, одновременно в нее подают воздух от компрессора (не показан). Водо-воздушную смесь из линии 9 направляют в фильтры 4 и 5 снизу вверх через слой углеродного материала. При скорости потока воды 7-25 м/ч и расходе воздуха 2-3 м3 на 1 м3 подаваемой воды продукты окисления комплексных соединений, содержащихся в воде и задержанных в слое углеродного материала, удаляют из фильтров в линию продуктов регенерации 10 и далее в отстойник (не показан) в течение 15-30 мин. Фильтры 5 второй стадии фильтрации дополнительно регенерируют через 240-360 ч. При этом сначала осуществляют регенерацию углеродного материала водновоздушной смесью, как указано выше. Затем в линию регенерации 9 подают пар с температурой 120-200oC в количестве 0,5-1 кг/ч на каждый кг углеродного материала в течение 20-60 мин. При этом высокопористый углеродный материал подвергают регенерации при кипячении воды непосредственно в фильтре 5 с удалением продуктов, сорбированных в порах углеродного материала, в линию продуктов регенерации 10. Завершают регенерацию промывкой слоя водо-воздушной смесью при указанных выше соотношениях воды и воздуха и временем в течение 15-30 мин.

Пример 1. Предлагаемым способом получения питьевой воды очищают воду из скважины с цветностью 120o, мутностью 2,0 мг/л, содержащую 25 мг/л органических веществ, 1,5 мг/л железа, 0,5 мг/л марганца. Исходную воду подают в смесительную колонну 1, в нее же подают озоно-воздушную смесь исходя из концентрации озона на 1 м3 очищаемой воды, равной 1,5 г/м3. Время пребывания воды в смесительной колонне составляет 5 мин, далее воду направляют в емкость 2, где время пребывания ее составляет 25 мин. Из емкости 2 воду подают насосом 3 в фильтр 4 со слоем углеродного материала с размером зерен 1-2 мм, удельной поверхностью по азоту 16 м2/г, емкостью пор 0,2 см3/г, прочностью на раздавливание 400 кг/см3, преимущественным размером пор 500-2000 . Высота слоя составляет 2000 мм. Скорость подачи воды сверху вниз составляет 9,6 м/ч, время контакта с углеродным материалом 12,5 мин. Из фильтра 4 воду подают в фильтр 5 со слоем углеродного материала с размером зерен 1-2 мм, удельной поверхностью по азоту 500 м2/г, емкостью пор 0,8 см3/г, прочностью на раздавливание 200 кг/см3, преимущественным размером пор 20-1000 , высота 2000 мм, скорость подачи воды сверху вниз 9,6 м/ч, время контакта с углеродным материалом 12,5 мин. Из фильтра 5 воду подают в емкость 6 и далее в смесительную колонну 7, в которую подают озоно-воздушную смесь исходя из концентрации озона, равной 0,5 г/м3 очищаемой воды. На выходе из колонны 7 вода имела цветность 15o, мутность 0,7 мг/л, содержала органических веществ 0,1 мг/л, железа 0,2 мг/л, марганца 0,08 мг/л. Через 24 ч работы установки цветность очищенной воды повышается, что указывает на необходимость регенерации углеродных материалов в фильтрах 4 и 5.

Останавливают насос 3, прекращают подачу озоно-воздушной смеси в колонны 1 и 7. Насосом 8 подают очищенную воду из емкости 6 через колонну 7 в линию регенерации 9, одновременно подают воздух от компрессора. При этом скорость воды снизу вверх в фильтре 4 составляет 25 м/ч, расход воздуха 2 м3 на 1 м3 подаваемой воды. Время регенерации составляет 20 мин. При регенерации углеродного материала в фильтре 5 скорость потока воды снизу вверх составляет 15 м/ч, расход воздуха 2 м3 на 1 м3 воды, время регенерации 20 мин. После регенерации углеродного материала в фильтрах 4 и 5 цветность очищенной воды на выходе не превышает 15-20o при периодичности регенерации 360 ч. Через 360 ч работы установки повышается цветность, содержание железа и марганца в очищенной воде и после водо-воздушной регенерации. При этом осуществляют регенерацию высокопористого углеродного материала в фильтре 5 кипячением его в воде, разогретой путем подачи в нее пара с температурой 150oC в количестве 0,6 кг/ч на 1 кг углеродного материала в течение 30 мин с последующей промывкой слоя водой со скоростью 15 м/ч и расходом воздуха 2 м3 на 1 м3 воды в течение 20 мин. После регенерации фильтра 5 подачей пара в слой углеродного материала цветность очищенной воды составляет 15-20o, содержание железа 0,2-0,25 мг/л, марганца 0,08-0,09 мг/л.

Пример 2. Исходная вода из скважин содержит железа 6,5 мг/л, марганца 0,6 мг/л, органических веществ 30 мг/л, цветность составляет 150o, мутность 2,0 мг/л. При этом концентрация озона, подаваемого в колонну 1, составляет 10 г/м3 очищаемой воды, время пребывания воды в колонне 5 мин, в емкости 2-25 мин. Углеродный материал в фильтре 4 имеет размер 1-3,5 мм, удельную поверхность по азоту 18 м2/г, емкость пор 0,6 см3/г, прочность на раздавливание 250 кг/см3, преимущественный размер пор 500-2000 . Время контакта 15 мин при скорости воды 8 м/ч. Углеродный материал в фильтре 5 имеет размер зерен 0,5-2,5 мм, удельную поверхность по азоту 600 м2/г, емкость пор 1,0 см3/г, прочность на раздавливание 100 кг/см3, преимущественный размер пор 20-1000 . Время контакта 25 мин при скорости воды 8 м/ч. В смесительную колонну 7 подают озоно-воздушную смесь исходя из концентрации озона 0,5 г/м3 очищаемой воды. На выходе из колонны 7 вода имеет цветность 20o, мутность 0,8 мг/л, содержание органических веществ 0,1 мг/л, железа 0,22 мг/л, марганца 0,08 мг/л. Цветность очищенной воды повышается через 24 ч.

При регенерации фильтра 4 скорость воды снизу вверх 25 м/ч, расход воздуха 3 м3 на 1 м3 воды, время регенерации 30 мин.

При регенерации фильтра 5 скорость воды снизу вверх 25 м/ч, расход воздуха 3 м3 на 1 м3 воды, время регенерации 30 мин.

Регенерация паром через 240 ч, так как повышается цветность, содержание железа и марганца в очищенной воде. При этом температура пара, подаваемого в фильтр 5-200oC, количество 1 кг/ч на 1 кг углеродного материала в течение 60 мин с последующей водо-воздушной промывкой со скоростью 25 м/ч и расходом воздуха 3 м3 на 1 м3 воды в течение 30 мин. После регенерации цветность очищенной воды 20o, содержание органических соединений 0,1 мг/л, железа 0,25 мг/л, марганца 0,09 мг/л.

Пример 3. Исходная вода из открытого водоема с цветностью 50o, мутностью 7,4 мг/л, содержанием железа 2,5 мг/л, марганца 0,55 мг/л, органических веществ 30 мг/л, фенола 0,3 мг/л. При этом концентрация озона, подаваемого в колонну 1, составляет 3 г/м3 очищаемой воды, время пребывания воды в колонне 5 мин, в емкости 2-25 мин. Углеродный материал в фильтре 4 тот же, что в примере 2, время контакта воды с углеродным материалом 12 мин при скорости подачи воды сверху вниз 10 м/ч. Углеродный материал в фильтре 5 тот же, что в примере 2, время контакта 10 мин при скорости подачи сверху вниз 15 м/ч. Концентрация озона, подаваемого в смесительную колонну 7, составляет 0,5 г/м3 очищаемой воды. На выходе из колонны 7 вода имеет цветность 20o, мутность 0,6 мг/л, содержание железа 0,26 мг/л, марганца 0,1 мг/л, органических веществ 0,1 мг/л, фенола 0,0007. Регенерацию углеродных материалов осуществляют так же, как в примере 27

Пример по прототипу (а.с. N 1574545). Воду с цветностью 50o, мутностью 7,2 мг/л, содержанием железа 2,3 мг/л, марганца 0,5 мг/л, органических веществ 25 мг/л, фенола 0,1 мг/л очищали в установке по а.с. N 1574545. При этом в качестве фильтра использован контактный осветлитель по а.с. N 1662626 c загрузкой топливным шлаком ТЭЦ, характеристика которого близка известной характеристике шлака Бурштынской ГРЭС со свойствами по а.с. N 1662626. Концентрация озона, подаваемого в контактную колонну, при этом составляет 3 г/м3 очищаемой воды. Скорость фильтрования составляет 9 м/ч. Промывку фильтра ведут через 10 ч подачей воды снизу вверх со скоростью 65 м/ч (соответствует интенсивности 18 дм3/м2с по а.с. N 1662626) в течение 5 мин. При этом на выходе из контактной колонны очищенная вода имеет цветность 30o, мутность 1,6 мг/л, содержание железа 0,8 мг/л, марганца 0,3 мг/л, органических веществ 5 мг/л, фенола 0,05 мг/л.

Результаты очистки воды приведены в таблице в сравнении с известным способом, реализованным в станции приготовления воды, по а.с. N 1574545.

Данные, представленные в таблице, показывают, что предлагаемый способ получения питьевой воды из природных вод с высоким содержанием комплексных соединений металлов с органическими веществами позволяет при сравнительно невысоких дополнительных затратах получить воду в соответствиями с требованиями ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" и нормами ПДК.

Известный способ очистки воды указанных требований не обеспечивает (мутность очищенной воды 1,6-1,8 мг/л, требования стандарта 1,5 мг/л; содержание железа 0,8 мг/л, требования стандарта 0,3 мг/л; марганца 0,3 мг/л, требования стандарта 0,1; фенола 0,05 мг/л, норма ПДК 0,001 мг/л). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения питьевой воды, включающий ее предварительное озонирование, фильтрацию в зернистом фильтрующем материале, регенерацию материала, вторичное озонирование, отличающийся тем, что фильтрацию воды осуществляют в две стадии, пропуская ее сверху вниз на первой стадии со скоростью 8 10 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 1,0 3,5 мм, удельной поверхностью по азоту 15 18 м2/г, емкостью пор 0,05 0,6 см3/г, прочностью на раздавливание 250 500 кг/см3, преимущественным размером пор 500 2000 при времени контакта 10 15 мин, на второй стадии со скоростью 8 15 м/ч через мезопористый углеродный материал с размером зерен 0,5 2,5 мм, удельной поверхностью по азоту 450 - 600 м2/г, емкостью пор 0,6 1,0 см3/г, прочностью на раздавливание 100 350 кг/см3, преимущественным размером пор 20 1000 при времени контакта 10 25 мин, при этом предварительное озонирование воды осуществляют при концентрации озона 1,5 10 г/м3 в течение 25 - 30 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют регенерацию углеродного материала первой и второй стадии фильтрации потоком воды снизу со скоростью 15 25 м/ч с одновременной подачей воздуха в количестве 2 3 м3 на 1 м3 подаваемой воды в течение 20 30 мин периодичностью 24 ч.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную регенерацию углеродного материала второй стадии кипячением его в воде, разогретой путем подачи в нее пара с температурой 120 200oС в количестве 0,5 1,0 кг/с на каждый кг углеродного материала в течение 20 60 мин периодичностью 240 360 ч.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru