СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И МОДУЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И МОДУЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2151106 (13) C1

(51) 7 C02F9/14, C02F9/14, C02F1:78, C02F1:463, C02F103:04 

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

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

(21) Заявка: 99115129/12 
(22) Дата подачи заявки: 1999.07.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.07.12 
(45) Опубликовано: 2000.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2096342 C1, 20.11.1997. RU 2048441 C1, 20.11.1995. RU 2046766 C1, 27.10.1995. RU 2122982 C1, 10.12.1998. RU 2083506 C1, 10.07.1997. RU 94022195 A1, 27.04.1996. EP 0352219 A3, 24.01.1990. EP 0634365 A1, 18.01.1995. US 4959142 A, 25.09.1990. US 5470461 A, 28.11.1995. DE 20499919 A, 19.05.1982. JP 4-247294 A2, 09.09.1992. 
(71) Заявитель(и): Боголицын Константин Григорьевич; Садовников Юрий Александрович 
(72) Автор(ы): Боголицын К.Г.; Садовников Ю.А.; Айзенштадт А.М. 
(73) Патентообладатель(и): Боголицын Константин Григорьевич; Садовников Юрий Александрович 
Адрес для переписки: 123368, Москва, ул.Митинская 37, кв.68, Дульневой Е.Б. 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И МОДУЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

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, а также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения. Проводят предварительную очистку исходной воды, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию, вторую стадию озонирования и финишную очистку. Причем предварительно определяют содержание разлагаемых озоном примесей. На первой и второй стадиях озонирования генерируют количество озона, превышающее необходимое не более чем на 7%. На финише проводят очистку консорциумом микроорганизмов, содержащим микроорганизмы, присущие данной местности, размещенным в модуле финишной очистки. Способ обеспечивает повышение качества отработанной воды при снижении себестоимости очистки. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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, а также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения.

Безреагентная очистка воды достаточно широко известна в различных областях техники. Использование электрических полей для выделения различных ионов, а также уничтожения болезнетворных бактерий достаточно широко используется в различных отраслях техники, а также в медицине. Однако известные способы и устройства не позволяют при этом устранить органические загрязнения, кроме того, они являются энергоемкими и требуют использования высокого напряжения, что препятствует их широкому применению.

Известна также очистка воды посредством ее озонирования. Однако данный способ также не нашел широкого распространения в связи с разрушительным действием озона на материалы оборудования, а также консорциумы микроорганизмов, позволяющих проводить биологическую очистку воды.

Достаточно перспективно объединение безреагентной очистки воды с использованием озонирования, поскольку при его реализации не требуется использования каких- либо реагентов, а не использованный в процессе водоочистки озон самопроизвольно разлагается, не загрязняя при этом окружающую среду.

Известна, в частности, модульная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, C 02 F 1/78, 1997), содержащая модуль предварительной очистки, модуль озонирования, выполненный в виде последовательно установленных первой и второй колонн озонирования, модуль электрокоагуляции, подключенный между колоннами озонирования, модуль финишной очистки, содержащий узел тонкой фильтрации и УФ-реактор, и силовой модуль. Модульное выполнение установки позволяет при необходимости легко перевозить ее, что делает установку удобной для развертывания во временных поселениях. При использовании установки исходную воду предварительно очищают с использованием модуля предварительной очистки, обычно содержащем гидроциклон и/или фильтр грубой 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, соответствующая квалификации "питьевая", все же процесс нельзя признать оптимальным, поскольку практически полностью исключена очистка воды микроорганизмами, приводящая к улучшению качества получаемой воды. Использование двух стадий озонирования без ограничения количества генерируемого озона и 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, а также на участие микроорганизмов в процессе очистки воды, все же в процессе эксплуатации было выяснено, что при незначительном количестве загрязнений, и вызванном им малом расходе озона микроорганизмы в модулях оборудования погибают практически полностью и не участвуют в очистке воды. Кроме того, при этом происходит значительное воздействие озона на оборудование, что сокращает время непрерывной работы оборудования и, следовательно, себестоимость очищаемой воды.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке безреагентного способа очистки воды, позволяющего повысить качество получаемой воды.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в снижении себестоимости очистки воды с повышением ее качества.

Для достижения указанного технического результата предложено предварительно оценивать содержание разлагаемых озоном примесей в очищаемой воде, затем осуществлять забор очищаемой воды в модуль предварительной очистки, производить предварительную очистку воды с удалением грубодисперсных примесей и взвешенных частиц из воды, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию с удалением органических примесей, вторую стадию озонирования, обессоливание воды, тонкую фильтрацию воды и УФ-стерилизацию очищенной воды, причем при первом и втором озонировании количество озона, подаваемого в очищаемую воду, должно не более чем на 7% превышать количество озона, необходимое для процесса очистки, а на стадии финишной очистки воды используют консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, присущие данной местности, и размещенный в модуле финишной очистки. После стадии электрокоагуляции вода может быть дополнительно очищена фильтрацией. Для этой цели желательно использовать фильтр с плавающей загрузкой, на которой может быть размещен консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, характерные для точки отбора воды. В качестве плавающей загрузки может быть использованы вещества с положительной плавучестью, в частности силикагель и/или активированный уголь. После второй стадии озонирования вода может быть собрана в баке - накопителе. На стадии предварительной очистки воду предпочтительно пропускают через гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. Предпочтительно в качестве фильтра грубой очистки использовать набор металлических сеток, на которые может быть подано напряжение, создающее электрическое поле, отталкивающее элементы загрязнения. Забор воды на очистку, а также движение воды по системе очистки предпочтительно осуществляют посредством насосов. В качестве фильтров тонкой очистки предпочтительно используют набор микромодулей полых волокон, на внутренней поверхности которых расположен консорциум микроорганизмов. Колонны озонирования и соединенные с ними генераторы озона выполнены с возможностью регулирования подачи озона в колонны. Регулирование может быть выполнено как использованием частичного удаления генерированного озона в атмосферу, так и путем управления процессом генерирования электрическими параметрами. Кроме того, модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью перемешивания, предпочтительно турбулентного, очищаемой воды вместе с плавающей нагрузкой. Модуль электрокоагуляции содержит электроды, выполненные из алюминия или алюминиевого сплава, подключенные с возможностью изменения полярности электродов.

В процессе очистки вода поступает на стадию предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. 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 электрокоагуляции, где происходит электрокоагуляция органических примесей. Использование алюминиевых электродов приводит к более полной очистке воды. При использовании фильтрации с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Использование перемешивания увеличивает контакт очищаемой воды с плавающей загрузкой и расположенными на ней колониями микроорганизмов. На второй стадии озонирования происходит доокисление органических примесей и практически полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов. На последующей стадии обессоливания происходит удаление солей жесткости и солей железа. Тонкая фильтрация удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от остаточных неорганических и органических примесей посредством консорциума микроорганизмов. Финишная УФ - стерилизация очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум.

На чертеже приведена схема модульной установки, преимущественно используемой при реализации способа.

Модульная установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр 3 грубой очистки, колонну 4 первого озонирования с генератором 5 озона, модуль 6 электрокоагуляции, модуль 7 фильтрации с плавающей загрузкой, вторую колонну 8 озонирования с генератором 9 озона и деструктором 10 озона, бак-накопитель 11, насос 12, модуль 13 обессоливания, фильтр 14 тонкой очистки, УФ-реактор 15 и силовой модуль 16. Погружной насос 1, гидроциклон 2 и фильтр 3 грубой очистки входят в состав модуля 17 предварительной очистки. Колонна 4 первого озонирования, колонна 8 второго озонирования, генераторы 5 и 9 озона, а также деструктор 10 озона входят в состав модуля 18 озонирования. Фильтр 14 тонкой очистки и УФ-реактор 15 составляют модуль 19 финишной очистки. Силовой модуль 16 электрически соединен с насосами 1 и 12, генераторами 5 и 9 озона, деструктором 10 озона, модулями 6 и 13 и УФ-реактором 15.

В качестве модуля электрокоагуляции и модуля обессоливания предпочтительно использовать электролизеры с алюминиевыми 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.

Реализация изобретения происходит следующим образом.

Предварительно определяют содержание удаляемых с использованием озона примесей в подлежащей очистке воде. С учетом проведенных измерений определяют необходимую концентрацию озона, которая должна быть генерирована в первой и второй колоннах озонирования.

Очищаемую воду из источника (открытый водоем или артезианская скважина) посредством насоса 1 подают в гидроциклон 2, где происходит отделение взвешенных частиц, размер которых превышает 5 мкм, и грубодисперсных примесей. После гидроциклона 2 вода поступает в фильтр 3 грубой очистки, где происходит отделение нерастворимых примесей и, в случае использования металлических сеток и подачи на них электрического потенциала, частичное удаление ионов металлов. В очищенную подобным образом воду в колонне 4 первого озонирования вводят озон с концентрацией примерно 0,001 кг/м3, определенную на первом этапе. Происходит уничтожение болезнетворных микроорганизмов, уничтожение микроводорослей, окисление ионов металлов в высшие степени окисления и частичное окисление органических соединений, присутствующих в воде. Вода, содержащая остаточные количества озона, из колонны 4 озонирования поступает в модуль 6 электрокоагуляции, в котором происходит коагуляция коллоидных органических соединений. Присутствие остаточных количеств озона усиливает процесс коагуляции. При перемещении очищаемой воды от колонны 4 к модулю 7 происходит самопроизвольное распадение озона, и вода, поступившая в модуль 7, практически озона не содержит. Это приводит к появлению на плавающей загрузке, в качестве которой использован активированный уголь, консорциума микроорганизмов. Консорциум может быть внесен на плавающую загрузку искусственно или быть выделен в ходе работы установки. Плавающая загрузка практически полностью задерживает коагулированные органические соединения. Во второй колонне озонирования 8 в очищаемую воду вводят озон с концентрацией 0,0013 кг/м3, которая определена на первом этапе, при этом происходит доокисление органических примесей и полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов и микроорганизмов консорциума, размещенного на плавающей загрузке и с потоком воды поступившего во вторую колонну озонирования. По возможности на выходе колонны 8 проводят контроль концентрации остаточного озона. В том случае, если концентрация достаточно высока и может вызвать гибель консорциума микроорганизмов, размещенного в блоке финишной очистки 19, то проводят, с использованием деструктора 10 озона, разложение излишков озона. На второй стадии озонирования происходит окисление оставшихся органических загрязнений. Практически очищенная от органических загрязнений вода поступает в модуль 13 обессоливания. Модуль обессоливания практически полностью удаляет соли жесткости и соединения группы железа. После модуля 13 обессоливания вода поступает в модуль 14 финишной очистки, в котором механически и под действием консорциума микроорганизмов происходит окончательное выделение нерастворимых и растворимых примесей до уровня, соответствующего питьевой воде. УФ-реактор, расположенный на выходе модуля 14, очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум.

Использование способа позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат, с низкой себестоимостью и высокого качества. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ очистки воды, включающий предварительную очистку, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию, вторую стадию озонирования и финишную очистку, отличающийся тем, что предварительно определяют содержание разлагаемых озоном примесей, на первой и второй стадиях озонирования генерируют количество озона, превышающее необходимое не более чем на 7%, причем дополнительно на финише проводят очистку консорциумом микроорганизмов, содержащим микроорганизмы, присущие данной местности, и размещенным в модуле финишной очистки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии электрокоагуляции дополнительно проводят очистку с использованием фильтра с плавающей загрузкой.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве плавающей загрузки используют силикагель и/или активированный уголь.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после второй стадии озонирования воду собирают в баке-накопителе.

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

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фильтра грубой очистки используют набор сеток.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии финишной очистки воду последовательно пропускают через фильтр тонкой очистки, содержащий консорциум микроорганизмов, и УФ-реактор.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки используют набор микромодулей полых волокон.

9. Модульное устройство очистки воды, содержащее модуль предварительной очистки воды, модуль озонирования, модуль электрокоагуляции, модуль фильтрации с плавающей загрузкой, модуль обессоливания, модуль финишной очистки и силовой модуль, причем модуль предварительной очистки расположен между источником исходной воды и входом модуля озонирования, содержащего последовательно соединенные первую и вторую колонны озонирования, к которым подключены соответственно первый и второй генераторы озона, между колоннами озонирования последовательно подключены модуль электрокоагуляции и модуль фильтрации с плавающей загрузкой, 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, силовой модуль электрически соединен с генераторами озона, модулем электрокоагуляции, модулем обессоливания и модулем финишной очистки, отличающееся тем, что колонны озонирования и генераторы озона выполнены с возможностью регулирования подачи озона в колонны, модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью перемешивания очищаемой воды вместе с плавающей загрузкой, а модуль электрокоагуляции содержит электроды, выполненные из алюминия или алюминиевого сплава и подключенные с возможностью изменения полярности электродов.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью турбулентного перемешивания.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит бак-накопитель и/или насос, последовательно расположенные после второй колонны озонирования.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что модуль предварительной очистки содержит последовательно установленные насос, гидроциклон и/или фильтр грубой очистки.

13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки использованы микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположен консорциум микроорганизмов.




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