способ получения сверхчистой питьевой воды и установка для осуществления этого способа

Формула изобретения

1. Способ получения сверхчистой питьевой воды, включающий синтез озона из воздуха, пропускание его через слой обрабатываемой воды, обработку избыточного озона и фильтрацию воды, отличающийся тем, что перед синтезом озона воздух предварительно охлаждают и сушат, перед пропусканием через слой воды озон распыляют, обработку избыточного озона осуществляют путем его разложения ха счет нагрева и последующего прохождения через катализатор, а фильтрацию проводят в три этапа, после чего воду деминерализуют.

2. Установка для получения сверхчистой питьевой воды, содержащая генератор озона, бак-реактор с продольной перегородкой, блок подачи обрабатываемой воды, систему обработки избыточного озона, систему фильтрации и контроля, отличающаяся тем, что она снабжена системой подготовки воздуха для синтеза озона, состоящей из компрессора, блока осушки, воздушного редуктора, соединенного с генератором озона, система обработки избыточного озона оснащена нагревательным элементом и катализатором, система фильтрации состоит из последовательно соединенных механического, сорбционных и мембранного фильтров, причем сорбционные фильтры имеют многослойную конструкцию и заполнены сорбентами различной структуры и плотности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке воды окислением с помощью озонирования.

Из патентной литературы известно большое количество способов и устройств для получения чистой питьевой воды методом озонирования, например [1], содержащий генератор озона, устройство подачи воды через фильтр, устройство для инжекции озона в воду [2] "Способ и установка для очистки циркулирующей фильтруемой воды", в которой часть воды из циркулирующей системы отводят, смешивают с озоном, проводят процесс разложения озоном загрязнений, пропускают через фильтр с активированным углем, "Устройство и способ обработки воды озонированием" [3] , заключающийся в том, что вода, циркулирующая в трубопроводе, образует замкнутый контур, в который вводят озон.

Все существующие способы и устройства очищают воду, используя метод - озонирование. Он универсален, т.к. действует одновременно в бактериологическом, физическом и органическом отношении. Но все они имеют один существенный недостаток: отклонение от нормативов, предъявляемых к чистой питьевой воде, значительные колебания уровней загрязненности и состава примесей.

Эти недостатки частично устранены в [4], являющемся наиболее близким к предлагаемому способу. Известный способ основан на применении озона и отличается тем, что воду, предварительно очищенную, подвергают: а) озонированию при такой концентрации озона, при которой происходит только окисление; б) механической фильтрации; в) биологическому окислению с использованием активированного угля, содержащего микроорганизмы.

Наиболее близким к предлагаемой установке является устройство для обработки озоном [5] , содержащее генератор озона, бак-реактор с перегородкой, блок подачи обрабатываемой воды, систему обработки избыточного озона, систему фильтрации и контроля.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение высокой степени очистки питьевой воды в условиях возрастания нагрузки на поверхностные и подземные водоисточники в отношении суперэкотоксикантов и других антропогенных загрязнителей химического и биологического характера.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получения сверхчистой питьевой воды, основанном на применении озона с последующей механической фильтрацией, воздух перед синтезом озона предварительно охлаждают и сушат, а после - распыляют и пропускают через слой воды, нерастворившийся озон разлагают путем нагрева и последующего прохождения через катализатор, а фильтрация проходит в три этапа, после чего воду деминерализуют.

Кроме того, поставленная цель в предлагаемой установке для получения сверхчистой воды, содержащей генератор озона, бак-реактор с продольной перегородкой, блок подачи обрабатываемой воды, систему обработки избыточного озона, систему фильтрации и контроля, достигается тем, что она снабжена системой подготовки воздуха для синтеза озона, состоящей из компрессора, блока осушки, воздушного редуктора, соединенного с генератором озона, система обработки избытка озона оснащена нагревательным элементом и катализатором, система фильтрации состоит из последовательно соединенных механического, сорбционных и мембранного фильтров, сорбционные фильтры выполнены многослойными и заполнены сорбентами разной структуры и плотности.

На чертеже представлена блок-схема установки для получения сверхчистой воды.

Для лучшего понимания существа способа рассмотрим его осуществление на примере очистки воды, информация о качестве которой указывает на постоянно существующие отклонения ее качества от нормативов, значительные колебания уровней загрязненности и состава примесей трех типов:

- микробиологические загрязнения,

- органические соединения,

- неорганические соединения солевого типа и железо.

Процесс очистки воды методом озонирования начинается с подготовки воздуха перед синтезом озона, т.к. известно, насколько чувствителен к присутствию влаги этот процесс. Атмосферному воздуху придаются следующие параметры: давление P = 0,6 + 0,1 кгс/см² , точка росы не более минус 55^oC и расход Q = 2,5 м³/ч. Это обеспечивает бесперебойную работу генератора озона и положительно влияет на эффективность процесса синтеза озона. Очищаемая вода подается в бак-реактор. Одновременно туда же подается предварительно распыленный озон. Проходя через слой очищаемой воды, озон вступает в химическую реакцию с растворенными в воде веществами. Распыление озона позволяет увеличить площадь обрабатываемой воды, что увеличивает выход озонированной воды. В результате реакции в воде образуются осадки в виде различных окислов. Нерастворившийся озон разлагают в два этапа: I - нагрев до температуры не менее 80^o; II - разложение на поверхности катализатора. Обработанная озоном вода подается на трехступенчатую фильтрацию. Для снижения солености после трехступенчатой фильтрации воду деминерализуют.

Сочетание озонирования с фильтрацией и сорбцией на активированных углях дает возможность разрушить сложные органоминеральные комплексы, окисляет и удаляет металлы, ускоряет процесс нитрификации аммонийного азота, а также служит для окисления и сорбции различных растворенных органических веществ, придающих воде привкус и запах, и для других целей.

Фильтры, загруженные активированным углем, независимо от колебания уровня загрязненности воды служат постоянно действующим барьером по отношению к сорбируемым веществам.

Таким образом сочетание озонирования и фильтрации на фильтрах с различной загрузкой является оптимальным технологическим решением проблем улучшения качества питьевой воды.

Для подтверждения вышеизложенного предлагаем следующую таблицу, в которую сведены результаты исследования качества питьевой воды, полученной предлагаемым способом.

Для осуществления предлагаемого способа получения сверхчистой воды предлагается установка, содержащая систему подготовки воздуха для синтеза озона, состоящую из компрессора 1, ресивера 2, блока 3 осушки, воздушного редуктора 4, соединенного с генератором 5 озона. На ресивере 2 установлены датчики-сигнализаторы 6 крайних давлений. Генератор 5 озона, датчик 7 контроля озона в воздухе соединен с баком-реактором 8, который представляет собой емкость, разделенную вдоль оси перегородкой 9 на две сообщающиеся части. Очищаемая вода 10 насосом подается в бак-реактор 8, проходя через сетчатый фильтр 11, а озон - через диспергирующее устройство 12. Бак-реактор 8 соединен с нейтрализатором 13 озона, состоящим из электронагревателя и каталитической камеры. За баком-реактором 8 насос подачи озонированной воды 14 подает ее в систему фильтрации, которая состоит из механического 15, двух сорбционных 16, 17 и мембранного 18 фильтров. На выходе из мембранного фильтра 18 установлен датчик 19 контроля озона в воде. Вся очищенная вода поступает в бак-накопитель 20, откуда попадает к потребителю.

Установка для получения сверхчистой воды работает следующим образом.

Очищаемая вода забирается из водовода, прокачивается через сетчатый фильтр 11 и подается в бак-реактор 8. Одновременно через диспергирующее устройство 12 в бак-реактор 8 подается озон, распыленный на очень мелкие пузырьки, которые, проходя через слой очищаемой воды, вступают в химическую реакцию с растворенными в ней веществами. В результате реакции образуются осадки в виде различных окислов, которые осаждаются на фильтрах: первая ступень - фильтр 15 с кварцевым песком, вторая и третья - сорбционные фильтры 16, 17 с активированным гранулированным углем различной структуры и плотности, уложенные в несколько слоев.

Для снижения солености и коррекции ионного состава воды после трехступенчатой фильтрации вода направляется в мембранный фильтр 18.

Подача деминерализованной воды потребителям осуществляется из бака-накопителя 20 чистой воды.

Кроме того, вода из бака-накопителя 20 подается на промывку фильтров и на охлаждение генератора 5 озона.

Атмосферный воздух перед попаданием в генератор озона проходит предварительную подготовку: компрессором 1 он сжимается до P = 0,75 МПа, после открытия запорного вентиля (на чертеже не показан) воздух попадает в ресивер 2.

Затем воздух попадает в осушитель 3 воздуха и приобретает параметры: T = 25^oC, точка росы не выше -55^oC. Проходя через воздушный редуктор 4, воздух приобретает параметры: P = 0,06 + 1 МПа; T = 25^oC; Q = 2,5 м³/ч; точка росы - 55^oC.

Нейтрализатор 13 озона предназначен для разложения непрореагировавшего озона после прохождения через слой очищаемой воды до санитарных норм перед выбором в атмосферу. Это происходит в два этапа: а) газ нагревается до температуры не менее 80^oC; б) проходит через катализатор.

Система контроля, состоящая из датчиков-сигнализаторов 6 крайних давлений, датчика 7 контроля воздуха, датчика 19 контроля озона в воде и многих других блоков (на схеме не показаны), обеспечивает бесперебойную подачу воды, управление комплексом ее очистки, контроль параметров и блокировку от нештатных ситуаций.

В настоящее время в мире наблюдается повышенное внимание методам и средствам получения чистой питьевой воды. Предлагаемые способ и установка позволяют достичь высокой эффективности обезвреживания воды от химических загрязнений, позволяют избежать образования токсичных производных и перейти непосредственно к фильтрации на фильтрах с активной загрузкой.