способ получения высококачественной питьевой воды

Формула изобретения

Способ получения высококачественной питьевой воды, включающий многостадийные процессы ее озонообработки, фильтрации в зернистом фильтрующем материале и регенерации зернистого фильтрующего материала, отличающийся тем, что фильтрацию воды осуществляют в четыре стадии, пропуская ее на первой стадии через полимер-песчаный зернистый материал с размером пор 50-100 мкм, на второй стадии - через углеродный зернистый материал с емкостью пор 0,5-1,0 см ³/г, на третьей стадии - через углеродный зернистый материал с емкостью пор 0,05-0,5 см³/г, на четвертой стадии - через полимерный материал с размером пор 1-2 мкм, озонообработку воды осуществляют в четыре стадии, используя на первой стадии эжекторную озонообработку исходной воды непрореагировавшей частью озоно-воздушной смеси, полученной после второй и третьей стадий озонообработки, а также озонообработку полимер-песчаного зернистого материала озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после эжекторной озонообработки исходной воды, используя на второй стадии эжекторную и реакторно-барботажную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после первой стадии озонообработки, циркуляционную обработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после эжекторной озонообработки второй стадии, а также озонообработку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,5-1,0 см ³/г озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после второй стадии озонообработки, используя на третьей стадии эжекторную и реакторно-барботажную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после второй стадии озонообработки, циркуляционную обработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после эжекторной озонообработки третьей стадии, а также озонообработку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,05-0,5 см ³/г и полимерного материала с размером пор 1-2 мкм озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после третьей стадии озонообработки, используя на четвертой стадии эжекторную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после третьей стадии озонообработки, регенерацию зернистого фильтрующего материала осуществляют в три стадии, используя на первой стадии обратную промывку полимер-песчаного зернистого материала озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после второй стадии озонообработки, используя на второй и третьей стадиях обратную промывку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г и углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,05 0,5 см ³/г озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после третьей стадии озонообработки, а регулирование продолжительности циркуляционных процессов и концентрации озона на второй и третьей стадиях озонообработки осуществляют в зависимости от уровня окислительно-восстановительного потенциала обрабатываемой на этих стадиях озоно-воздушно-водяной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству питьевых столовых вод, в частности к многостадийным способам обработки питьевых вод путем их глубокой очистки и обеззараживания с использованием озоно-сорбционной и вакуумно-эжекционной техники, и может быть использовано при подготовке воды для розлива в бутылки или пакеты различной емкости, забираемой из слабоминерализованных подземных источников.

Известен «Способ получения высококачественной воды и установка для его осуществления» (патент RU №2059350, МПК C02F 1/68 по заявке Адамовича Б.А. и др. №93026863/26 от 19.05.1993 г., опубликован 27.04.1996 г.), включающий дистилляцию с последующей минерализацией дистиллята на гранулированной насадке из карбонатсодержащих минералов и посеребренного активного угля и обеззараживанием полученной водно-минеральной смеси пероксидом водорода.

Основными недостатками известного способа являются: сложность и высокая стоимость реализации, непостоянный и неоптимальный минеральный состав получаемой водно-минеральной смеси, а также невысокая надежность ее обеззараживания.

Известен «Способ очистки воды для бытового потребления» (патент RU №2092452, C02F 1/78, C02F 1/42 по заявке Мигалатий Е.В. и др. №95119943/25 от 21.11.1995 г., опубликован 10.10.1997 г.), включающий последовательное прохождение воды через мембранный фильтрующий элемент и угольный фильтр, предусматривающий двухстадийное озонирование, причем на первой стадии осуществляют озонирование воды непосредственно после мембранного фильтрующего элемента, а на второй стадии для озонирования воды после угольного фильтра используют избыток озона после мембранного фильтрующего элемента.

Основными недостатками известного способа являются: невысокая производительность и неполноценный для ежедневного употребления минеральный состав обработанной воды, присущие мембранным способам фильтрации воды, возможность биологического обрастания и бактериального загрязнения мембраны, не подвергающейся обеззараживанию озоном, а также невысокая санитарно-эпидемиологическая надежность очистки и обеззараживания исходной воды за счет использования барботажного способа озонирования воды, отличающегося невысокой степенью смешения озона с обрабатываемой водой при значительных размерах барботажной колонны и значительном времени барботирования озона, составляющем 12-20 минут.

Известен «Способ получения питьевой воды» (патент RU №2122982, C02F 9/00 по заявке Гончарука В.В. и др. №97110995/25 от 27.06.1997 г., опубликован 10.12.1998 г.), включающий обеззараживание исходной природной воды окислителями в несколько этапов в сочетании с физико-химическими процессами, причем первичное обеззараживание осуществляют окислителем - озоном, реагентную обработку осуществляют в режиме напорной флотации с использованием в качестве флотореагента - коагулянта, повторную обработку осуществляют окислителем - озоном, фильтрование осуществляют через активный уголь, а финишное обеззараживание очищенной воды осуществляют окислителем - хлором.

Основными недостатками известного способа являются:

1. Сложность и невысокая надежность в эксплуатации реагентного хозяйства, включающего в себя: смеситель с механическими мешалками, дозатор раствора коагулянта, камеру хлопьеобразования, флотационную колонну, дросселирующее устройство и сатуратор для насыщенная обрабатываемой воды воздухом.

2. Низкая производительность за счет значительной длительности полного цикла технологических операций, предусмотренных известным способом (первичное озонирование - более 7 минут, коагулирование, флотация и хлопьеобразование - более 30 минут, вторичное озонирование - 15 минут, обеззараживание хлором в течение 40 минут).

3. Невысокое качество питьевой воды, поступающей потребителю, за счет наличия в ней солей алюминия, растворенного хлора и его соединений.

4. Невысокая санитарно-эпидемиологическая надежность очистки и обеззараживания исходной воды за счет использования барботажного способа первичного и вторичного озонирования воды, отличающегося невысокой степенью смешения озона с обрабатываемой водой при значительных размерах барботажной колонны и значительном времени барботирования озона, составляющем более 30 минут.

Известен «Способ очистки природной воды» (патент RU №2238916, C02F 9/12 по заявке Балояна Б.М. №2003131161/15 от 23.10.2003 г., опубликован 27.10 2004 г.), включающий обработку воды окислителем в аэраторе (воздухом, озоном и др.), фильтрацию через инертную загрузку в режиме противотока через подвижный слой загрузки в фильтрующем устройстве, оборудованном аэрлифтом, промывку загрузки, осуществляемую в верхней части устройства одновременно с фильтрацией воды, и финишную дезинфекцию очищенной воды ультрафиолетовым (УФ) излучением

Основными недостатками известного способа являются:

1. Низкая эффективность процессов окисления загрязняющих примесей и обеззараживания за счет использования способа аэрации природной обрабатываемой воды, отличающегося невысокой степенью смешения окислителей с обрабатываемой водой при значительных размерах аэрационной колонны и вспомогательного аэрационного оборудования.

2. Невысокая санитарно-эпидемиологическая надежность обеззараживания природной воды за счет использования финишной дезинфекции очищенной воды УФ-излучением, обладающим следующими недостатками:

- отсутствием пролонгированного действия;

- наличием только обеззараживающего действия;

- невозможностью дезактивации простейших (цист giardia lamblia и ООО-цист criptosporidia), гельминтов, вирусов (гепатита-А, полиомиелита, лептоспороза и др.) и некоторых опасных бактерий (Pseudom. aeruginosa и Mycobacterium tuberculisis);

- ограниченностью обеззараживающей эффективности УФ-излучения в зависимости от степени прозрачности и цветности обрабатываемой воды, процентного содержания в ней солей железа и марганца, а также наличия коллоидных частиц и др.;

- необходимостью ежемесячной химической очистки оптических чехлов от минеральных отложений и биологического обрастания (колоний простейших, микроводорослей и сапрофитов в виде слизистых отложений), а также их дезинфекции;

- неэффективностью используемого в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения УФ-излучения на длине волны 250-260 нм при заявляемой мощности излучения - 16 мДж/см² (из-за потери эмиссии УФ-ламп во времени, помутнения колб ламп от механического воздействия взвесей и отложений минеральных и органических веществ - плотность УФ-излучения в обрабатываемой воде не превышает 30-35% от заявляемой).

Известен «Способ очистки воды с повышенным содержанием солей металлов» (патент RU №2209777, C02F 1/78 по заявке космического НПЦ им. Хруничева №2001119652/12 от 18.07.2001 г, опубликован 10.08.2003 г.), предусматривающий предварительное озонирование исходной воды озоновоздушной смесью в течение 15 мин до остаточной концентрации озона в воде 0,1 мг/л с последующим отбором части озоноводяной смеси для рецеркуляции, а также регулирование ее расхода в соотношении 3:1 по отношению к исходной воде.

Основными недостатками известного способа являются:

- невысокая эффективность обеззараживания исходной воды за счет применения рециркуляционной схемы использования озоноводяной смеси с выхода реакторного блока, не прошедшей очистки на механическом и сорбционном фильтрах;

- невысокое быстродействие, связанное с необходимостью проведения предварительного озонирования исходной воды озоновоздушной смесью в течение 15 мин до остаточной концентрации озона в воде 0,1 мг/л;

- невысокая эпидемиологическая надежность и эффективность реализации способа при увеличении степени химического и бактериологического загрязнений исходной воды.

Известен «Способ получения Байкальской питьевой воды» (патент RU №2045478, C02F 1/00 по заявке Лимнологического института СО РАН №5049273/26 от 22.06.1992 г., опубликован 10.10.1995 г.), включающий забор воды из слоя глубинных вод озера Байкал, предварительную обработку воды путем грубой фильтрации, тонкую очистку путем фильтрации через систему фильтров с последовательно уменьшающимися диаметрами пор, последующую стерилизацию воды озоном или УФ-излучением, розлив в стерильные емкости, свободное пространство которых заполнено кислородно-озоновой смесью, укупорку в атмосфере, прошедшей очистку фильтрованием.

Основными недостатками известного способа являются:

- возможность биологического обрастания фильтров грубой и тонкой очистки, в том числе возможность размножения на них патогенной микрофлоры, т.к. не предусмотрено их обеззараживание озоном или УФ-излучением;

- невысокие эпидемиологическая надежность и эффективность реализации известного способа из-за отсутствия сорбционной обработки воды после стерилизации озоном воды и емкостей, что делает малоэффективным применение озона для целей обеззараживания и стерилизации питьевой воды. Известно (см. «Озонирование воды», Кожинов В.Ф. и др. М., Стройиздат, 1974 г. и «Теоретические основы кондиционирования воды», Кульский Л.А., Киев, Наукова Думка, 1983 г.), что при озонировании обрабатываемой воды без применения сорбции на активных углях в обработанной воде появляется значительное количество продуктов неполного окисления загрязняющих примесей, в том числе канцерогенов и мутагенов. При этом продукты озонолиза (продукты неполного окисления загрязняющих примесей озоном, пероксиды и активные радикалы) смогут поступать в очищенную воду и к потребителю. А при использовании сорбционных фильтров на активных углях в процессе озонирования обрабатываемой воды, во-первых, осуществляется эффективная сорбция продуктов озонолиза, во-вторых, увеличивается время взаимодействия озона с обрабатываемой водой за счет развитой поверхности активных углей и, в-третьих, возникает каталитический эффект озоносорбции, значительно увеличивающий окислительную способность озона.

По своей технической сущности наиболее близким к заявляемому способу (прототипом) является «Способ получения питьевой воды» (патент RU №2083506, C02F 1/78, по заявке Суровикина В.Ф. и др. №95106387/25 от 24.04.1995 г., опубликован 10.07.1997 г.).

Известный способ включает предварительное озонирование воды барботированием через диспергаторы, обеспечивая концентрацию озона 1,5-10 г/м³ с последующей реакторной обработкой озоноводяной смеси в течение 25-30 мин, 2-стадийную фильтрацию через зернистый фильтрующий углеродный материал, причем на первой стадии исходную воду фильтруют через мезопористый углеродный материал с размером зерен 1,0-3,5 мм в течение 10-15 мин, на второй стадии воду, очищенную на первой стадии, фильтруют через мезопористый углеродный материал с размером зерен 0,5-2,5 мм в течение 25-30 мин, вторичное озонирование воды барботированием через диспергаторы, основную регенерацию углеродного материала первой и второй стадии фильтрации воды потоком воды снизу вверх с одновременной подачей воздуха в течение 20-30 мин периодичностью 24 час и дополнительную регенерацию углеродного материала второй стадии фильтрации воды водно-воздушной смесью снизу вверх в течение 15-30 мин, кипячением его в воде, разогретой путем подачи в нее пара с температурой 120-200°С, в течение 20-60 мин, периодичностью 240-360 час, а также финишную регенерацию углеродного материала второй стадии фильтрации воды водовоздушной смесью снизу вверх в течение 15-30 мин.

Недостатками известного способа являются:

- невысокие надежность и производственная безопасность реализации способа в связи со сложностью используемого технологического оборудования - озонаторов напорного типа, барботажных смесительных колонн с диспергаторами, компрессорной станции и паровой котельной установки;

- возможность попадания части непрореагировавшего озона (химического вещества первого класса опасности, предельно-допустимая концентрация которого в воздухе рабочей зоны составляет около 0,1 мг озона/м³ воздуха) в воздух рабочей зоны, что связано с применением напорной технологии озонообработки и отсутствием деструкторов озона;

- невысокая санитарно-эпидемиологическая надежность очистки и обеззараживания исходной воды, которую подтверждают следующие доводы:

1. Отсутствие объективного инструментального контроля за текущим содержанием растворенного озона в обрабатываемой воде, что не позволяет оптимизировать процессы озонообработки воды и обеспечивать санитарно-эпидемиологическую надежность очистки и обеззараживания исходной воды.

2. Неэффективность использования озона в связи с использованием способа озонообработки исходной воды путем барботирования озона через диспергаторы, отличающегося невысокой степенью смешения озона с обрабатываемой водой. При барботаже через диспергаторы с обрабатываемой водой смешивается не более 60-70% подаваемого через диспергаторы озона, а непрореагировавший озон накапливается в потолочных частях смесительных колонн и первой накопительной емкости, создавая озоно-воздушные подушки, препятствующие эффективному перемешиванию озона с обрабатываемой водой и создающие дополнительное противодавление насосным системам.

3. Осуществление основной регенерации зернистого фильтрующего материала первой и второй стадии фильтрации воды потоком воды снизу вверх с одновременной подачей нестерильного воздуха в течение 20-30 минут и периодичностью 24 час. В связи с тем, что при такой регенерации прекращают подачу озоно-воздушной смеси в смесительные колонны, а в линию регенерации фильтрующего материала подают воздух от компрессора, нарушается стерильность фильтрующего углеродного материала, приобретенная во время его озонообработки. В подаваемом компрессором обычном атмосферном воздухе, во-первых, могут содержаться бактерии, в т.ч. сапрофиты и патогенная микрофлора, во-вторых, нестерильные масляные пары из самого компрессора.

Таким образом, из уровня техники следует, что известные способы подготовки питьевой воды не устраняют полностью проблему повышения качества питьевой воды путем повышения уровня санитарно-эпидемиологической надежности процессов очистки и обеззараживания исходной воды.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения питьевой воды высокого качества за счет повышения уровня санитарно-эпидемиологической надежности процессов очистки и обеззараживания исходной воды.

Поставленная задача решается описываемым способом получения высококачественной питьевой воды, который включает многостадийные процессы озонообработки и фильтрации исходной воды в зернистом фильтрующем материале, а также регенерации зернистого фильтрующего материала.

Введем определения.

1. Озонообработка питьевой воды - интенсивное насыщение питьевой воды озоном, полученным в специальном генераторе озона путем воздействия высоковольтного электрического разряда на кислород окружающей воздушной среды.

2. Эжекторная озонообработка питьевой воды - интенсивное насыщение озоном питьевой воды, поступающей во внутреннюю полость эжекторного смесителя (устройства, широко используемого в науке и технике), за счет гидродинамических и массообменных процессов.

3. Реакторно-барботажная озонообработка питьевой воды - интенсивное насыщение питьевой воды озоном за счет барботажного эффекта в наполненной обрабатываемой питьевой водой реакторной емкости (цилиндрической или иной формы), в нижнюю часть которой с выхода эжекторного смесителя подается под избыточным давлением озоно-воздушно-водяная смесь, а мелкие пузырьки озоно-воздушной части поступившей смеси барботируют (всплывают) в верхнюю часть реакторной емкости.

4. Циркуляционная обработка озоно-воздушно-водяной смеси - интенсивное насыщение питьевой воды озоном за счет многократной циркуляции озоно-воздушно-водяной смеси в замкнутом трубопроводе с помощью циркуляционного (низконапорного) насоса.

5. Зернистый фильтрующий материал - песок или синтетическая крошка, по своему гранулометрическому составу удовлетворяющие техническим требованиям соответствующих нормативных документов.

6. Полимерпесчаный зернистый материал с размером пор 50-100 мкм - композиция, полученная за счет прессования и термообработки смеси, состоящей из кварцевого песка определенного гранулометрического состава и эпоксидной смолы в строго определенных пропорциях. Выпускается ГУП НИЦ «Экотехника» (г.Ростов-на-Дону) по ТУ 4859-001-40545057-98 и санитарно-эпидемиологическое заключение №77.99.04.485.Д.004448.07.02 от 10.07.2002 г. в виде тонкостенных цилиндрических картриджей.

7. Углеродный зернистый материал с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г - серийно выпускаемый активированный уголь, антрацитовая крошка типа «Пуролат» (выпускает ОАО «Шахта Обуховская», Ростовская область) и др.

8. Полимерный материал с размером пор 1-2 мкм - полипропиленовые или полиэстеровые картриджи, серийно выпускаемые многими предприятиями России. Срок использования этих картриджей ограничен их грязеемкостью и определяется предприятиями-изготовителями.

9. Обратная промывка фильтрующего материала (зернистого, полимерпесчаного, углеродного зернистого) - осуществляется обратным потоком очищенной (промывочной) воды под определенным давлением в течение строго определенного времени (времени фильтроцикла).

10. Регенерация зернистого фильтрующего материала - восстановление заданных фильтрующих свойств зернистого фильтрующего материала путем его обратной промывки чистой водой или специальными водяными смесями, например озоно-воздушно-водяной смесью.

11. Уровень окислительно-восстановительного потенциала - это величина редокс-потенциала (Eh), характеризирующая окислительную способность воды по отношению к микробиологическим загрязнителям. Например, при Eh исследуемой воды больше 600 мВ вода считается продизенфицированной, а при Eh больше 800 мВ исследуемая вода считается стерильной.

Процесс получения высококачественной питьевой воды осуществляется следующим образом.

Фильтрацию исходной воды осуществляют в четыре стадии, пропуская ее на первой стадии через полимерпесчаный зернистый материал с размером пор 50-100 мкм, на второй стадии - через углеродный зернистый материал с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г, на третьей стадии - через углеродный зернистый материал с емкостью пор 0,05-0,5 см³/г, на четвертой стадии - через полимерный материал разового использования с размером пор 1-2 мкм.

Озонообработку исходной воды осуществляют в четыре стадии, используя на первой стадии эжекторную озонообработку исходной воды непрореагировавшей частью озоно-воздушной смеси, полученной после второй и третьей стадий озонообработки, а также озонообработку полимерпесчаного зернистого материала озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после эжекторной озонообработки исходной воды, используя на второй стадии эжекторную и реакторно-барботажную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после первой стадии озонообработки, циркуляционную обработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после эжекторной озонообработки второй стадии, а также озонообработку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,5-1,0 см ³/г озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после второй стадии озозонообработки, используя на третьей стадии эжекторную и реакторно-барботажную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после второй стадии озонообработки, циркуляционную обработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после эжекторной озонообработки третьей стадии, а также озонообработку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,05-0,5 см ³/г и полимерного материала разового использования с размером пор 1-2 мкм озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после третьей стадии озонообработки, используя на четвертой стадии эжекторную озонообработку озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после третьей стадии озонообработки.

Регенерацию зернистого фильтрующего материала осуществляют в три стадии, используя на первой стадии обратную промывку полимерпесчаного зернистого материала озоно-водяной смесью, полученной после второй стадии озонообработки, используя на второй и третьей стадии обратную промывку углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г и углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,05-0,5 см ³/г озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после третьей стадии озонообработки.

Регулирование продолжительности циркуляционных процессов и концентрации озона на второй и третьей стадиях озонообработки осуществляют в зависимости от уровня окислительно-восстановительного потенциала обрабатываемой на этих стадиях озоно-воздушно-водяной смеси.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа получения высококачественной питьевой воды.

Исходная вода подается насосом 1 в многосопловый эжекторный смеситель 2, в котором осуществляется первая стадия озонообработки исходной воды - ее интенсивное смешивание с непрореагировавшей озоно-воздушной смесью, поступающей из контактных колонн 3 и 13. Затем полученная озоно-воздушно-водяная смесь поступает в полимерпесчаный зернистый фильтр 4, в котором продолжается озонообработка исходной воды, осуществляется первый этап фильтрации загрязняющих ее механических частиц размером более 100 мкм, а также происходит обеззараживание самого фильтра 4. Далее обработанная вода поступает в эжекторный смеситель 5, подсоединенный озонопроводом к генератору озона 6. Из эжекторного смесителя 5, в котором осуществляется озонообработка исходной воды, в т.ч. окисление органических примесей, железа, марганца и пр., обрабатываемая вода поступает в контактную колонну 3, где продолжается процесс окисления примесей, происходит хлопьеобразование продуктов окисления и частичная деаэрация озоно-воздушно-водяной смеси.

При достижении обрабатываемой водой верхнего рабочего уровня контактной колонны 3 датчик верхнего уровня (на схеме не показан) при помощи электромагнитных переключателей рода работ (на схеме не показаны) переключает насос 1 в режим циркуляции, при этом исходная вода перестает поступать в основную ветвь ее обработки (через механический фильтр 4 и эжекторный смеситель 5 в контактную колонну 3), а озоно-воздушно-водяная смесь из глубинной части контактной колонны 3 при помощи насоса 1 подается через первый всасывающий вход (на схеме не показан) многосоплового эжекторного смесителя 2 в неперфорированный участок (на схеме не показан) циркуляционного трубопровода 7, расположенный снаружи контактной колонны 3, а затем в перфорированный участок циркуляционного трубопровода 7, расположенный по периметру внутренней нижней части контактной колонны 3 (на схеме не показан).

Кроме того, вне зависимости от уровня озоно-воздушно-водяной смеси в контактной колонне 13 непрореагировавшая в ней озоно-воздушная смесь будет поступать через второй всасывающий вход (на схеме не показан) многосоплового эжекторного смесителя 2 в неперфорированный участок (на схеме не показан) циркуляционного трубопровода 7.

Таким образом, на второй стадии озонообработки исходной воды осуществляется эжекторная и реакторно-барботажная озонообработка озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после первой стадии озонообработки, а также циркуляционная обработка полученной на второй стадии озоно-воздушно-водяной смеси.

Регулирование продолжительности циркуляционного процесса и концентрации озона в обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси на второй стадии озонообработки осуществляется с помощью датчика редокс-потенциала 8, размещенного в нижней внутренней части контактной колонны 3 и электрически соединенного с электронным блоком управления 9, в зависимости от уровня окислительно-восстановительного потенциала обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси.

Известно (ст.«Озонирование в системах водоподготовки» в журнале «Сантехника», №3, 2001 г., авторы Помозов И.М., Можаев Л.В. и др., НТЦ «Озон», г.Москва), что при увеличении химической и бактериальной загрязненности контролируемой воды ее окислительно-восстановительный потенциал (или в других литературных источниках - редокс-потенциал - Eh) падает, а стандартному качеству воды соответствует вполне определенный интервал значений показателя Eh.

В связи с этим предусматривается регулирование концентрации озона в обрабатываемой воде в обратно пропорциональной зависимости от Eh за пределами заданного интервала значений, соответствующих стандартному качеству воды. Интервал значений показателя Eh, определяющий регулирование, задается исходя из гарантированного качества воды.

Для возможности регулирования химической и бактериальной загрязненности очищаемой воды непрерывно измеряется Eh воды потенциометрическим прибором, имеющим шкалу в миливольтах.

При уровне редокс-потенциала (Eh) обрабатываемой воды в диапазоне 650-750 мВ гарантируется надежное обеззараживание обрабатываемой воды. При уровне Eh, равном или более 800 мВ, возможно осуществление полной стерилизации обрабатываемой воды.

В широко распространенных конструкциях современных генераторов озона величина концентрации озона на выходе генератора озона прямо пропорциональна частоте питающего напряжения.

Таким образом, изменяя частоту питающего напряжения генератора озона, можно регулировать концентрацию озона на выходе генератора озона, определяющую концентрацию озона в очищаемой воде, и получать воду необходимого качества по уровню химической и бактериальной загрязненности.

Например, при снижении Eh очищаемой воды ниже 650 мВ (уровень Eh питьевой воды стандартного качества) увеличивают частоту питания генератора озона, что позволяет увеличить концентрацию озона на выходе генератора озона и, соответственно, в очищаемой воде, а также интенсифицировать окислительные и массообменные процессы в очищаемой воде, а значит повысить степень очистки и обеззараживания очищенной воды.

При достижении Eh очищенной воды заданного интервала, например 700 мВ, уменьшают частоту питания генератора озона, что позволяет уменьшить концентрацию озона на выходе генератора озона и, соответственно, в очищаемой воде, что позволяет замедлить окислительные и массообменные процессы.

В практике очистки питьевой воды и дезинфекции наиболее стойких организмов, обнаруживаемых иногда в поверхностных и подземных водах, общепринято характеризовать процесс полной дезинфекции обрабатываемой воды коэффициентом СТ, где С - концентрация озона, мг/л, а Т - время контакта, мин. Озон действует в сотни раз быстрее хлора, например, на поливирусы, коксаки-вирусы, кишечные вирусы, акант-амебу Nagleria fowleri, лямблии гиардиа и криптоспоридиум парвум. Озон обеспечивает также дополнительную защиту против таких бактерий, как стрептококки и псевдомонады.

Коэффициенты СТ, необходимые для 99%-дезактивации бактерий и вирусов в диапазоне температур 5-25°С, представлены в таблице:

Микроорганизмы	Озон pH 6-7	Хлор pH 6-7	Хлорамин pH 8-9	Диоксид хлора pH 6-7
Кишечные бактерии Е. Coli	0.02	0.03-0.05	95-180	0.4-180
Полиовирус 1	0.1-0.2	1.1-2.5	770-3500	0.2-6.7
Ротавирус	0.006-0.06	0.01-0.05	2810-6480	0.2-2.1
Лямблии гиардиа	0.5-1.6	30-150	750-2200	10-36
Криптоспоридиум (ооо) cysts	2.5-18.4	7200	7200	78

Данная таблица четко показывает, что озон, безусловно, является самым сильным дезинфицирующим средством и единственным средством, способным обеспечить эффективную дезактивацию бактерий, вирусов, колоний и 000-колоний простейших паразитов.

Зависимость СТ-фактора озона от степени инактивации бактерий и температуры воды при рН 6÷9 приведена в таблице:

Уровень инактивации бактерий (число порядков)	Температура воды, °С
	0,5	5	10	15	20	25
0,5 lgI	0,53	0,44	0,37	0,27	0,2	0,13
1,0 lgI	1,13	0,67	0,53	0,47	0,35	0,2
2,0 lgI	2,2	1,33	1,13	0,87	0,67	0,53
3,0 lgI	3,0	2,0	1,67	1,3	1,0	0,67

В зависимости от требуемой степени инактивации бактерий, а также соотношения цена-качество при озонообработке питьевой воды используют два вида управляющего воздействия: регулирование времени взаимодействия озона с обрабатываемой водой («Т») или регулирование концентрации озона («С») на выходе используемого генератора озона. В первом случае целесообразно регулировать расход обрабатываемой воды путем, например, частотного регулирования скорости вращения электродвигателя насосного агрегата. Во втором случае целесообразно регулировать концентрацию озона путем, например, регулирования частоты электрического напряжения, питающего генератор озона.

Регулирование продолжительности циркуляционного процесса и концентрации озона в обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси на второй стадии озонообработки осуществляется следующим образом.

При уровне редокс-потенциала (Eh) обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси менее 650 мВ с датчика редокс-потенциала 8 электрический сигнал, несущий информацию о содержании растворенного озона в обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси, поступает через преобразователь редокс-потенциала (на схеме не показан), вырабатывающий стандартный электрический управляющий сигнал, на электронный блок управления 9, вырабатывающий два частотных управляющих сигнала, при помощи которых может осуществляться, во-первых, регулирование продолжительности циркуляционного процесса путем воздействия первого частотного управляющего сигнала на регулятор скорости вращения электродвигателя (на схеме не показан) насоса 1 и, во-вторых, регулирование концентрации озона на выходе генератора озона 6 путем воздействия второго частотного управляющего сигнала на управляющий вход генератора озона 6.

Следует отметить, что при уровне редокс-потенциала (Eh) обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси выше 650 мВ, достигнутом на предыдущих стадиях озонообработки, необходимость озонообработки на последующих стадиях не отпадает по следующим причинам:

1. Время жизни озона до превращения его в кислород в зависимости от температуры обрабатываемой воды ограничено периодом времени от нескольких минут до десятков минут.

2. Не весь озон растворяется в обрабатываемой воде и реагирует с химическими и биологическими загрязнениями, часть озона выбрасывается в атмосферу через деструкторы озона при частичной деаэрации озоно-воздушно-водяной смеси в контактных колоннах 3 и 13.

3. Разложение органических веществ, отфильтрованных или сорбированных фильтрующими загрузками, до углекислого газа и воды осуществляется озоном не мгновенно, т.е. требуются значительные экспозиция и концентрация (или многократность воздействия) озона.

4. Озон, не прореагировавший с химическими или биологическими загрязнениями в обрабатываемой воде, разлагаясь до кислорода, только улучшает органолептические свойства обработанной воды (появляется вкус родниковой воды).

5. Обратная промывка полимерпесчаного зернистого материала, углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г и углеродного зернистого материала с емкостью пор 0,05-0,5 см ³/г, осуществляемая озоно-воздушно-водяной смесью, полученной после соответствующих стадий озонообработки, также требует дополнительного расхода (избытка) озона, трудно рассчитываемого при условиях непостоянства химического и биологического состава загрязнений в обрабатываемой воде и неконтролируемого поступления из окружающей воздушной среды гнилостных бактерий (сапрофитов).

6. Массообменные процессы, происходящие при растворении озона в воде и при взаимодействии озона с химическими или биологическими загрязнениями, весьма инерционны и при реализации системы автоматического регулирования с обратной связью (подача непрореагировавшего озона с выходов финишных стадий системы озонообработки воды на входы предыдущих стадий этой системы) происходит транспортное запаздывание в системе автоматического регулирования. В этом случае избыток озона предпочтителен для оптимизации процесса обеззараживания обрабатываемой воды.

При достижении обрабатываемой водой (в результате расхода очищенной воды) нижнего рабочего уровня контактной колонны 3 датчик нижнего уровня (на схеме не показан) при помощи электромагнитных переключателей рода работ (на схеме не показаны) переключает насос 1 в основной режим, описанный выше.

Из контактной колонны 3 обработанная в ней вода подается насосом 10 в сорбционный фильтр 11, заполненный углеродным зернистым материалом с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г, на котором продолжается окисление примесей и осуществляется второй этап фильтрации и сорбции продуктов озонолиза. Затем обработанная вода поступает через эжекторный смеситель 12, в котором осуществляется третья стадия озонообработки исходной воды - окисление наиболее стойких органических примесей, в контактную колонну 13, где завершается процесс окисления примесей и продолжается деаэрация озоно-воздушно-водяной смеси.

При достижении обрабатываемой водой верхнего рабочего уровня контактной колонны 13 датчик верхнего уровня (на схеме не показан) при помощи электромагнитных переключателей рода работ (на схеме не показаны) переключает насос 10 в режим циркуляции, при этом исходная вода перестает поступать в основную ветвь ее обработки (через сорбционный фильтр 11 и эжекторный смеситель 12 в контактную колонну 13), а озоно-воздушно-водяная смесь из глубинной части контактной колонны 13 при помощи насоса 10 будет подаваться в неперфорированный участок (на схеме не показан) циркуляционного трубопровода 14, расположенный снаружи контактной колонны 13, а затем в перфорированный участок циркуляционного трубопровода 14, расположенный по периметру внутренней нижней части контактной колонны 13 (на схеме не показано). Таким образом, на третьей стадии озонообработки исходной воды осуществляется эжекторная и реакторно-барботажная озонообработка озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после второй стадии озонообработки, а также циркуляционная обработка полученной на третьей стадии озоно-воздушно-водяной смеси.

Регулирование продолжительности циркуляционного процесса на третьей стадии озонообработки осуществляется с помощью датчика редокс-потенциала 15, размещенного в нижней внутренней части контактной колонны 13 и электрически соединенного с электронным блоком управления 9, в зависимости от уровня окислительно-восстановительного потенциала обрабатываемой озоно-воздушно-водяной смеси (аналогично описанному выше для второй стадии озонообработки).

Из контактной колонны 13 обработанная в ней вода подается насосом 16 в сорбционный фильтр 17, заполненный углеродным зернистым материалом с емкостью пор 0,05-0,5 см³/ г, в котором осуществляется третья стадия фильтрации и происходит сорбция продуктов озонолиза, и далее в картриджный фильтр 18, заполненный полимерным материалом с размером пор 1-2 мкм, где осуществляется четвертая стадия фильтрации - так называемая «полировочная» фильтрация. Тщательно очищенная и обеззараженная вода с выхода картриджного фильтра 18 поступает через многосопловый эжекторный смеситель 19, в котором осуществляется четвертая стадия озонообработки исходной воды, на установку розлива и упаковки (на схеме не показана) высококачественной питьевой воды. Кроме того, использование последней стадии озонообработки позволяет осуществлять финишное обеззараживание ПЭТ и поликарбонатной тары, консервацию воды и насыщение ее кислородом за счет разложения озона, непрореагировавшего на предыдущих стадиях озонообработки.

Регенерацию зернистого фильтрующего материала проводят в три стадии, осуществляя на первой стадии обратную промывку полимерпесчаного зернистого фильтра 4 (с размером пор 50-100 мкм) с помощью промывочного насоса 20 озоно-водяной смесью, полученной в контактной колонне 3 в результате второй стадии озонообработки. На второй стадии обратную промывку сорбционного фильтра 11 (с емкостью пор 0,5-1,0 см³/г) осуществляют с помощью промывочного насоса 21 озоно-водяной смесью, полученной в контактной колонне 13 в результате третьей стадии озонообработки. На третьей стадии обратную промывку сорбционного фильтра 17 (с емкостью пор 0,05-0,5 см³/г) осуществляют с помощью основного насоса 16 озоно-водяной смесью, полученной в контактной колонне 13 в результате третьей стадии озонообработки, путем соответствующего переключения электромагнитных клапанов (на схеме не показаны), образуя реверсивный вариант схемы включения фильтра 17. Полимерный материал, заполняющий картриджный фильтр 18, периодически заменяют в соответствии с инструкцией по его применению.

Реализация предлагаемого способа позволяет обеспечить получение высококачественной питьевой воды, насыщенной кислородом, с длительным временем хранения, а также повысить санитарно-эпидемиологическую надежность технологических процессов очистки и обеззараживания питьевой воды высокого качества.

Существенность отличий и преимущества предложенного способа обуславливают нижеследующие технические решения, в своей совокупности позволяющие повысить санитарно-эпидемиологическую надежность процессов очистки и обеззараживания питьевой воды при реализации предлагаемого способа:

1. Размещение на входе основной гидравлической магистрали установки, реализующей предложенный способ, механического полимерпесчаного зернистого фильтра 4 с размером пор 50-100 мкм позволяет повысить эксплуатационную надежность работы всей установки. При этом исключается поступление из исходной воды в контактную колонну 3 и сорбционный фильтр 11 механических загрязнений с размером частиц более 100 мкм, что повышает эффективность работы последующих каскадов установки.

2. Применение метода обратной связи, для реализации которого непрореагировавшие части водно-озоно-воздушных смесей с выходов контактных колонн 3 и 13 подаются через соответствующие фитинги по трубопроводам обратной связи на всасывающие входы многосоплового эжекторного смесителя 2, позволяет не только эффективнее использовать озон, непрореагировавший в контактных колоннах 3 и 13, но и дополнительно дезинфицировать механический полимерпесчаный зернистый фильтр 4, на котором в процессе эксплуатации возможно размножение микрофлоры, в т.ч. и патогенной, а также уменьшить количество озона, подлежащего разложению на деструкторах озона, расположенных на «дыхательных» трубах (на схеме не показано) контактных колонн 3 и 13.

3. Размещение в начале основной гидравлической магистрали многосоплового эжекторного смесителя 2 оригинальной конструкции позволяет эффективно осуществлять процесс преозонирования, т.е. смешения водно-озоно-воздушной смеси с выходов контактных колонн 3 и 13 с исходной обрабатываемой водой, обеспечивая заданную пропускную способность основной гидравлической магистрали, не вызывая существенных потерь напора в ней.

4. Осуществление в контактной колонне 3 циркуляционной обработки озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после второй стадии озонообработки, а также в контактной колонне 13 циркуляционной обработки озоно-воздушно-водяной смеси, полученной после третьей стадии озонообработки, позволяет увеличить время взаимодействия озона с исходной водой, тем самым повышая степень очистки и обеззараживания исходной воды.

5. Применение регулирования концентрации остаточного озона в обрабатываемой воде в контактных колоннах 3 и 13 с использованием Eh-потенциала позволяет оптимизировать циркуляционные процессы окисления загрязнителей и обеззараживания исходной воды по времени озонообработки, гарантируя надежное обеззараживание обрабатываемой воды.

6. Размещение в конце основной гидравлической магистрали многосоплового эжекторного смесителя 19 позволяет осуществлять не только финишное обеззараживание обрабатываемой воды озоном, но и производить обеззараживание полиэтиленовой или поликарбонатной тары в узлах розлива, а также получать дополнительный положительный эффект - насыщать разливаемую в тару воду кислородом, получаемым за счет естественной деструкции растворенного в воде озона с образованием кислорода. Кроме того, применение многосоплового эжекторного смесителя 19 оригинальной конструкции позволяет обеспечить заданную пропускную способность магистрали розлива воды, не вызывая существенных потерь напора в ней.

Производственная апробация «Способа получения высококачественной питьевой воды» была проведена автором изобретения на речном танкере «Олег Давиденко» предприятия ОАО «Росмортранс» (г.Ростов-на-Дону) во время его спуска на воду в мае 2005 г. и при запуске в эксплуатацию цеха розлива высококачественной питьевой воды «Аква-Огиб» в пос. Огиб Усть-Донецкого района Ростовской области в сентябре 2005 г.

На речном танкере «Олег Давиденко» были использованы: емкость исходной воды объемом 15 м³, резервуар чистой воды объемом 1,2 м³, корабельный гидрофор (ресивер), генератор озона производительностью по озону - 1,0 г/час и основные узлы многокаскадной установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды производительностью по воде до 1,0 м³/час, реализующей предложенный способ.

В 1995 г. на вышеупомянутом танкере была смонтирована станция приготовления питьевой воды «Озон-0,5 УТ» (производительностью по озону - 5 г/час), изготовленная ОАО «ЦКБ НПО «Судоремонт» (г.Нижний Новгород) по изобретению сотрудников Горьковского института инженеров водного транспорта (В.Л.Этин, Л.А.Худяков, А.С.Курников и др. Авторское свидетельство на изобретение СССР №1574545 по заявке №4375606/27-26 от 10.12.1987 г.). Из-за неудовлетворительной санитарно-эпидемиологической надежности работы - загазованности машинного отделения озоном и неудовлетворительных бактериологических показателей, возникающих за счет малого времени взаимодействия обрабатываемой воды с озоном, установка «Озон-0,5 УТ» была сначала законсервирована, а затем и демонтирована вообще.

Смонтированная на танкере «Олег Давиденко» установка, реализующая предложенный способ, была принята в эксплуатацию представителями «Речного регистра» и территориального управления Роспотребнадзора по Ростовской области в мае 2005 г. (санитарно-эпидемиологическое заключение №61.РЦ.06.000.Т.х.05.05 от 14.05.2005 г.).

В пос.Огиб Усть-Донецкого района Ростовской области летом 2005 г. была смонтирована, налажена и запущена в производство в составе линии розлива многокаскадная озоновая установка глубокой доочистки и обеззараживания артезианской воды, реализующая предложенный «Способ получения высококачественной питьевой воды».

В цехе розлива, расположенном в нескольких десятках метров от артезианской скважины №122 глубиной 210 м, исходная вода проходит многоступенчатую очистку на оригинальном российском озонаторном водоочистном оборудовании, где она освобождается от органических, неорганических и биологических примесей с сохранением концентрации природных минералов и вкусовых качеств. В установке использовался генератор озона производительностью по озону - 5,0 г/час, а также основные узлы многокаскадной установки глубокой доочистки и обеззараживания питьевой воды производительностью по воде до 6,0 м³/час, реализующей предложенный «Способ получения высококачественной питьевой воды».

Технология высокоэффективной очистки артезианской воды, реализующая предложенный способ, обеспечивает 100% гарантию качества полученной питьевой воды «Аква-Огиб» и ее эпидемическую безопасность, позволяя пить ее без кипячения.

Полученная по предложенному способу вода «Аква-Огиб», содержащая оптимальную концентрацию жизненно важных элементов, безопасна для здоровья и оптимальна по качеству. Она обладает физиологической полноценностью по содержанию основных биологически необходимых макро- и микроэлементов (в мг/л): кальция - 30-40, магния - 10-20, калия - 5-10, натрия - 15-20, хлоридов - 20-50, сульфатов - 10-20, гидрокарбонатов - 100-120, фтора - 0,6-0,8, кислорода - 10-15. Общая жесткость воды «Аква-Огиб» - 1,5-2,0 мг-экв./л, а общая минерализация - 280-350 мг/л.

Благодаря сбалансированному составу питьевая вода «Аква-Огиб» хорошо воспринимается организмом и пригодна для длительного хранения.

В июле 2005 г. питьевая вода «Аква-Огиб» была признана территориальным управлением «Роспотребнадзора» по Ростовской области и аккредитованной лабораторией Ростовского сертификационного центра «Донтест» соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества», а также требованиям к питьевой воде Всемирной организации здравоохранения, что отражено в следующих документах:

1. Санитарно-эпидемиологическом заключении №61.РЦ.02.918.М.003185.07.05 от 29.07.2005 г. на цех по розливу «Воды артезианской питьевой «Аква-Огиб».

2. Санитарно-эпидемиологическом заключении №61.РЦ.02.918.Т.001056.07.05 от 29.07.2005 г. на технические условия ТУ 0131-001-81639831-05 «Вода артезианская питьевая «Аква-Огиб».

3. Санитарно-эпидемиологическом заключении №61.РЦ.02.918.П.002343.07.05 от 29.07.2005 г. на «Воду артезианскую питьевую «Аква-Огиб».

4. Сертификате соответствия №РОСС RU АЮ 44.В 03506 от 3.08.2005 г. на серийный выпуск «Воды артезианской питьевой «Аква-Огиб» по ТУ 0131-001-81639831-05.

5. Свидетельстве о государственной регистрации «Воды артезианской питьевой «Аква-Огиб» от 08.12.2005 г. №61.РЦ.01.918.У.000007.12.05.

Артезианская питьевая вода «Аква-Огиб» отмечена рядом наград:

- серебряной медалью международной выставки «Экватек-2006» (г.Москва, июнь 2006 г.);

- почетным Дипломом выставки «Лучшие товары Дона» (г.Ростов н/Д, июнь 2006 г.;

- серебряной медалью «Лидер качества» 10-го юбилейного Форума «Ростов гостеприимный» (г.Ростов н/Д, 13-16 сентября 2006 г.);

- Дипломом Международной выставки «Pure Production - 2006» и конкурса «Экологически чистая и безопасная продукция» (Москва, ноябрь 2006 г.);

- медалью международного экологического форума «Экологически безопасная продукция» (свидетельство №798 от 5 ноября 2006 г., Москва, ноябрь 2006 г.), с правом размещения логотипа международного экологического форума на выпускаемой продукции;

- Дипломом (№2006610101501 от 15 ноября 2006 г.) Федерального конкурса «Лучшие товары России 2006 г.» с правом использования логотипа конкурса в течение 2-х лет.

Благодаря исключительному качеству питьевой воды «Аква-Огиб», а также идеально сбалансированному содержанию минеральных солей и микроэлементов она хорошо воспринимается организмом и пригодна для длительного хранения.

Таким образом, проведенный сопоставительный анализ заявляемого «Способа получения высококачественной питьевой воды» с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о ее соответствии критерию изобретения «новизна».

При этом изложенная в формуле совокупность существенных признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения второму критерию изобретения «изобретательский уровень».

Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения «промышленная применимость» очевидно из вышеприведенного описания работы установки, реализующей предложенный способ, и факта ее применения в 2005 г. на вышеупомянутых речном танкере «Олег Давиденко» и на линии розлива артезианской высококачественной питьевой воды «Аква-Огиб».