СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/32 C02F1/78 

Изобретение относится к обработке текучих сред, например питьевой воды, на судах и на водоподъемных городских станциях (водопровод) и позволяет повысить качество воды, улучшить экологию и безопасность окружающей среды.

Известны способы обеззараживания питьевой воды, основанные на обработке ее хлором [1]
Недостатком известных способов является их неспособность очистить воду от металлов (Fe, Mn и др.). Известные способы только лишь обеззараживают воду, т.е. убивают находящиеся в ней микроорганизмы. Кроме того, от взаимодействия хлора с находящимися в воде органическими соединениями образуются вредные для человека вещества диоксины. Следует также отметить, что для обеззараживания воды известными способами требуется много хлора (под давлением в баллонах), а это помимо больших материальных затрат требует строительства и содержания специальных охраняемых складов, что в свою очередь нарушает экологию и безопасность окружающей среды.

Большое количество хлора, необходимое для обеззараживания воды известными способами, ухудшает также вкусовые качества воды.

Известны способы обеззараживания и очистки воды путем обработки ее озоном [2]
Недостатком известных способов является невозможность с их помощью обеззараживать систему подачи, т.к. она разрушается озоном. Чтобы этого не происходило, воду после обработки озоном необходимо выдерживать в специальной емкости до полного удаления из нее растворенного озона и только после этого подавать ее потребителю. В связи с этим система подачи воды к потребителю будет необработанной (необеззараженной), что приведет к появлению и размножению в ней различных микроорганизмов. Обеззараженная озоном вода, проходя по необеззараженной системе подачи к потребителю, вновь оказывается заселенной микроорганизмами, что не допускается санитарными нормами.

Целью изобретения является обеспечение качественной очистки и обеззараживания воды и системы подачи ее потребителю без нарушения экологии и безопасности окружающей среды, без разрушений системы подачи.

Поставленная цель достигается тем, что воду на выходе из источника обеззараживают озоном, после чего обеззараживают растворенным в воде хлором систему подачи при транспортировке по ней воды потребителю.

При этом системы хранения и доставки среды потребителю обеззараживают хлором периодически, например один раз в неделю, а среду при контактировании с озоном облучают квантами света с длиной волны менее 11400 , энергетически заряжают атомы кислорода и разлагают молекулы озона на возбужденный атомарный и молекулярный кислород.

Согласно способу обеззараживание воды и системы ее подачи потребителю производят следующим образом.

Воду, забираемую из источника, очищают и обеззараживают озоном с помощью известных способов и устройств (например, впрыскивают в эжектор, барботируют в контактной камере и т.п.). Затем воду выдерживают требуемое время до полного удаления озона из нее в атмосферу. Для сокращения этого времени воздействуют на озон УФ-излучением, которое разлагает озон на атмосферный и молекулярный кислород. После этого очищенная и обеззараженная вода поступает в систему подачи потребителю через фильтр, например песчаный, который очищает воду от осадка (частиц металлов и солей, ранее растворенных в воде, а теперь окисленных озоном). На входе в систему подачи уже чистую воду хлорируют (растворяют в ней хлор с помощью известных способов и устройств, например впрыскивают в эжектор). В связи с тем, что вода уже полностью очищена и обеззаражена озоном, хлор на обеззараживание воды не тратится и используется только на обеззараживание внутренних стенок системы подачи (резервуара-хранилищ, труб, запорной арматуры и т.п.), поэтому его требуется мало и в воде он находится в малой концентрации. Растворенное в воде малое количество хлора почти не достигает потребителя, т.к. по пути следования обеззараживает всю систему подачи (до последнего раздаточного крана). После такого цикла обеззараживания системы подачи хлор некоторое время может в нее не подаваться, т.е. хлорирование воды можно производить периодически, например один-два раза в месяц. Остальное время потребителю подается чистая "голубая" вода. Количество озона и хлора, их концентрация в воде, время выдержки для обеззараживания и очистки воды и системы, периодичность хлорирования воды, (для обеззараживания системы подачи) время выдержки для удаления озона из воды в атмосферу, время и интенсивность воздействия на озон УФ-излучением и т.п. выбирают и назначают в каждом конкретном случае применительно к имеющимся условиям (качество воды, время года, изношенность системы подачи и ее характеристики и т.д.).

Известны установки для обеззараживания воды, содержащие систему подачи воды от источника потребителю и подключенный к ней источник окисляющего рабочего тела хлора.

Недостатком известных устройств является их неспособность очистить воду от металлов (Fe, Mn и др.). Известные установки только лишь обеззараживают воду, т. е. убивают находящиеся в ней микроорганизмы. Кроме того, от взаимодействия хлора с находящимися в воде органическими соединениями образуются вредные для человека вещества диоксины. Следует также отметить, что для обеззараживания воды известными установками требуется много хлора, а это помимо больших материальных затрат требует строительства и содержания специальных охраняемых складов, что в свою очередь нарушает экологию и безопасность окружающей среды, портит вкусовые качества воды.

Известны установки для обеззараживания и очистки воды, содержащие систему подачи воды от источника потребителю и подключенный к ней источник окисляющего рабочего тела озона.

Недостатком известных установок является невозможность обеззараживания озоном системы подачи воды к потребителю (резервуара-хранилища, трубопроводов, запорной арматуры и т.д.), так как система будет разрушена и вода будет засорена частицами металла (из-за разрушения озоном металла агрегатов системы подачи). Поэтому недопускается присутствие озона в системе подачи воды потребителю. Для выполнения этого условия воду после обработки озоном необходимо выдерживать в специальной емкости до полного удаления из нее озона и только после этого подавать ее потребителю. В связи с этим система подачи воды к потребителю будет необработанной, что приведет к появлению и размножению в ней различных микроорганизмов. Обеззараженная озоном вода, проходя по такой системе подачи к потребителю, вновь может быть заселена микроорганизмами, что тоже не допускается санитарными нормами.

Целью изобретения является обеспечение качественной очистки и обеззараживания воды и системы подачи воды к потребителю без нарушения экологии и безопасности окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в установке на выходе из системы забора перед фильтром установлен дополнительный резервуар, полость которого соединена с генератором озона и разделена перегородками на секции, оснащенные лампами УФ-излучения, а к входу системы подачи перед резервуаром-хранилищем подсоединен хлоратор с источником хлора.

Схема предлагаемой установки приведена на чертеже.

Установка состоит из системы забора 1 воды из источника 2 насосом 3 через клапан 4, системы подачи 5 воды к потребителю 6 насосом 7 через фильтр 8, резервуар-хранилище 9, клапан 10. На выходе из системы забора 1 воды смонтирован дополнительный резервуар 11 с генератором озона 12, подсоединенным к нему через клапан 13 и коллектор озонирования 14. Генератор озона 12 питается воздухом из атмосферы через компрессор 15. Резервуар 11 разделен перегородкой 16 на две секции 17 и 18, полости которых сообщены в верней части резервуара 11 и в каждой из которых смонтирована лампа 19 УФ-излучения в защитном чехле 20 из кварцевого стекла. Дополнительный резервуар 11 установлен над резервуаром-хранилищем 9 таким образом, что вода из системы забора 1 по трубе подвода 21 подается в нижнюю часть секции 17 насосом 4, а из нижней части секции 18 по трубе отвода 22 может самотеком через фильтр 8 поступать в верхнюю часть резервуара-хранилища 9. На входе в систему подачи 5 воды смонтирован хлоратор 23 с баллоном хлора 24, подсоединенным к нему через клапан 25. Хлоратор 23 может быть подсоединен параллельно дополнительному резервуару 11 трубой 26 таким образом, что вход в него подсоединен к выходу из насоса 4, а выход к системе подачи 5 после резервуара 11.

Установка работает следующим образом. Насосом 3 из источника 2 через клапан 4 и трубу подвода 21 воду подают в секцию 17 резервуара 11 и в нее же подают через коллектор 14 из компрессора 15 и генератора озона 12 смесь озона с воздухом, которая, поднимаясь (барботируя) вверх через воду, контактирует с ней, и озон при контакте (как хороший окислитель) вступает в реакцию с органикой, металлами и другими веществами, находящимися в воде, т.е. очищает и обеззараживает воду. Одновременно с озоном на микроорганизмы в воде, находящиеся в секции 17, действует УФ-излучение ламп 19, которое также их убивает. В известных установках лампы УФ-излучения применяются только с этой целью.

В предлагаемой установке лампы 19 выполняют другую, более эффективную функцию разложения озона и возбуждения полученных атомов и молекул кислорода. От УФ-лучей молекула озона, находящаяся в основном состоянии O₃('A), получает энергию h_ν, т.е. кванты света с длиной волны , и диссоциирует на молекулу и атом кислорода тоже в основных состояниях
.

Параллельно с этой реакцией происходит реакция:
под действием УФ-лучей с
,
под действием УФ-лучей с
,
где обозначают молекулу O₂ в возбужденном состоянии, а О ('Д) атом O в возбужденном состоянии (электрон находится на более высокой орбите).

Молекулы и атомы кислорода в возбужденном (активном) состоянии имеют добавочный запас энергии и поэтому значительно быстрее и легче вступают в реакцию окисления, т.е. улучшают и убыстряют обеззараживание и очистку контактирующей с ними воды, т.е. расходуются очень быстро ("живут" очень непродолжительное время, не более секунды), превращаясь затем в обычные атомы и молекулы кислорода, если даже не вступили в реакцию окисления, просто за счет излучения тепловой энергии при возвращении электрона на обычную орбиту. В результате улучшается и ускоряется очистка и обеззараживание воды и нет выброса озона в атмосферу. Следует особо отметить, что в известных установках и способах очистку и обеззараживание воды производит в основном не сам озон, а продукты его самораспада атомарный и молекулярный кислород. Однако без УФ-лучей самораспад озона происходит медленно (в воде до нескольких часов) и большая его часть поэтому выбрасывается неиспользованной в атмосферу, что в известных установках и способах помимо затрат на изготовление озона в необходимо большом (повышенном) количестве приводит к дополнительным затратам и неудобствам по его улавливанию (при выбросе), контролю и уничтожению. Просто выбрасывать озон в атмосферу опасно, т.к. он тяжелее воздуха, может скапливаться внизу (на земле), и его повышенная концентрация может приводить к отравлению людей, животных, разрешению строений, механизмов, материалов и т.д.

В предлагаемой же установке озона требуется уменьшенное количество и не требуется его улавливать и уничтожать, т.к. он практически весь используется на очистку и обеззараживание воды (за счет разложения УФ-излучением), что в свою очередь уменьшает габариты контактной камеры (резервуара 11), энергозатраты, облегчает эксплуатацию, упрощает производство.

После обработки в секции 17 очищенная и обеззараженная вода переливом через перегородку 16 поступает в секцию 18. Избыточный воздух и незначительная оставшаяся часть неиспользованного озона (если таковой оказался) выбрасываются из резервуара 11 в атмосферу. Для случая, если в воде остался растворенный озон, в секции 18 установлена еще одна лампа 19 УФ-излучения, полностью уничтожающая (разлагающая) остатки озона в воде. Из нижней части секции 18 вода по трубе отвода 22 самотеком поступает в фильтр 8 (например, песчаный), где задерживается осадок, т.е. окисленные озоном (кислородом) находившиеся в воде металлы и соли. Далее вода самотеком поступает в систему подачи 5 и в хлоратор 23 (например, эжектор). Одновременно в хлоратор 23 из баллона 24 через клапан 25 подают хлор (например, газообразный), который растворяется в воде и вместе с ней поступает в резервуар-хранилище 9 и далее через клапан 10 насосом 7 в систему подачи 5. В связи с тем, что вода уже очищена озоном (кислородом), хлора в воду (в хлоратор 23) подают мало, и он используется только для обеззараживания стенок резервуара-хранилища 9 и системы подачи 5 воды потребителю 6, т.е. не портит вкусовых качеств воды и не образует в ней диоксинов.

Следует отметить, что хлор можно подавать не постоянно, а периодически (например, один-два раза в месяц), что дополнительно улучшит вкусовые качества воды (остальное время подается потребителю чистая "голубая" вода без хлора, микроорганизмов, вредных примесей).

В случае необходимости подачи воды в хлоратор 23 под большим напором (параллельно резервуару 11 от насоса 4) подаваемая по этой линии вода обеззараживается хлором и транспортирует хлор для обеззараживания резервуара-хранилища 9 и системы подачи 5 воды потребителю 6.

Использование: для очистки жидкостей, например питьевой воды, для бытового и технического потребления. Сущность изобретения: жидкость на выходе из источника очищают и обеззараживают озоно-воздушной смесью, затем растворенный озон удаляют из жидкости, пропускают ее через фильтр, после чего растворяют в ней хлор и обеззараживают растворенным в жидкости хлором резервуар-хранилище и систему подачи при транспортировке по ней жидкости потребителю, причем растворенный в жидкости озон удаляют воздействием на него квантами света с длиной волны менее 11400 , например, бактерицидной электролампой УФ-излучения. Установка содержит систему забора 1 воды из источника 2 насосом 3 через клапан 4, системы подачи 5 воды к потребителю 6 насосом 7 через фильтр 8, резервуар-хранилище 9, клапан 10. На выходе из системы забора 1 воды смонтирован дополнительный резервуар 11 с генератором озона 12, подсоединенным к нему через клапан 13 и коллектор озонирования 14. Генератор озона 12 питается воздухом из атмосферы через компрессор 15. Резервуар 11 разделен перегородкой 16 на две секции 17 и 18, полости которых соединены в верхней части резервуара 11 и в каждой из которых смонтирована лампа 19 УФ-излучения в защитном чехле 20 из кварцевого стекла. Дополнительный резервуар 11 установлен над резервуаром-хранилищем 9 таким образом, что вода из системы забора 1 по трубе подвода 21 подается в нижнюю часть секции 17 насосом 4, а из нижней части секции 18 по трубе отвода 22 может самотеком через фильтр 8 поступать в верхнюю часть резервуара-хранилища 9. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обеззараживания текучей среды, например воды, и систем хранения и доставки ее от источника к потребителю, основанный на их обработке окисляющим рабочим телом, отличающийся тем, что среду и системы обеззараживают разными окисляющими рабочими телами: среду озоном на выходе из источника, системы хлором, подаваемым в среду после удаления из нее озона и транспортируемым к обеззараживаемым системам с помощью готовой к употреблению среды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что системы хранения и доставки среды потребителю обеззараживают хлором периодически, например один раз в неделю. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в момент контактирования текучей среды с озоном последний облучают квантами света с длиной волны менее 11400 энергетически заряжают ими атомы кислорода и разлагают молекулы озона на возбужденный атомарный и молекулярный кислород. 4. Установка для обеззараживания текучей среды, например воды, и систем хранения и доставки ее от источника потребителю, содержащая систему забора среды из источника, системы хранения и доставки среды потребителю, системы их обеззараживания, отличающаяся тем, что в ней на выходе из системы забора установлен озонатор с источником озона, а на входе в системе хранения и доставки хлоратор с источником хлора. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что в ней озонатор оснащен устройством для энергетической накачки атомов кислорода и разложения молекул озона на возбужденный атомарный и молекулярный кислород в виде источника квантов света с длиной волны менее 11400 например бактерицидной электролампой УФ-излучения. 6. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что хлоратор подсоединен к системам хранения и доставки текучей среды потребителю байпасом параллельно основному ее расходу через озонатор так, что вход хлоратора соединен с выходом системы забора среды перед озонатором, а выход с входом систем хранения и доставки среды потребителю после озонатора.