УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F9/00 

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано для получения высококачественной питьевой воды.

Известно устройство для очистки питьевой воды, представляющее собой патронный фильтр с подводящими и отводящими патрубками, в который загружен активный уголь, часть из которого находится в бактерицидной (серебряной) форме [1]
Недостатком данного фильтра является ограниченность его применения, т.к. он способен лишь улучшать органолептические показатели воды.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является установка для очистки и кондиционирования воды, включающая узел предочистки, узел основной сорбционной очистки и узел финишной очистки с помощью микрофильтрации [2]
Данная установка способна проводить комплексную очистку воды от различных примесей, в том числе ионов токсичных металлов, микровзвесей, органических и хлорорганических загрязнителей.

В качестве узла предочистки в ней используют пористые фильтровальные материалы, обладающие способностью задерживать и обезвреживать бактерии, узел основной сорбционной очистки включает в себя расположенные последовательно по ходу движения потока слои катионита в H-форме и активного угля различной пористости в бактерицидной форме. Узел финишной очистки выполнен в виде микрофильтрационных перегородок из прессованных волокон активного угля.

Недостатком данного устройства является его сложность. Кроме того, вследствие применения на узле предочистки микрофильтрационных элементов они достаточно быстро выходят из строя (теряют свои гидравлические характеристики). Вследствие этих недостатков ресурс данной установки также не является сбалансированным по различным типам техногенных примесей и в случае присутствия в воде большого количества микровзвесей данное устройство также достаточно быстро потеряет свои эксплутационные характеристики.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы установки и увеличение ее ресурса.

Поставленная задача решается описываемой установкой для очистки и кондиционирования питьевой воды, включающей узел предочистки, который выполнен в виде отдельного блока, представляющего собой один-четыре сорбционных фильтра со сменными картриджами, узел основной части, который включает сорбционные фильтры с последовательно расположенными в направлении движения водного потока фильтрующе-сорбирующими слоями модифицированного природного цеолита моноклинной структуры, гранулированного или волокнистого карбоксильного катионита и активного углеродного адсорбента и узел финишной очистки, который выполнен в виде одного или нескольких фильтров патронного типа, снабженных микрофильтрационными элементами с размером пор 0,5 10 мкм.

Предлагаемая установка, схема которой приведена на рисунке 1, работает следующим образом.

Исходную воду подают на сорбционный узел предочистки.

1. Подачу можно осуществлять, как это изображено на схеме 1, сверху вниз или снизу вверх. В колоннах 1, снабженных различными типами гранулированных и волокнистых сорбирующе-фильтрующих материалов, происходит предочистка воды от различных примесей. Как правило, загрузку этих фильтров подбирают таким образом, чтобы обеспечить очистку воды от лимитирующих загрязнителей. Этими загрязнителями могут быть эндемичные примеси различных ионов металлов (например наиболее часто встречающиеся ионы железа, стронция, кадмия, хрома, никеля, меди и др.).

В этом случае используют гранулированные или волокнистые катионообменные материалы типа КУ-2-8, КУ-23, ВИОН-КН-1 или ВИОН-КН1М. В случае значительного превышения бактерицидных загрязнителей используют анионообменные волокна ВИОН-АС-1 или ВИОН-АС-3 или полийодидную форму этих волокон, или гранулированных анионитов типа АВ-17-8.

В случае очистки вод, загрязненных несколькими типами загрязнителей, используют смешанные загрузки. Картриджная конструкция данных фильтров позволяет оперативно и достаточно просто проводить замену отработанных сорбентов.

На следующем этапе вода поступает на основную сорбционную очистку, которую осуществляют путем последовательного пропускания воды через слои модифицированного цеолита моноклинной структуры, гранулированного или волокнистого карбоксильного катионообменника и углеродного адсорбента. На данном этапе вода очищается от различных микропримесей органического и неорганического происхождения, при этом происходит улучшение ее огргано-лептических характеристик. Данный узел может быть выполнен в виде отдельных сорбционных колонн, как это показано на рис. 1. Возможен вари ант с использованием одного фильтра, в котором последовательно расположены фильтрующие загрузки (рис. 2). Во всех случаях все загрузки дополнительно содержат бактерицидную (серебряную) форму активного угля. По схеме, изображено на рисунке, в фильтрах 1 3, содержится около 10% серебряной формы угля. В фильтре 4, являющемся основным бактерицидным фильтром, серебряной формы угля содержится 30 100% Возможен вариант, когда в фильтре 2 вместо серебряной формы угля используют серебряную форму цеолита. Бактерицидную форму сорбентов добавляют для того, чтобы обеспечить стабильные бактерицидные показатели по всей установке после ее остановки.

После данного узла воду подают на узел финишной очистки, представляющий собой один или несколько микрофильтрационных фильтров патронного типа (поз. 5). В данных фильтрах происходит очистка воды от микропримесей размером больше диаметра фильтрующих элементов (0,5 10 мкм). В итоге вода очищенная в такой последовательности не только удовлетворяет всем требованиям ГОСТ 2878-82 "Вода питьевая", но и по ряду параметров превосходит эти требования. Полученную на такой установке воду можно подвергать бутилированию, т.к. она практически не содержит бактериальную микрофлору и поэтому может подвергаться длительному (3 и более месяцев) хранению без специальных консервантов.

Преимуществом данной установки является ее универсальность, благодаря чему она может быть использована при очистке самых различных вод. Она может функционировать в трех различных режимах.

Первый из них предполагает очистку всего потока воды по полной схеме (рис. 1) второй разделение исходного потока и его очистку по схеме, изображенной на рисунке 2; третий разделение исходного потока и его очистку по схеме 3.

Такая гибкая система очистки позволяет обеспечить требуемое качество воды в зависимости от наличия в воде тех или иных примесей. Работа установки в различных режимах иллюстрируется нижеследующими примерами
Пример 1. Проводят очистку артезианской воды, показатели которой приведены в табл. 1 на опытно-промышленной установке, изображенной на схеме 1.

При этом в фильтры загружают следующие сорбционно-фильтрующие материалы:
в фильтры по поз. 1 катион КУ-2-8-чс в Na форме (ГОСТ 20288-74)
по поз. 2 модифицированный цеолит "Селекс-КМЧ" ТУ 002143-92
по поз. 3 катионообменное волокно ВИОН-КН-1 ТУ 177-14-13-83-92
по поз. 4 смесь активного угля БАУ-МФ ГОСТ 6217-74 и серебряной формы активного угля УАИ ТУ 6-16-2588-82
в соотношении 1:1
по поз. 5 микрофильтр 5 со средним диаметром пор 10 мкм.

При этом очистку ведут при следующих параметрах процесса:
скорость протекания растворов общая (фильтры по поз. 4 и 5) 2,0 6,0 м³/час.

через фильтры 1 3 1,0:3,5 м³/час
температура 15 125^oC
Через установку пропускают 7000 м³ воды
Средние результаты очистки приведены в таблице 1.

Пример 2. Проводят очистку артезианской воды г. Зеленограда по примеру 1 за исключением того, что установка представляет собой три фильтра (рис. 2), первый из которых загружен катионитом КУ-2-8-чс в смешанной H/Na-форме, а второй смесью сорбентов "селекс-КМЧ", ВИОН-КН-1 и активного угля, а в качестве конечного фильтра используют микрофильтр с размером пор 5 мкм.

Результаты по очистке в акте о проверке установки (таблица 2).

Дополнительно проводят эксперименты по определению возможности длительного хранения полученной при очистке воды. Для этого отбирают в чистые стеклянные бутыли пробы воды в количестве по 1 л и периодически (один раз в месяц) проводят анализ бакпоказателей. Параллельно такому же анализу подвергают чистую исходную воду, взятую из артезианской скважины г. Зеленограда. Результаты анализов приведены в таблице 3.

Как видно из этой таблицы, вода, прошедшая очистку на установке в течение трех месяцев, не изменяет своих характеристик, в то время как в неочищенной исходной чистой воде наблюдается рост бактериальных загрязнений.

Пример 3. Проводят очистку воды, основные показатели очистки которой приведены в таблице 1, на лабораторной установке по рис. 2 с объемом загрузки всех фильтров по 0,5 л.

При этом установку компонуют следующим образом.

Фильтры по позиции 5 подключают параллельно-последовательно по два аппарата: сначала по ходу движения воды ставя два фильтра с элементами, имеющими размер пор 10 мкм, а затем два фильтра с размером пор 0,5 мкм.

Установку эксплуатируют путем пропускания воды сначала параллельно через четыре фильтра по поз. 1, а затем последовательно через остальные фильтры. Скорость протекания растворов составляет 10 20 л/час.

В исходную воду добавляли бактерии группы кишечной палочки (БТКП) в количестве 10 10 на 100 мл воды. В качестве загрузки фильтр 1 содержал 0,2 л полийодидной формы волокна ВИОН-АС-3 (30% масс. содержание йода), 0,2 л анионита АВ-17-8 в OH-форме и 0,1 л катионообменного волокна ВИОН-КН-1М в Na-форме. В результате через установку было непрерывно пропущено 10 м³ воды, в которой содержание бактериальной микрофлоры (коли-фагов, ОМЧ и БТКП) находилось на уровне определения (<2).

Как видно из приведенных примеров, установка обеспечивает гарантированную очистку воды от токсичных примесей техногенного характера.

При этом ее компоновка позволяет проводить периодическую замену двух главных узлов, обеспечивающих сбалансированный ресурс по всем компонентам: узла предочистки целиком меняя в нем картриджи с сорбентами и узла финишной очистки, меняя в нем микрофильтрационные элементы. При этом, очищенная на установке вода, как это видно из примера 2, удовлетворяет всем требованиям ВОЗ и ее можно подвергать бутилированию.

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано при получении питьевой воды высшего качества, в том числе пригодной для ее бутилирования. Предлагаемая установка состоит из трех основных узлов - узла предочистки, выполненного в виде сорбционных фильтров картриджного типа в количестве 1 - 4 штук, узла основной сорбционной очистки, выполненного в виде сорбционного фильтра (фильтров) с расположенными в нем (них) по ходу движения воды слоями модифицированного цеолита моноклинной структуры, карбоксильного катионообменника в гранулированной или волокнистой формах и углеродного адсорбента, часть из которого находится в бактерицидной (серебряной) форме, узла финишной очистки, выполненного в виде одно-четырех фильтров патронного типа с микрофильтрационными элементами с размером пор 0,5 - 10 мкм. В узел предочистки могут быть загружены различные фильтрующе-сорбирующие загрузки для обеспечения оптимальных показателей очистки воды и ресурса эксплуатации в ней установки в зависимости от параметров качества исходной воды. 6 з.п. ф-лы, 2 ил, 3 табл.

1. Установка для очистки и кондиционирования питьевой воды, включающая узлы предочистки, основной сорбционной очистки и финишной очистки с помощью микрофильтрации, отличающаяся тем, что узел предочистки выполнен в виде отдельного блока, представляющего собой один или несколько сорбционных фильтров со сменным картриджем, узел основной очистки включает в себя сорбционные фильтры с последовательно расположенными в направлении движения водного потока фильтрующе-сорбирующими слоями модифицированного цеолита моноклинной структуры, гранулированного или волокнистого карбоксильного катионообменника и активного углеродного адсорбента, а узел финишной очистки выполнен в виде одного или нескольких фильтров патронного типа, снабженных микрофильтрационными элементами с размером пор 0,5 10 мкм. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сорбционные фильтры узла предочистки снабжены гранулированными сульфо- или карбоксильными катионитами в Na или смешанной Н/Na-формах. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сорбционные фильтры узла предочистки снабжены волокнистыми ионообменными материалами: карбоксильными катионитами ВИОН-КН-1 или ВИОН-КН-1М, анионитами ВИОН-АС-1 или ВИОН-АС-3 или смесью катионитов и анионитов в объемном соотношении, равном (0,5 1) (0,5 1). 4. Установка по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что сорбционные фильтры узла предочистки дополнительно снабжены бактерицидными сорбентами: серебряной формой активного угля, или полийодидной формой анионитов, или их смесью в объемном соотношении, равном (0,5 1) (0,5 1). 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел предочистки включает в себя один-четыре параллельно соединенных между собой фильтра. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел финишной очистки включает в себя один-четыре параллельно-последовательно соединенных между собой микрофильтрационных фильтра. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что при последовательном подключении микрофильтрационных фильтров они снабжаются элементами с уменьшающимся по ходу движения водного потока размером пор.