СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ДЛЯ БЫТОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/78 C02F1/42 

Изобретение относится к области питьевого водоснабжения и может быть использовано для глубокой очистки водопроводной воды в бытовых условиях.

В настоящее время приготовление питьевой воды осуществляется на централизованных очистных сооружениях, имеющих ограниченный набор аппаратов, предназначенных для удаления отдельных групп загрязнений. На таких сооружениях часто невозможно полностью удалить все компоненты, загрязняющие природную воду, т. к. ее очистка во многом определяется антропогенным влиянием. Кроме того, ухудшение качества питьевой воды, приготовленной на очистных сооружениях питьевого водоснабжения, обусловлено влиянием повторного загрязнения, например, при прохождении очищенной воды по трубопроводам от очистных сооружений до потребителя.

Известные на данный момент способы доочистки водопроводной воды на бытовых установках не позволяют удалить все примеси, встречающиеся в водопроводной воде после ее централизованной обработки.

Существует способ доочистки водопроводной воды озонированием [1] Вследствие высокого окислительного потенциала озона происходит окисление многих органических соединений (гуминовых кислот, хлорорганических и металлоорганических соединений и пр.). Озонированием удаляются запахи и привкусы воды, выделяемые некоторыми водорослями, органическими субстанциями и микроорганизмами, окисляются фенолы, сернистые и цианистые соединения, нефтепродукты, пестициды и др. вещества.

Недостатком данного метода очистки является то, что при обработке воды озоном продукты окисления веществ, загрязняющих воду, остаются в очищенной воде. Образующиеся в результате окисления вещества представляют собой не только оксиды и гидрооксиды, но и трудноидентифицируемые соединения, токсичность которых может быть выше, чем токсичность исходных веществ. Кроме того, из-за большого содержания загрязнений в водопроводной воде часть их не успевает окисляться и остается в обработанной воде.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ очистки водопроводной воды, положенный в основу работы мембранного бытового прибора "Ручеек". Способ заключается в прохождении воды под давлением через рулонный фильтрующий элемент (мембранный фильтр) и патрон с активированным углем (угольный фильтр) [2]
Однако этот метод не позволяет получить глубокой очистки воды от низкомолекулярных металлоорганических соединений. Как показали анализы, железно-органические комплексы, слабогидратированные ионы и молекулы с относительно малыми размерами не задерживаются фильтрационными мембранами и угольным фильтром.

При повышенной цветности и окисленности исходной воды железо (2⁺) связывается с органикой в комплекс, который "проскакивает" в фильтр. Поэтому в условиях сильной загрязненности воды степень очистки воды, указанную в руководстве по эксплуатации (99%), получить невозможно.

Задачей патентуемого технического решения является охрана здоровья населения за счет предотвращения попадания в организм человека токсичных соединений, потребляемых с водой. В настоящее время до 40% всех заболеваний, связанных с экологической обстановкой, вызвано потреблением недоброкачественной воды.

Технический результат, который может быть получен в процессе реализации заявленного способа очистки воды заключается в том, что он позволяет удалить из многокомпонентной водной системы токсичные загрязнения, в том числе трудноизвлекаемые вещества, а также соли тяжелых и цветных металлов, комплексные соединения железа с органическими веществами, т.е. заявляемый способ применим для очистки воды с исходной высокой степенью загрязнения.

Для достижения указанного технического результата в способе очистки воды для бытового потребления, включающем последовательное прохождение воды через мембранный фильтрующий элемент и угольный фильтр, в соответствии с изобретением непосредственно после мембранного фильтрующего элемента и угольного фильтра воду подвергают последовательно озонированию.

Для уменьшения расхода озона и увеличения степени безопасности способа (уменьшения выброса озона в атмосферу) озонирование воды после угольного фильтра осуществляют путем ввода в воду избытка озона, оставшегося после мембранного фильтрующего элемента.

С целью достижения указанного результата при очистке воды для бытового использования в соответствии с изобретением непосредственно после мембранного фильтрующего элемента и угольного фильтра вода подвергается последовательно озонированию. Уменьшение расхода озона и увеличение степени безопасности реализации способа обработки воды (уменьшение выброса озона в атмосферу) достигается благодаря вводу избытка озона, оставшегося при озонировании воды после мембранного фильтрующего элемента.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При прохождении через мембранный фильтрующий элемент из воды удаляются взвешенные вещества, микроорганизмы, высокомолекулярные органические соединения, гидратированные ионы. Кроме того, на 95% задерживаются соли тяжелых металлов в виде гидроксидных осадков. Однако не задерживаются на мембранном элементе металлоорганические соединения (в основном железоорганические, в которых железо имеет валентность 2).

Вода, прошедшая через мембрану, подвергается озонированию в контактной емкости, куда подается озон из озонатора. В контактной емкости происходит окисление органических веществ, не задержанных на мембранном фильтре, переход двухвалентного железа в трехвалентное, образование гидроксидов железа и тяжелых металлов. В связи с тем что в воде, прошедшей фильтрационную мембрану, содержится значительно меньше загрязнений, чем в исходной воде, процесс окисления загрязнений идет полнее и требуется меньшая доза озона, причем избыток озона не выбрасывается в атмосферу, а используется для повторной обработки воды.

После озонирования вода, содержащая продукты окисления, поступает на угольный фильтр. На активированном угле, обладающем высокой сорбционной способностью, осаждаются образовавшиеся при озонировании гидроксиды металлов и неполностью окисленные органические соединения. Вследствие того что содержание загрязнений в воде, поступающей на угольный фильтр, невелико, продолжительность его рабочего фильтроцикла возрастает. Однако вода после угольного фильтра имеет повышенную бактериальную загрязненность. Поэтому для улучшения качества ее озонируют. Причем на этом этапе вода обрабатывается избытком озона, оставшимся после первичного озонирования.

Предложенная последовательность операций обработки воды (фильтрование через мембранный фильтр, озонирование, сорбция загрязнений на угольном фильтре и вторичное озонирование) обеспечивает максимально эффективную очистку воды.

Пример реализации способа очистки воды.

На чертеже представлена схема (последовательность операций) прохождения воды через очистные устройства.

Вода из водопроводного крана подается на мембранный фильтр 1. Производительность фильтра 1 составляет 5-6 л/ч при напоре в подающей сети 1-2 атм. Далее вода поступает в контактную емкость 2 (V=2 л), куда подается озон из озонаторной установки 4 (доза 1 мг/л), где и происходит первичное озонирование воды. В результате процесса практически полностью окисляются органические и минеральные вещества, оставшиеся в воде после мембранного фильтра.

Далее вода направляется на угольный фильтр 3, где адсорбируются продукты озонолиза. С целью повышения безопасности прибора воду подвергают вторичному озонированию путем подачи избытка озона из контактной емкости 2 в фильтрат угольного фильтра 3. Таким образом предотвращается вероятность попадания болезнетворных микроорганизмов и органических веществ в конечный продукт. Возможна подача озона либо непосредственно в корпус угольного фильтра 3 (см. чертеж), либо в отдельную емкость для сбора фильтрата (на чертеже не указана).

Показатели качества очищенной воды приведены в таблице.

Преимущества заявляемого способа:
1. Обычно применяемые способы очистки бытовой воды, в том числе реализуемые в импортных установках, разработаны для воды, имеющей исходную достаточно низкую степень загрязнения, заявляемый способ применим для воды с высокой исходной степенью загрязнения.

2. Улучшается качество получаемой воды, а именно органолептические и бактерицидные показатели.

3. Имеет место как экономия озона для повторного озонирования воды, так и уменьшается вредное воздействие озона на чистоту окружающего воздуха и, соответственно, на организм человека.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к области питьевого водоснабжения, и может быть использовано для глубокой очистки водопроводной воды с высокой степенью загрязнения в бытовых условиях. Способ очистки воды включает прохождение воды через мембранный фильтрующий элемент, ее озонирование, прохождение воды через угольный фильтр и озонирование. При этом для повторного озонирования используют избыток озона после мембранного фильтрующего элемента. Способ обеспечивает высокое качество воды по органолептическим и бактерицидным показателям. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ очистки воды для бытового потребления, включающий последовательное прохождение воды через мембранный фильтрующий элемент и угольный фильтр, отличающийся тем, что непосредственно после мембранного фильтрующего элемента и угольного фильтра вода подвергается озонированию. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для озонирования воды после угольного фильтра используют избыток озона после мембранного фильтрующего элемента.