СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/78 C02F1/28 

Изобретение относится к средствам обработки воды сорбцией. Преимущественной областью применения изобретения являются средства обработки воды, предусматривающие образование потока газоводяной смеси, при транспортировке которой осуществляется окисление загрязнений озоном.

Предшествующий уровень техники.

Очистка воды с применением адсорбции для удаления из нее нерастворимых компонентов загрязнений может быть недостаточно эффективной из-за попадания в очищенную воду микроорганизмов (газета "Известия" от 11.10.95, "Экспертиза", "Бытовые водоочищенные фильтры"). Данная проблема отсутствует, если очищаемая вода обработана озоном, убивающим микроорганизмы.

Очистка воды от органических соединений озонированием ее в присутствии катализатора-адсорбента (SU, авторские свидетельство 1583359, PCT/US93/02396) не предусматривает непосредственно удаления нерастворенных загрязнений из потока.

Очистка озонированной воды от нерастворимых компонентов загрязнений фильтрацией ее при помощи твердого адсорбента (RU, патент 2036852) не предусматривает взаимодействия загрязнений с озоном при адсорбции.

Сущность изобретения.

В основу изобретения положено решение задачи создать средства очистки воды, характеризующиеся повышенными эффективностью очистки и межрегенерационной длительностью адсорбции.

Решение данной задачи при реализации способа очистки воды, включающего смешение очищаемой воды с озоносодержащим газом, транспортировку образовавшейся смеси, растворение озона в воде, взаимодействие его с содержащимися в воде загрязнениями и последующее удаление нерастворенных компонентов загрязнений с применением адсорбции, достигается в результате того, что, согласно изобретению, адсорбцию ведут в среде озоносодержащего газа при концентрации в нем озона, соответствующей остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси перед началом адсорбции, и осуществляют дополнительное окисление загрязнений на поверхности твердого адсорбента в процессе загрязнений.

Для решения той же задачи в устройстве для очистки воды, реализующем данный способ и содержащем газоводяной смеситель, в котором один из входов предназначен для сообщения с источником загрязненной воды, другой вход предназначен для сообщения с источником озоносодержащего газа, а выход сообщен со входом адсорбента, имеющим твердый адсорбент, посредством средства транспортировки газоводяной смеси, выполненного с возможностью растворения озона в воде и окисления содержащихся в ней загрязнений при транспортировке смеси, согласно изобретению адсорбер и средство транспортировки газоводяной смеси соединены между собой с возможностью создания в адсорбенте среды озоносодержащего газа и поддерживания в ней концентрации озона, соответствующей остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси на выходе из средства ее транспортировки для дополнительного окисления загрязнений на поверхности твердого адсорбента.

На поверхности твердого адсорбента задержанные им компоненты загрязнений находятся в среде озоносодержащего газа. В результате дополнительного окисления значительной части этих загрязнений образуются вода, газ и пористые продукты. Пористость последних способствует свободному прохождению очищаемой воды и взаимодействию загрязнений, содержащихся в очищаемой воде, с твердым адсорбентом.

В большинстве случаев концентрацию озона в среде озоносодержащего газа при адсорбции целесообразно поддерживать не менее 0,2 мг озона на литр озоносодержащего газа.

Такая концентрация озона достаточна для эффективного окисления на поверхности адсорбента большей части наиболее часто встречающихся загрязнений.

Нерастворенный озоносодержащий газ удаления нерастворенных компонентов загрязнений часто целесообразно подмешивать к озоносодержащему газу до смешивания его с очищаемой водой. Для этого целесообразно снабдить устройство для очистки воды средством перепуска озоносодержащего газа, сообщающим выход адсорбента со входом газоводяного смесителя, предназначенным для сообщения с источником озоносодержащего газа.

При перепуске уменьшается содержание озона в очищенной воде и уменьшается расход озоносодержащего газа от его источника при сохранении требуемой концентрации озона в газе, смешиваемом с очищаемой водой.

В большинстве случаев целесообразно иметь в составе устройства для очистки воды датчик ресурса адсорбента для регистрации сопротивления потоку газоводяной смеси при адсорбции, либо для регистрации концентрации или состава загрязнений после адсорбции.

Показания или сигнал датчика используется либо для своевременной информации пользователя, либо для автоматического изменения режима работы устройства.

Для улучшения потребительских средств очистки воды целесообразно, чтобы при предусмотренном возрастании указанного сопротивления либо нежелательном изменении состава или концентрации загрязнений очистка воды прекращалась и осуществлялась бы промывка адсорбента водой, подлежащей очистке, со смывом в канализацию части удаленных при адсорбции нерастворенных компонентов загрязнений до заданного восстановления пониженного сопротивления потоку газоводяной смеси при адсорбции либо до восстановления заданных остаточных состава или концентрации загрязнений в воде после адсорбции и последующее восстановление очистки воды с применением адсорбции в среде озоносодержащего газа.

Регулярная промывка твердого адсорбента предупреждает попадание в очищенную воду нежелательных компонентов загрязнений.

Для осуществления промывки адсорбента целесообразно снабжать устройство для очистки воды двумя распределителями. Один из них может быть установлен перед входом газоводяного смесителя, предназначенным для сообщения с источником загрязненной воды, или в средстве транспортировки газоводяной смеси между газоводяным смесителем и адсорбером. Другой распределитель может быть установлен в трубопроводе, сообщающем выход адсорбента с потребителем очищенной воды. Распределители должны быть выполнены с возможностью перепуска загрязненной или газоводяной смеси со входа или выхода смесителя к выходу адсорбента, а со входа адсорбента на слив, преимущественно в канализацию.

При указанном переключении распределителей потребитель чистой воды отключен и вода, дополнительно загрязненная при промывке адсорбента, сливается в канализацию.

В некоторых случаях целесообразно снабдить устройство для очистки воды блоком управления распределителями, подключенными к датчику ресурса адсорбента.

Блок управления осуществляет автоматическое переключение распределителей с режима очистки на режим промывки адсорбента и на режим возобновления очистки воды в зависимости от сигнала датчика ресурса адсорбента.

Перечень фигур чертежей.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 схематично изображает патентуемое Устройство, реализующее патентуемый Способ, согласно изобретению;
фиг. 2 изображает часть устройства с распределителями в положении при промывке адсорбента.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Патентуемое устройство для очистки воды содержит газоводяной смеситель 1 и средство 2 транспортировки газоводяной смеси ко входу адсорбера 3. В газоводяном смесителе:
вход 4 предназначен для сообщения с источником 5 загрязненной воды;
вход 6 предназначен для сообщения с источником 7 озоносодержащего газа;
выход 8 соединен со средством 2 транспортировки газоводяной смеси, выполненным с возможностью растворения озона в воде и окисления содержащихся в ней загрязнений при транспортировке смеси.

В описываемом конкретном примере средство 2 выполнено в виде водопровода.

Адсорбент 3 и средство 2 соединены между собой с возможностью создания в адсорбенте среды озоносодержащего газа и поддерживания в этой среде концентрации озона, соответствующей остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси на выходе из средства 2.

В описываемом конкретном примере реализации изобретения источник 5 загрязненной воды под избыточным давлением соединен со входом 4 инжектора, являющимся смесителем 1. Источник 5 соединен со входом инжектора водопроводом 9. В водопроводе 9 могут быть установлены фильтр механических примесей (не показан) и запорное устройство (не показано). В качестве запорного устройства может быть применен, например, шаровой кран или соленоидный клапан. Соленоидный клапан может открываться по сигналу датчика избыточного давления (не показан) воды при условии достаточности этого давления для работы инжектора. В описываемом примере реализации изобретения источником озоносодержащего газа является электроразрядный генератор озона. Генератор снабжен входным пылевым фильтром 10 на входе кислородсодержащего газа, которым чаще всего является воздух из окружающей среды. Выход источника 7 соединен с дозатором 11. Дозатор 11 регулирует расход озоносодержащего газа в зависимости от разности гидростатических давлений на выходе источника 7 и на входе 6 инжектора. Электроды (не показаны) генератора озона подключены к блоку 12 электропитания и автоматики. В цепь (не показана), связывающую блок 12 с источником электрического тока (не показан), включен электропереключатель (не показан), который связан с дозатором 11 и входит в состав блока 12 для размыкания указанной цепи при недостаточном разрежении на входе 6 инжектора. При этом дозатор 11 перекрывает канал (не показано), сообщающий источник 7 со входом 6 инжектора.

В описываемом примере реализации изобретения устройство снабжено резервуаром 13 для хранения запаса очищенной воды. Вход резервуара 13 соединен водопроводом 15 со сливным наконечником 16.

Устройство снабжено также средством перепуска озоносодержащего газа, предназначенным для сообщения выхода адсорбера 3 со входом газоводяного смесителя 1. Это средство включает в себя газопровод 17 и газоотделитель (не показан), размещенный в резервуаре 13.

Патентуемое устройство снабжено также двумя распределителями: 18 и 19. Распределитель 18 может быть установлен перед входом 4 газоводяного смесителя 1 или, как в описываемом устройстве, в средстве 2 между газоводяным смесителем 1 и адсорбером 3. Распределитель 19 установлен в трубопроводе 14. Распределители выполнены с возможностью перепуска загрязненной воды или, как в описываемом примере, газоводяной смеси по трубопроводу 20 к выходу адсорбера, а со входа адсорбера по трубопроводу 21 на слив.

Датчик 22 ресурса адсорбера 3 предназначен для регистрации сопротивления потоку газоводяной смеси при адсорбции или регистрации концентрации либо состава загрязнений за адсорбером 3 в трубопроводе 14.

В описываемом примере реализации изобретения блок 12 предназначен для выполнения как функций, указанных выше, так и для управления распределителями 18 и 19. Выход датчика 22 связан с блоком 12.

Очищаемая вода поступает в инжектор под избыточным давлением. Разрежение, создаваемое на входе 6 обеспечивает засасывание воздуха в электроразрядный генератор озона через пылевой фильтр 10. В электроразрядном генераторе очищенный воздух обогащается озоном и через дозатор 11 поступает в инжектор. Расход озоносодержащего газа тем больше, чем выше напор очищаемой воды. В инжекторе происходит смешение очищаемой воды с озоносодержащим воздухом. При этом образуется поток газоводяной смеси с мельчайшими пузырьками озоносодержащего газа, распределенными по потоку. В процессе транспортировки газоводяной смеси основная часть озона растворяется в очищаемой воде. С загрязнениями, содержащимися в воде, взаимодействует как растворенный озон, так и озон, содержащийся в пузырьках. В результатах взаимодействия озона с загрязнениями большая часть последних окислителя и дезактивируется. При этом значительная часть загрязнений, ранее растворенных в воде, переходит в состояние нерастворимых компонентов. Дезактивируются практически все микроорганизма. Концентрация озона, растворенного в воде, поддерживается близкой к концентрации насыщения за счет дорастворения озона из газовых пузырьков. При этом концентрация озона в газовых пузырьках остается достаточной для эффективного окисления и дезактивации загрязнений в газовой фазе потока газоводяной смеси. Для нейтрализации большинства загрязнений достаточна концентрация озона в газовых пузырьках на участках соединения водопровода средства 2 с адсорбером 3, не менее 0,2 миллиграмма озона на литр воздуха.

Нерастворенные компоненты загрязнений и промежуточные полупродукты окисления задерживаются твердым адсорбентом. Задержанные компоненты и полупродукты взаимодействуют с растворенным озоном, содержащимся в газовой среде и активными радикалами, которые воспроизводятся при цепных реакциях окисления органических соединений. Наиболее интенсивно доокисление происходит на поверхности адсорбента.

Ионы металлов окисляются до их высшей валентности. Окислы металлов высшей валентности, как правило, являются соединениями с рыхлой пористой структурой, и не препятствуют контакту очищаемой воды и твердым адсорбентом. Поэтому межрегенерационный ресурс адсорбента значительно возрастает.

Практически все органические соединения могут окисляться озоном до образования воды и углекислого газа. Наибольшие скорости окисления озоном у органических соединений с непредельными связями, аминов, фенолов, нафталинов, спиртов. Медленно окисляющиеся органические соединения образуют озониды вследствие присоединения озона к молекулам этих соединений и задерживаются твердым адсорбентом. Очищенная вода отделяется от нерастворенного в ней озоносодержащего воздуха в резервной емкости 13. Отделенный воздух подмешивается к озоносодержащему воздуху, подаваемому в дозатор 11.

В тех случаях, когда датчик 22 регистрирует возрастание гидравлического сопротивления в адсорбере 3 до заранее предусмотренной контролируемой величины, либо регистрирует несоответствие состава или концентрации загрязнений в очищенной воде допускаемым значениям, в блок 12 поступает соответствующий сигнал датчика. По этому сигналу блок 12 выдает командные сигналы на переключение распределителей 18 и 19 из положения показанного на фиг. 1, в положение, показанное на фиг. 2. Происходит соответствующие переключение распределителей 18 и 19 с одновременным прекращением очистки воды и началом промывки адсорбера. Газоводяная смесь из инжектора подается по трубопроводу 29 на выход адсорбера и сливается из него по трубопроводу 21 в канализацию.

В другом варианте одновременно с подачей сигнала на переключение распределителей 18 и 19 возможна подача блоком 12 сигналов на отключение генератора озона от источника электрического питания и перекрытие дозатором 11 канала, сообщающего источник 7 со входом 6 инжектора. В этом варианте осуществляется промывка адсорбера только водой из источника 5. Длительность промывки определяется степенью засорения адсорбера. Возможен контроль состава сливаемой жидкости. Возможен контроль по показаниям датчика 22 при прерывании промывки. После восстановления пониженного гидравлического сопротивления в адсорбере либо восстановления заданных остаточных состава или концентрации загрязнений в воде после адсорбера очистку воды возобновляют.

В таблицах 1 и 2 приведены результаты испытаний при обработке и очистке модельной воды, осуществленных с НИИ экологии человека и охраны окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН.

В таблице 1 приведены результаты испытаний патентуемого устройства, в котором расход модельной воды составлял 3 л/мин, а расход воздуха обогащенного озоном 1,5 л/мин. В водопроводе средства 2 диаметром 6,5 мм и длиной 0,7 м поддерживалась скорость потока 2,3 м/с.

В таблице 2 приведены результаты испытаний устройства, в котором расход модельной воды составлял 7 л/мин, а расход воздуха, обогащенного озоном 2,5 л/мин. В водопроводе 5 диаметром 10 мм и длиной один метр поддерживалась скорость потока в 1,9 м/с.

Звездой * обозначены значения предельно допустимых концентрацией (ПДК), рекомендованные в проекте нового ГОСТа по питьевой воде.

В обоих устройствах в качестве твердого адсорбента использовался березовый активный уголь. Концентрация озона в воде, поступающей в адсорбер не превышала 1,0 мг/л. Концентрация озона в газовой среде адсорбера составляла до 1,5 мг/л.

Примеры реализации изобретения, содержащиеся в данном описании приведены только для иллюстрации возможности его реализации и не могут быть истолкованы для ограничения объема изобретения. Полный объем изобретения определен приведенной далее формулой изобретения с возможными эквивалентами соответствующих признаков.

Использование: изобретение относится к средствам очистки воды окислением и адсорбцией нерастворимых компонентов ее загрязнений. Изобретение решает задачу повышения эффективности очистки и увеличения межрегенерационной длительности адсорбции. Сущность изобретения: очищаемую воду смешивают с озоносодержащим газом. При транспортировке газоводяной смеси осуществляют растворение озона в воде и окисление озоном загрязнений. Нерастворимые компоненты загрязнений после транспортировки удаляют с применением адсорбции. Адсорбцию ведут в среде озоносодержащего газа. Концентрация озона в газовой среде при адсорбции соответствует остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси перед началом адсорбции и равна не менее 0,2 мг озона в литре газа. При адсорбции доокисляются загрязнения на поверхности твердого адсорбента. 2 с.и. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ очистки воды, включающий смешение очищаемой воды с озоносодержащим газом, транспортировку образовавшейся смеси, растворение озона в воде, взаимодействие его с содержащимися в воде загрязнениями и последующее удаление нерастворенных компонентов загрязнений с применением адсорбции, отличающийся тем, что адсорбцию ведут в среде озоносодержащего газа при концентрации в нем озона, соответствующей остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси перед началом адсорбции, и осуществляют дополнительное окисление загрязнений на поверхности твердого адсорбента в процессе адсорбции загрязнений. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрацию озона в среде озоносодержащего газа при адсорбции поддерживают не менее 0,2 мг озона на 1 л озоносодержащего газа. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нерастворенный озоносодержащий газ после удаления нерастворенных компонентов загрязнений с применением адсорбции в среде озоносодержащего газа подмешивают к озоносодержащему газу до смешения его с очищаемой водой. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что контролируют состав или концентрацию загрязнений в воде после адсорбции либо сопротивление потоку газоводяной смеси при адсорбции и при возрастании сопротивления до предусмотренной величины, либо при несоответствии состава или концентрации загрязнений регламентированным значениям прекращают очистку воды, смывают водой, подлежащей очистке, часть удаленных с применением адсорции в среде озоносодержащего газа нерастворенных компонентов загрязнений и сливают полученную загрязненную воду в канализацию до заданного восстановления пониженного сопротивления потоку газоводяной смеси при адсорбции либо восстановления заданных остаточных состава или концентрации загрязнений в воде после адсорбции, после чего возобновляют очистку воды с применением адсорбции в среде озоносодержащего газа. 5. Устройство для очистки воды, содержащее газоводяной смеситель, в котором один из входов предназначен для сообщения с источником загрязненной воды, а другой для сообщения с источником озоносодержащего газа и адсорбер с твердым адсорбентом, а также средство транспортировки газоводяной смеси из смесителя к входу адсорбера, выполненное с возможностью растворения озона в воде и окисления в ней загрязнений при транспортировке смеси, отличающееся тем, что адсорбер и средство транспортировки газоводяной смеси соединены между собой с возможностью создания в адсорбере среды озоносодержащего газа и поддержания в ней концентрации озона, соответствующей остаточному количеству нерастворенного озона в газоводяной смеси на выходе из средства ее транспортировки для дополнительного окисления загрязнений на поверхности твердого адсорбента. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено средством перепуска озоносодержащего газа, сообщающим выход адсорбера с входом газоводяного смесителя, предназначенным для сообщения с источником озоносодержащего газа. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено двумя распределителями, из которых один установлен перед входом газоводяного смесителя, предназначенным для сообщения с источником загрязненной воды, или в средстве транспортировки газоводяной смеси между газоводяным смесителем и адсорбером, а другой распределитель установлен в трубопроводе, сообщающем выход адсорбера с потребителем очищенной воды, при этом распределители выполнены с возможностью перепуска загрязненной воды или газоводяной смеси с входа или выхода смесителя к выходу адсорбера, а с входа адсорбера на слив. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком ресурса адсорбера для регистрации сопротивления потоку газоводяной смеси при адсорбции или регистрации концентрации либо состава загрязнений за адсорбером. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено блоком управления распределителями, к которому подключен датчик ресурса адсорбера.