СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F9/12 C02F9/12 C02F1/32 C02F1/50 C02F1/78 C02F103/42 

Изобретение относится к многостадийным методам обработки воды с использованием озонирования, ультрафиолетового (УФ) облучения и введения химических реагентов. Оно может быть использовано, например, для обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов.

Известен способ обеззараживания оборотной воды, в том числе плавательных бассейнов, при помощи полученных электролизом ионов меди и УФ-излучения, вырабатываемого лампой, работающей от высоковольтного (по крайней мере 300 В) источника напряжения, в том числе пульсирующего (US 4752401, 1988).

Другой известный способ санитарной обработки воды плавательных бассейнов предусматривает первоначальное введение диизодецилдиметиламмоний хлорида в сочетании с катионами меди II, а затем - окислителя, в частности озона, и поддержание постоянной концентрации последнего не менее 0,1 мг/л (US 5332511, 1994).

Недостатки этих способов - ограниченные возможности очистки сильно зараженной воды.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известный из GB 2306463, 1997 способ обработки оборотной воды бассейнов, включающий ее механическую фильтрацию и контактирование части оборотной воды (5-50%) с озоном в специальных камерах с последующей ее обработкой УФ-излучением длиной волны 200-300 нм.

Однако этот метод эффективен в отношении не всех встречающихся в воде плавательных бассейнов микроорганизмов, вирусов и грибков.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось расширение арсенала эффективных средств многостадийной обработки оборотной воды и создание надежного и простого в эксплуатации способа обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов, обеспечивающего возможность его использования в условиях повышенного содержания патогенных бактерий, вирусов и грибков.

Поставленная задача решается тем, что способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов, включающий первую стадию механической фильтрации, вторую стадию озонирования и третью стадию дезинфекции УФ облучением, отличается тем, что включает дополнительную четвертую стадию кондиционирования путем введения ионов меди и серебра из растворов их солей, при этом придерживаются следующей схемы обработки воды, которую ведут в циркуляционном режиме, обеспечивающем полный оборот воды за 8 ч: на первой стадии озон вводят в концентрации 0,5 мг/л, дезинфекцию проводят импульсным УФ-излучением сплошного спектра путем пропускания воды со скоростью 0,2-0,8 м³/ч через реактор, содержащий ксеноновые лампы, преимущественно вырабатывающие УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при частоте 1-1,3 Гц, удельных энергозатратах 2-5 кДж/м³ и плотности потока 2-7 кВт/м², а затем осуществляют кондиционирование, вводя через каждые 3 ч работы бассейна ионы меди и серебра из расчета их концентрации в объеме бассейна, соответственно равной 0,1 и 0,001 мг/л.

Указанная в формуле изобретения совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает получение предусмотренного технического результата.

Привлекательность озона по сравнению с другими окислителями, применяемыми для обработки воды, обусловлена, в первую очередь, его высокими окислительными свойствами и способностью эффективно разрушать различные неорганические и органические соединения, а также патогенные микроорганизмы, в том числе стойкие к действию других окислителей, например хлора. При озонировании воды у нее исчезают неприятный вкус и запах, повышается прозрачность и возрастает содержание растворенного кислорода. Разложение остаточного озона протекает быстро, с выделением кислорода, без образования токсичных соединений.

Однако наряду с перечисленными выше достоинствами метод обработки озоном имеет существенный недостаток - вода может подвергнуться вторичному бактериальному заражению, поскольку уже через два часа после обработки концентрация озона в ней приближается к нулю.

Сочетание озонирования воды, ее УФ обработки и введения ионов меди и серебра по предложенной схеме обеспечивает эффективную очистку и практически полное обеззараживание воды плавательных бассейнов.

В результате предварительного введения в воду озона и последующего ее облучения ультрафиолетом образуются свободные радикалы, которые, в свою очередь, являются более мощными окислителями:
О₃+hν(~254 нм)-->O₂+О(¹D)
O(¹D)+Н₂O-->{2OН}
Таким образом, совместная обработка воды озоном и ультрафиолетом на несколько порядков (по сравнению с использованием только озона или только ультрафиолета) увеличивает скорость реакции окисления и разложения органических примесей, бактерий, вирусов и грибков. Эффект еще заметнее в присутствии ионов меди и серебра.

Синергетический эффект при использовании предложенного многостадийного метода обеззараживания воды связан также с тем, что в сильно окисленной среде возникают условия для перехода Ag⁺ в Аg²⁺. Образовавшиеся катионы Ag²⁺, обладая повышенной индивидуальной окислительной способностью, характеризуются и повышенными (по сравнению с (Ag⁺) бактерицидными свойствами. При этом даже после обратного перехода Аg²⁺ в более стабильное состояние (Аg⁺), устойчивость обработанной воды ко вторичному бактериальному загрязнению сохраняется.

Использование импульсных ксеноновых ламп сплошного спектра, предпочтительно излучающих в области 200-400 нм ультрафиолетового спектра, включающей "бактерицидный" участок и участок, соответствующий условиям деструкции органических соединений, позволяет получить высокий обеззараживающий и очищающий эффект, снижает время обработки и обеспечивает экологическую чистоту, поскольку замена ртутных ламп на ксеноновые исключает возможность заражения воды ртутью при разрушении лампы.

Предложенные параметры процесса и концентрации реагентов являются оптимальными для данной схемы обработки воды.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1.

Проводили обработку воды бассейна объемом 330 м³ в циркуляционном режиме, обеспечивающем полный оборот воды за 8 ч (т.е. 45 м³/ч) в соответствии со СанПиН 2.1.2.568-96.

Комплект оборудования для обработки воды включал:
- песчаные фильтры с общей площадью фильтрации 4,5 м²;
- барботажные камеры для смешения озона с очищаемой водой суммарным объемом 9 м³;
- озонаторы, обеспечивающие выработку 150 г О₃ в ч и систему подготовки воздуха для них;
- нейтрализатор непрореагировавшего в воде озона;
- установки УФ дезинфекции производительностью 5 м³/ч, содержащие погружные блоки импульсных ксеноновых ламп сплошного спектра, преимущественно излучающих в диапазоне 200-400 нм при частоте импульсов 1 Гц, плотности потока 4 кВт/см² и удельных энергозатратах 4 кДж/м³ воды;
- смесительную емкость для приготовления раствора солей меди и серебра на 50 л;
- дозатор для подачи раствора солей меди и серебра;
- насосы подающие и перекачивающие;
- комплект трубопроводов и запорно-регулирующей аппаратуры;
- полуавтоматическую систему управления с необходимыми блокировками и центральным пультом управления.

Отбираемая из бассейна вода имела следующие показатели: рН 7,0, содержание взвешенных веществ 2,75 мг/л, мутность 3,8 мг/л, цветность 30 град, щелочность 0,65 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 7,5 мг/л О₃, коли-индекс 4. Воду пропускали через песчаные фильтры, затем ее направляли в камеру смешения с озоном до достижения концентрации озона 0,5 мг/л. Потом воду со скоростью 0,5 м³/ч подавали в установку УФ обработки, содержащую блоки импульсных ксеноновых ламп. Температура на выходе из установки 30^oС. Каждые 3 ч циркуляции в поток воды из смесительной емкости при помощи дозатора подавали концентрированный раствор CuSO₄5H₂O и АgNО₃ до достижения в оборотной воде концентрации Си²⁺ и Аg⁺, соответственно равной 0,1 и 0,001 мг/л. Растворение солей осуществляли при температуре 30^oС до концентрации Сu²⁺ и Аg⁺, соответственно равной 5 и 0,05 г/л.

Направляемая в бассейн после всех стадий обработки вода имела следующие основные показатели: рН 7,4, содержание взвешенных веществ 0,4 мг/л, мутность <0,2 мг/л, цветность 8 град, щелочность 0,3 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 1,3 мг/л O₂, колиформные бактерии не обнаружены.

Пример 2.

Для изучения возможности использования предложенного метода в условиях повышенной концентрации бактерий, вирусов и грибков из бассейна брали пробу воды объемом 10 л и искусственно ее поочередно заражали бактериями, вирусами и грибками, указанными в таблице. Обработку воды вели на лабораторной установке, имитирующей реальную, описанную в примере 1.

Для фильтрации использовали колонку с кварцевым песком, озонирование вели до концентрации озона 0,5 мг/л. Для УФ облучения использовали камеру, по оси которой располагали импульсную ксеноновую лампу с частотой импульсов 1,3 Гц при удельных энергозатратах 5 кДж/м³ и плотности потока 7 кВт/м². Скорость потока воды через камеру составляла 0,8 м³/ч. Камеру врезали в линию подачи озонированной воды. Далее в линию обрабатываемой воды был включен дозатор для подачи раствора солей меди и серебра, который вводили каждые 3 ч до достижения в воде концентрации ионов Си²⁺ и Аg⁺, соответственно равной 0,1 и 0,001 мг/л. Раствор, содержащий CuSO₄5H₂O и АgNО₃, получали путем растворения указанных солей в воде при температуре 35^oС. Концентрация ионов меди и серебра в этом растворе в 1000 раз превосходила требуемую для обработки воды. В таблице показано содержание примесей в воде до и после обработки в соответствии с предложенным способом, а также результаты сравнительных опытов, проведенных без завершающей обработки ионами меди и серебра.

Проведенные испытания показали, что предложенный способ позволяет полностью обеззараживать воду от бактерий, вирусов и грибков. Полученная вода соответствует гигиеническим требованиям, предъявляемым к качеству воды СанПиН 2.1.2.568-96. Преимуществом также является то, что обработка импульсными ксеноновыми лампами обеспечивает подогрев воды бассейна.

Таким образом, предложенный способ расширяет арсенал эффективных, надежных в эксплуатации средств многостадийной обработки оборотной воды плавательных бассейнов, в том числе в условиях повышенного содержания патогенных микроорганизмов и вирусов.

Изобретение относится к многостадийным методам обработки воды с использованием озонирования, ультрафиолетового (УФ) облучения и введения химических реагентов и может быть использовано для обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов. Способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов включает первую стадию механической фильтрации, вторую стадию озонирования, третью стадию дезинфекции УФ-облучением и четвертую стадию кондиционирования путем введения ионов меди и серебра из растворов их солей, при этом придерживаются следующей схемы обработки воды, которую ведут в циркуляционном режиме, обеспечивающем полный оборот воды за 8 ч: на первой стадии озон вводят в концентрации 0,5 мг/л, дезинфекцию проводят импульсным УФ-излучением сплошного спектра путем пропускания воды со скоростью 0,2-0,8 м³/ч через реактор, содержащий ксеноновые лампы, преимущественно вырабатывающие УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при частоте 1-1,3 Гц, удельных энергозатратах 2-5 кДж/м³ и плотности потока 2-7 кВт/м², а затем осуществляют кондиционирование, вводя через каждые 3 ч работы бассейна ионы меди и серебра из расчета их концентрации в объеме бассейна, соответственно равной 0,1 и 0,001 мг/л. Технический результат - расширение арсенала эффективных средств многостадийной обработки оборотной воды и создание надежного и простого в эксплуатации способа обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов, обеспечивающего возможность его использования в условиях повышенного содержания патогенных бактерий, вирусов и грибков. 1 табл.

Способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов, включающий первую стадию механической фильтрации, вторую стадию озонирования и третью стадию дезинфекции УФ-облучением, отличающийся тем, что включает дополнительную четвертую стадию кондиционирования путем введения ионов меди и серебра из растворов их солей, при этом придерживаются следующей схемы обработки воды, которую ведут в циркуляционном режиме, обеспечивающем полный оборот воды за 8 ч: на первой стадии озон вводят в концентрации 0,5 мг/л, дезинфекцию проводят импульсным УФ-излучением сплошного спектра путем пропускания воды со скоростью 0,2-0,8 м³/ч через реактор, содержащий ксеноновые лампы, преимущественно вырабатывающие УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при частоте 1-1,3 Гц, удельных энергозатратах 2-5 кДж/м³ и плотности потока 2-7 кВт/м², а затем осуществляют кондиционирование, вводя через каждые 3 ч работы бассейна ионы меди и серебра из расчета их концентрации в объеме бассейна, соответственно равной 0,1 и 0,001 мг/л.