СПОСОБ ВОДОПОДГОТОВКИ Российский патент 2006 года по МПК C02F9/04 C02F1/30 C02F1/68 C02F103/04 

Изобретение относится к области очистки воды для ее потребления в качестве питьевой и может быть использовано, в частности, для очистки и подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ глубокой очистки подземных вод, включающий ее дегазацию, двухстадийное фильтрование и постадийную промывку фильтров. При этом в качестве фильтрующей загрузки на первой стадии используют инертный материал (кварцевый песок, кварциты, альбитофир, гранодиорит, горелые породы), а на второй - фильтрующую загрузку выполняют двухслойной, соответственно, из сорбента (активированный уголь) и ионообменного материала (клиноптилолит). После очистки воду облучают светом в ультрафиолетовой области спектра (см. патент RU №2087427, МПК Кл. 6 C 02 F 9/00, опубл. 20.08.1997).

Недостатком данного способа является то, что при такой очистке нарушается природная структура воды, снижается ее биологическая активность, и теряются вкусовые и биологические свойства.

Известен способ водоподготовки для гидрометаллургического выщелачивания руд и питьевого водоснабжения, в котором для формирования в воде дополнительных гидроксил-ионов, ионов гидроксония, диоксида и перекиси водорода, а также для подавления жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов и бактерий, воду перед ионным обменом подвергают облучению светом преимущественно в ультрафиолетовой области спектра, после чего ее подают в ионообменную колонну, в которой ионы растворенных веществ сорбируются ионообменной смолой (см. патент RU №2095316, МПК Кп.6 C 02 F 1/00, Е 21 В 43/28, опубл. 20.08.1997).

Данному способу, хотя и в гораздо меньшей степени, присущ тот же недостаток, что и предыдущему.

Из уровня техники известен способ для приготовления минерализованной питьевой воды, в которой предварительно очищенную воду фильтруют через слой почвы, взятой в месте расположения природного минерального источника воды для того, чтобы насытить воду ионами, присущими природной минеральной воде. Предполагается фильтрование через несколько слоев почвы разных зон, граничащих с источником (US 5910233 А, Кл. В 01 D 15/00, 08.06.1999). Во время фильтрования вода насыщается комплексом микро- и макроэлементов, становится биологически активной. Состав воды определяется ионами, типичными для определенной естественной минеральной воды и содержащимися в почве около источника, слои которой размещены в фильтре. Физико-химические параметры полученной воды практически идентичны соответствующей натуральной минеральной воде, поэтому в зависимости от требуемого состава воды выбирают слои почвы из области, граничащей с источником минеральной воды с соответствующими параметрами.

Недостатки этого способа:

1) Воспроизводится только один из комплекса процессов образования подземных вод - инфильтрация через почвы, содержащие растворимые компоненты (хлориды, сульфаты, карбонаты). В природе же вода предварительно (в виде капель выпадающих осадков) облучается ультрафиолетовыми лучами и насыщается активным кислородом.

2) Вода не активируется в этом способе как в природном источнике, когда попадает из почвенного слоя в водоносный пласт, состоящий из малорастворимого обломочного материала. Мигрируя в этом пласту длительное время, вода разделяется на неравные микроструи, образуя кластеры из молекул воды в поверхностном слое, и насыщается в микродозах кремнием, йодом, селеном и др.

3) Пройдя через почву, вода частично растворяет не только минеральные комплексы, но и органические, которые в природных условиях сорбируются глинистыми минералами в почве и кровле водоносного пласта. В этом же способе такая защита от органики не предусмотрена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ водоподготовки, включающий очистку воды от механических примесей и растворенных загрязнителей и ее облучение светом в ультрафиолетовой области спектра (см. А.Г.Секисов. Реальность живой воды. М. «Советский спорт» 2000, стр.25-35).

Недостатком данного способа является то, что с его помощью не удается получить воду, имеющую вкусовые и биологические свойства, характерные для родниковой воды, которые зависят от содержания активного кислорода, микропримесей биоактивных элементов и поверхностного натяжения.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в повышении эффективности подготовки воды питьевых стандартов за счет воспроизведения природных свойств воды.

Технический результат, который может быть получен при реализации данного изобретения, состоит в повышении биологической активности воды и придании ей вкусовых и биологических свойств, характерных для родниковой воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе водоподготовки, включающем очистку воды от механических примесей и растворенных загрязнителей, ее облучение светом в ультрафиолетовой области спектра, облучение воды светом в ультрафиолетовой области спектра осуществляют для насыщения ее растворенным кислородом и производят порциями после ее очистки от растворенных загрязнителей, затем облученную и насыщенную кислородом воду пропускают через дезинтегрированный неклассифицированный материал, состоящий из практически нерастворимых минералов - кварцевого песка и глиносодержащего минерального комплекса, преимущественно кремня, в гидродинамическом режиме, аналогичном ее движению в природных условиях в области питания родника (линейная скорость потока 0,001÷1 м/с), чем разделяют поток воды на неравные микроструи с резким изменением их направления и скорости и, тем самым, осуществляют эффекты, аналогичные встряхиванию и потенцированию переходящих в воду из песка и глиносодержащего минерального комплекса в микродозах (гомеопатических дозах) биологически активных элементов (кремния, селена, йода, цинка, меди, молибдена), кроме того, многократное разделение и смешивание микроструй обеспечивает повышение энергии межмолекулярных (водородных связей), что количественно оценивается повышением поверхностного натяжения воды, приближая ее свойства к свойствам воды, входящей в состав клеточной цитоплазмы. Описанный выше процесс осуществляют многократно для достижения необходимого результата как по пройденному потоком воды расстоянию (а это десятки, сотни и тысячи метров), так и по количеству растворенного в ней кислорода.

Данная совокупность признаков содержит признаки, каждый из которых необходим, а все вместе они достаточны для достижения заявленного технического результата во всех случаях использования изобретения, на которые испрашивается объем правовой охраны.

Способ водоподготовки осуществляется следующим образом.

Полученную из любых источников водоснабжения, например скважин, колодцев, водопроводной сети, воду подвергают очистке от механических примесей. Это может быть осуществлено путем отстаивания воды в течение определенного промежутка времени в накопительных емкостях или ее фильтрации через слой инертного мелкодробленого материала (гравия, песка и т.п.). После очистки от механических примесей осветленную воду подают для извлечения растворенных в ней компонентов, в первую очередь загрязнителей, и доведения их содержания до установленных нормативов на предельно допустимые значения.

Доведение содержания растворенных компонентов до предельно допустимых значений может быть осуществлено их окислением с последующей коагуляцией. Скоагулированные частицы могут быть осаждены на фильтрующем материале, например песке, и удалены из процесса путем обратной промывки фильтра.

Возможно также использование процесса сорбции, в том числе и на ионообменных смолах, обратного осмоса и термической дистилляции и др. В зависимости от исходного состава растворенных компонентов может быть использована различная комбинация указанных процессов.

После доведения содержания растворенных веществ до предельно допустимых концентраций воду облучают светом в ультрафиолетовой области спектра. Облучение производят путем пропускания порции воды через ультрафиолетовый облучатель, мощность которого принимают в зависимости от установленных параметров насыщения воды кислородом. При таком облучении воды наряду с насыщением активным кислородом за счет озонирования растворенного в воде кислорода и фотолиза воды с формированием перекиси водорода происходит и ее обеззараживание.

После облучения светом в ультрафиолетовой области спектра (номинальная мощность излучения - 12 Вт, скорость потока воды в УФ-облучателе - 0,213 м/с, эффективная длина УФ-облучателя - 500 мм) воду пропускают через дезинтегрированный неклассифицированный материал, состоящий из практически нерастворимых минералов - кварцевого песка и глиносодержащего минерального комплекса, преимущественно кремня. При этом указанную операцию производят в гидродинамическом режиме и условиях, аналогичным природным гидрогеологическим режимам и условиям формирования родниковых вод.

Для этого изучают стратиграфическую колонку действующего родника, пути и гидрогеологический режим миграции воды в окружающих породах. Возможно также изучение нескольких родников и последующее усреднение установленных параметров.

Затем формируют засыпку из дезинтегрированного неклассифицированного практически нерастворимого минерального материала, состоящего из кварцевого песка и кремня. Засыпка может быть сформирована в любой подходящей емкости, например в колонне.

Контактируя с минеральным материалом, формирующим засыпку в колонне (7 чередующихся между собой слоев из кварцевого песка крупностью зерен 0,6-1,8 мм и кремня - крупностью от 3 мм до 30 мм, высота каждого слоя - произвольная), в заданном гидродинамическом режиме и с заданной продолжительностью, которая определяется параметрами этой колонны, предварительно подготовленная и насыщенная кислородом вода, активируется биологически активными компонентами (кремний, селен, медь, цинк, молибден) в минимальных концентрациях в растворенных формах. После выхода из колонны вода поступает в закрытую накопительную емкость, изготовленную из химически инертного материала, например из стекла, или нержавеющей стали, которая применяется в пищевой промышленности, и с помощью насоса (рабочая камера и рабочее колесо насоса изготовлены из нержавеющей стали) подается на вход ультрафиолетового облучателя. Этот цикл повторяется многократно, до получения необходимого результата, как по насыщенности воды растворенным кислородом, так и по суммарному времени осуществления этого процесса, которое в свою очередь определяется заданным расстоянием, пройденным потоком воды в колонне. После завершения процесса обработанная вода может быть использована потребителем.

Затем новая порция предварительно подготовленной воды (соответствующая нормам ПДК) поступает на вход блока. Процесс начинается вновь.

Химический анализ воды, обработанной заявленным способом (процесс обработки продолжался 120 минут, при средней линейной скорости потока в колонне - 0,067 м/с ( высота засыпки колонны - 1200 мм, внутренний диаметр - 98 мм), выявил отличия от входной воды только по содержанию таких элементов, как растворенный кислород, кремний, селен, медь, цинк, молибден, однако их концентрация не превысила значения норм ПДК.

Как исходная в процессе обработки заявленным способом использовалась московская водопроводная вода, после отстоя в течение суток и фильтрации через патронный фильтр с размером ячеек - 1 мкм. Объем порции воды (при заполненных накопительной емкости, УФ-облучателе, трубопроводах и насосе) составил - 15 литров.

Показатели водыИсходнаяПосле обработкиПДКТемпература, °С2020-Мутность, ед. ЕМФ1,21,22,6Цветность, град1120

Запах, (20°С/60°С), баллы222Привкус, баллы222Водородный показатель (рН)7,27,26-9Перманганатная окисляемость, мг O₂/л2,02,05,0Жесткость общая, мг-экв/л5,05,07,0Щелочность общая, мг-экв/л5,85,8не норм.Кальций, мг/л4848140Магний, мг/л313185Железо общее, мг/л0,0080,0080,3Растворенный кислород, мг/л512>4Кремний, мг/л0,43,2910,0Селен, мг/лне обнаруж.0,00040,001Медь, мг/лследы0,211,0Цинк, мг/лследы0,625,0Молибден, мг/лследы0,010,05Поверхностное натяжение воды, н/м0,07260,09075не норм.

Обработанная таким способом вода по насыщенности растворенным кислородом, доле активных молекул поверхностных (пленочных) слоев, химическому составу и условиям своего формирования приобретает свойства, характерные для природной родниковой воды, химический состав которой не превышает требований ПДК, установленных для питьевой воды.

Использование: очистка воды для ее потребления в качестве питьевой, в частности очистка и улучшение подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых. Способ включает облучение воды светом в ультрафиолетовой области спектра порциями, для насыщения ее активным растворенным кислородом после очистки от растворенных загрязнителей. Облученную воду пропускают через дезинтегрированный неклассифицированный минеральный материал, состоящий из кварцевого песка и глиносодержащего минерального комплекса, и обеспечивают гидрогеологический режим миграции воды, соответствующий условиям формирования родниковых вод. Причем облучение светом в ультрафиолетовой области спектра и пропускание через дезинтегрированный неклассифицированный минеральный материал каждой порции осуществляют многократно для достижения необходимого результата, как по пройденному потоком воды расстоянию, так и по количеству растворенного в ней кислорода.

Способ водоподготовки, включающий очистку воды от механических примесей и растворенных загрязнителей, ее облучение светом в ультрафиолетовой области спектра, отличающийся тем, что для насыщения воды активным растворенным кислородом ее облучение светом в ультрафиолетовой области спектра производят порциями, затем облученную воду пропускают через дезинтегрированный неклассифицированный минеральный материал, состоящий из кварцевого песка и глиносодержащего минерального комплекса, и обеспечивают гидрогеологический режим миграции воды, соответствующий условиям формирования родниковых вод, причем облучение светом в ультрафиолетовой области спектра и пропускание через дезинтегрированный неклассифицированный минеральный материал каждой порции осуществляют многократно.