Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников Российский патент 2018 года по МПК C02F9/08 C02F1/34 C02F1/78 B01D61/22 

Изобретение относится к области водоподготовки, точнее к процессам приготовления питьевой воды из природных источников пресной воды (поверхностных и грунтовых). Значительная часть жителей планеты исторически использует воду из таких местных источников. Всемирная организация здравоохранения рекомендует охранять источники водоснабжения от бытовых и техногенных загрязнений, однако уже сегодня подавляющее большинство природных источников нельзя непосредственно использовать в качестве безопасных источников воды для питья и хозяйственно-бытового применения.

Сложные технологические процессы и реализующее их оборудование для очистки и обеззараживания воды используются в основном в местах массового проживания людей. Для них характерно преобладающее применение хлорсодержащих реагентов с сильной окисляющей способностью. Существующая статистика показывает канцерогенную опасность многих вторично образующихся в процессе водоподготовки соединений хлора (хлорорганических веществ), которые значительно опаснее исходных реагентов. Другим недостатком известных способов и реализующих их устройств получения питьевой воды из-за их сложности, масштабности и дороговизны является малая доступность для изолированно проживающей значительной части населения Земли.

Изобретение обеспечивает, за счет мобильности и легкой масштабируемости, оперативное, энергоэффективное и экологичное приготовление качественной питьевой воды для различных требуемых объемов потребления с использованием местных природных источников пресной воды без или с минимальным применением химических реагентов.

Отличительным признаком заявляемого способа приготовления питьевой воды из природных пресных источников является предварительная экспериментальная оптимизация с помощью тестовой установки состава используемых технологических процессов и оборудования коммерческой промышленной установки с учетом качественных особенностей источников исходной воды - содержащихся в ней видов и количества органических загрязнителей (гуминовые вещества и их соли, фульвокислоты и их соли), присутствующих микроорганизмов, в том числе патогенных, растворенных неорганических химических элементов и соединений, органолептических показателей (цветности, мутности, запаха).

Из предшествующего уровня техники известны многочисленные конструктивные и технологические реализации различных способов очистки и обеззараживания воды природных и техногенных источников. Они должны обеспечивать обеззараживание, осветление, обесцвечивание воды, удаление ее запахов и привкусов, уменьшение содержания допустимых химических элементов и их соединений до значений, не превышающих предельно-допустимые значения (ПДК), а также исключать присутствие в воде канцерогенных и особо опасных веществ. Достигается это различными комбинациями технологических операций обеззараживания микроорганизмов, связывания и отделения различных органических и неорганических загрязнителей с применением химических реагентов (окислителей, нейтрализаторов, коагулянтов, флокулянтов), физических воздействий (магнитных, электрических, гидродинамических) и различных фильтров (грубой и тонкой очистки, засыпных, сорбционных, ультра- и нанофильтрационных). Основными критериями совершенства и предпочтительности изобретений являются обеспечение требуемого качества воды при использовании различных источников, низкие удельные затраты на реализацию технологии и ее практическое использование, минимальная себестоимость получаемой воды, преимущественное функционирование без дорогих и дефицитных реагентов, большой эксплуатационный ресурс.

Заявляемый способ должен удовлетворять требованиям к качеству питьевой воды централизованных систем питьевого водоснабжения и (или) расфасованной в емкости, а также к водоочистным устройствам и деятельности, связанной с услугами питьевого водоснабжения, которые изложены в действующих межгосударственных и национальных стандартах РФ [1-4] и санитарно-эпидемиологических нормах [5, 6].

В изобретении по патенту RU 2524965 [7] «Способ очистки природных вод» сначала проводят перевод загрязняющих примесей очищаемой воды в растворимое состояние раствором угольной кислоты, полученной при насыщении воды диоксидом углерода, а затем образовавшиеся соединения нейтрализуют раствором гидроксида кальция с последующим удалением осадка сначала в отстойнике и на фильтре с нейтральной засыпкой, а затем на фильтре со слабоосновной засыпкой. Основными недостатками изобретения, препятствующими его массовому применению удаленными пользователями, являются необходимость постоянного расхода реагентов (газообразного диоксида углерода и гидроксида кальция) и слабый потенциал обеззараживания очищаемой воды.

В источнике [8] анализируется эффективность выполнения требований действующего СанПиН 2.1.4.1074-01 [5], который нормирует содержание в питьевой воде 30 неорганических соединений и элементов и около 680 индивидуальных органических соединений, изомеров и смесей, которые классифицируются как «вредные вещества в питьевой воде». На практике столь внушительный список контролируемых показателей не гарантирует нормируемое качество и безопасное употребление в пищу воды, прошедшей подготовку на городских очистных сооружениях. Это объясняется постоянным увеличением техногенной нагрузки на природные водоемы, используемые как водозаботы для подготовки питьевой воды, приближением степени износа оборудования к критическому значению и снижением относительного уровня технического совершенства используемых технологий и оборудования на фоне новых разработок. Одной из таких перспективных технологий очистки воды является удаление взвешенных и агломератов коллоидных частиц (в диапазоне размеров от 0,03 до 0,1 мкм) на мембранах низкого давления, называемых ультрафильтрационными мембранами. Система водоподготовки состоит из питающего насоса, грязевика, ультрафильтрационного модуля, бака и насоса обратной промывки, системы химической очистки и дезинфекции. Недостатками системы являются - низкая эффективность по снижению уровня органических загрязнителей (на 25%), что особенно критично при обработке поверхностных вод; использование больших доз коагулянтов (для увеличения удаления органики до 60%); ультрафильтрационные мембраны из полых волокон гидрофильного полиэстерсульфона (PES), имеющие существенно ограниченный срок и ресурс эксплуатации по сравнению с керамическими ультрафильтрационными мембранами.

Известно изобретение RU 2220115 [9] «Способ получения питьевой воды», по которому обеззараживание осуществляют ультрафиолетовым облучением с дозой 30 мДж/см², кроме того, в качестве флокулянта используют полиакриламид в количестве 0,05-0,2 мг/дм³, а осветление осуществляют пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененным полистиролом, фильтрование осуществляют через кварцевый песок с крупность зерен 0,3-1,5 мм и гравий размером от 2 до 32 мм, сорбцию осуществляют на гранулированном активированном угле с крупностью зерен 0,5-5 мм. Недостатки изобретения - постоянная потребность реагентов и замены засыпок фильтров.

Аналогом является также изобретение RU 2122982 [10] «Способ получения питьевой воды». Заявленный способ включает первичное окисление озоном с дозой 3,3 мг/дм³ в течение 7 минут, реагентную обработку в режиме напорной флотации раствором коагулянта - сульфата алюминия (технического глинозема, гидроксихдорида алюминия) с исходной массовой концентрацией 10 мг/дм³ в г/дм³, течение 5 минут, добавление флокулянта (MO-1906N, МФ-573С, МФ-835А) в количестве 0,5 м, осветление в течение 10 минут фильтрованием через песчаный фильтр из кварцевого песка с крупностью зерен 0,95 мм со скоростью фильтрования 7 м/час, повторное озонирование воды с дозой 3,3мг/дм³ в течение 10 минут, фильтрование через сорбционный фильтр из гранулированного активированного угля с крупностью зерен 0,5-2 мм, обеззараживание хлором с дозой 1,0 мг/дм³ в течение 40 минут. Недостатки изобретения - образование высокотоксичных и канцерогенных соединений, сложность (большое количество технологических операций и используемых реагентов) и большая продолжительность технологического процесса.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является патент RU 2333154 «Способ очистки воды» [11]. Способ включает прокачивание (при необходимости - многократное) очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подают газовую фазу (компрессором или за счет создания разрежения в излучателе), содержащую озон (другие варианты - воздух и озон, кислород и озон) с концентрацией более 10 г/м³, подачу потока из гидродинамического излучателя в контактную камеру перед преграждающей поверхностью и последующее фильтрование очищаемой воды от твердых взвесей. Достоинством прототипа является очистка воды без использования химических реагентов (коагулянтов, флокулянтов).

Недостатки прототипа:

- ограниченные возможности очистки исходной воды с большим количеством биологических и химических загрязнителей;

- низкая эффективность гидродинамических излучателей по обеспечению интенсивной кавитации;

- трудность практической организации очистки воды по располагаемому описанию патента в части «последующего фильтрования очищаемой воды от твердых взвесей», так как не предложены подходящие для заявленного способа фильтры и особенности их функционирования.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение указанных в аналогах и прототипе недостатков и обеспечение в способе приготовления питьевой воды из природных пресных источников:

- гарантированного качества питьевой воды для предоставления услуг питьевого водоснабжения с использованием централизованных систем водоснабжения и фасовке воды в емкости при использовании любых природных источников пресной воды;

- предварительной экспериментальной адаптации и оптимизации технологии приготовления питьевой воды к особенностям конкретных источников и мест локализации технологии;

- большого диапазона реализуемых производительностей по питьевой воде;

- приготовления питьевой воды в непрерывном автоматическом режиме в течение длительного времени;

- мобильности, длительной автономности и большого эксплуатационного ресурса при практической реализации приготовления питьевой воды с использованием природных источников пресной воды;

- эффективности устранения из исходной воды органических загрязнителей (в том числе, гуминовых и фульвовых соединений), а вместе с ними мутности, цветности и запаха;

- простоты, надежности и долговечности процесса приготовления питьевой воды;

- низкой удельной стоимости получаемой питьевой воды с учетом количества производимой питьевой воды за весь эксплуатационный период.

Указанный технический результат достигается тем, что предварительную экспериментальную адаптацию и оптимизацию, в части используемых устройств и их параметров, физических и химических процессов, по возможности исключения реагентов и сменных элементов с ограниченным ресурсом, технологии приготовления питьевой воды по заявляемому способу проводят на конкретных природных источниках пресной воды с использованием тестовой мобильной установки, которая располагает полным набором всех функционалов обеззараживания и очистки воды согласно заявляемому способу, но отличается минимальной производительностью и размерами. В процессе экспериментальной адаптации проверяются все и отбираются наиболее эффективные технологические режимы и их параметры для исключения избыточного аппаратного состава и технологических функций промышленной установки, что обеспечивает минимизацию ее стоимости, потребляемой энергии и суммарных эксплуатационных расходов.

Известно, что скорость химических реакций, в которых не используются катализаторы, пропорциональна площади контакта реагентов, давлению и температуре. Такая закономерность касается и реакций окисления, которые обычно используются для обеззараживания (дезинфекции) и очистки исходной воды от разнообразных загрязнителей. Это делает перспективным применение кавитационных технологий, которые позволяют быстро и эффективно диспергировать применяемые реагенты, из которых наиболее предпочтительным является окружающий воздух, содержащий порядка 20% кислорода О₂ - естественного природного наиболее предпочтительного окислителя, обеспечивать повышенное давление и некоторое повышение температуры в зоне реакций, улучшая этим параметры процесса водоподготовки. Отличием заявляемого способа является применение пассивного гидродинамического диспергатора, обеспечивающего интенсивную кавитацию с числом Рейнольдса Re≥100000 всего объема обрабатываемой воды при минимальных затратах энергии. Пассивность гидродинамического диспергатора заключается в отсутствии движущихся элементов, а достижение требуемого значения критерия интенсивной кавитации (Re) достигается подбором насоса с требуемой производительностью (м³/час) и напором (МПа) в зависимости от размеров и гидравлического сопротивления используемого диспергатора.

Заявляемый способ отличается непрерывностью процесса получения очищенной и обеззараженной воды нормируемого качества за счет того, что дополнительно включает:

- автоматическое регулирование контроллером блока ультрафильтрации гидродинамических режимов в блоке ультрафильтрации, которые поочередно реализуются при переходе с режима чистой фильтрации (номинальный режим), происходящего в условиях турбулентности низкой интенсивности с числом 2000≤Re≤4000, на режим фильтрации с одновременной очисткой ультрафильтрационных мембран, происходящего в условиях пульсирующей турбулентности высокой интенсивности с числом 6000≤Re≤10000, и, наоборот, задействованием соответствующего насоса;

- постоянный оперативный контроль производительности установки по фильтрату (чистой воде) и интегральных показателей его качества (прозрачности, водородного показателя рН и др.), по результатам которого поочередно задействуются соответствующие реагенты (воздух, воздух с повышенной концентрацией кислорода, озон, флокулянт или консервант) и оптимизируется место их подачи.

Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором изображена технологическая схема способа приготовления питьевой воды из природных пресных источников, иллюстрирующая лишь частный случай его реализации. Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников включает технологически связанные операции забора исходной воды из используемого природного источника 1 с помощью насоса 2 и трубопроводов 3, подачу реагента из блока реагентов 4, включающего источники воздуха 4.1, воздуха с повышенной концентрацией кислорода 4.2, озона 4.3, флокулянта 4.4, консерванта 4.5, через автоматические дозирующие насосы подачи реагентов 5 в смеситель 6 или блок гидродинамической кавитации 8, интенсивная гидродинамическая кавитация в котором реализуется насосом 7, по команде контроллера качества фильтрата 19 через электронный канал управления реагентами 20, завершение реакций обеззараживания патогенных микроорганизмов, окисления, перевода в нерастворимое состояние и выпадение в осадок органических и неорганических загрязнителей исходной воды с выпадением их в осадок в колонне завершения реакций 9, подачу из нее воды регулятором гидродинамического режима 10 через насос 11, реализующий турбулентный режим низкой интенсивности, или насос 12, реализующий турбулентный пульсирующий режим высокой интенсивности, которые задействуются по команде контроллера 15 блока ультрафильтрации 13 через электронный канал 16, а фильтрат (очищенная и обеззараженная вода), подающийся в емкость 21, получается осаждением на ультрафильтрационной мембране 14 и последующим периодическим автоматическим удалением нерастворимого осадка и всех частиц размером более 0,05 мкм через регулируемый вентиль 17 в канализацию 18.

При этом в блоке гидродинамической кавитации 8 в качестве базовой использована конструкция диспергатора по патенту [12] с конструктивными изменениями, обеспечивающими повышенную интенсивность кавитационного процесса, быстрое, качественное, с минимальными энергозатратами диспергирование реагентов с окислением и обеззараживанием содержимого во всем объеме обрабатываемой воды. Диспергатор по патенту [12] предназначается для подготовки к сжиганию различных топлив путем получения их водных эмульсий, преимущественно эмульсий из мазута и воды. Диспергатор содержит корпус с каналом (или каналами) для движения топливной смеси и устройства, вызывающие кавитацию при обтекании их топливной смесью. Диспергатор относится к пассивным гидродинамическим устройствам, не имеющим подвижных частей и поэтому обладающих высокими надежностью и производительностью, однородностью обрабатываемых жидких дисперсных систем, большим ресурсом эксплуатации. Условия для реализации кавитации создаются за счет регулируемого разгона и торможения потоков жидких систем (перехода согласно законам Бернулли потенциальной энергии жидкой системы в кинетическую и наоборот, что сопровождается соответствующим падением, вплоть до давления насыщенных паров находящихся в жидкости газов, и ростом статического давления в различных зонах потока жидкости), в результате чего появляются зоны с условиями возникновения кавитационных пузырьков (каверн) и их последующего схлопывания, что, благодаря несжимаемости жидкости, приводит к микрогидравлическим ударам, способным дробить не только содержащиеся в жидкости газовые пузыри, фрагменты других нерастворимых жидкостей, твердые включения, такие как загрязнители воды различной природы, но и металлические детали, например лопасти гребных винтов судов, лопатки гидравлических турбин и крыльчатки насосов. В гидродинамическом диспергаторе по патенту [12] течение обрабатываемых жидких систем организовано в плоских каналах (двумерных), в то время как в гидродинамическом диспергаторе по заявляемому способу - в объемном (трехмерном) канале.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Способ реализуется следующим образом. К источнику природной питьевой воды 1 доставляется рассчитанная на минимальную производительность тестовая установка с целью экспериментальной проверки эффективности очистки и обеззараживания исходной воды воздухом, концентрированным кислородом, озоном, необходимости применения флокулянтов (коагулянтов) и консервантов, получения экспериментальных данных для проектирования промышленной установки требуемой производительности. Тестовая установка имеет состав и полный набор технологических возможностей, аналогичных промышленным установкам: насос 2 подачи исходной воды в смеситель 6, блок реагентов 4, автоматические дозирующие насосы подачи реагентов 5, насос 7 режима кавитации, блок гидродинамической кавитации 8, колонна завершения реакции 9, регулятор 10 гидродинамического режима в блоке ультрафильтрации, насос 11 режима турбулентности низкой интенсивности и насос 12 турбулентного пульсирующего режима высокой интенсивности, блок ультрафильтрации 13 с комплектом ультрафильтрационных керамических мембран 14, очистка которых осуществляется в турбулентном пульсирующем режиме высокой интенсивности, контроллер состояния блока ультрафильтрации 15 с линией слива загрязненного концентрата через регулируемый вентиль 17 в канализацию 18 и электронным каналом 16 управления гидродинамическим режимом в блоке ультрафильтрации посредством управления регулятором 10, контроллер качества фильтрата (очищаемой воды) и производительности установки 19 с электронным каналом 20 управления блоком реагентов 4 и емкость фильтрата (очищенной воды) 21, соединительные гидравлические магистрали 3.

Тестовая установка доставляется на место экспериментов в собранном или разобранном виде для удобства транспортировки. В последнем случае она собирается на месте по схеме, изображенной на фиг. 1, и готовится к экспериментальной отработке заявляемой технологии очистки и обеззараживания воды природного источника.

Технология по заявляемому способу приготовления питьевой воды из природных пресных источников обеспечивает длительный непрерывный процесс получения чистой питьевой воды-фильтрата с циклическими колебаниями производительности при переходе от процесса фильтрации к процессу фильтрации с очисткой ультрафильтрационных мембран и наоборот.

Исходная вода из природного источника пресной воды 1 насосом 2 по магистрали 3 подается в смеситель 6. По результатам экспериментов с тестовой установкой определяется оптимальный вид реагента и место его подачи через соответствующий автоматический дозирующий насос подачи реагентов 5 в магистраль 3 перед смесителем 6 или в блок гидродинамической кавитации 8, в котором насос 7, подающий обрабатываемую воду из смесителя 6, обеспечивает гидродинамический кавитационный режим с числом Re≥100000. В блоке гидродинамической кавитации 8 при таком режиме кавитации, сопровождающемся интенсивными механическими волновыми колебаниями, и повышенном давлении обеспечивается быстрое обеззараживание патогенных микроорганизмов и окисление органических и неорганических загрязнителей с переводом их в нерастворимое состояние. Эти процессы продолжаются в колонне завершения реакций 9, куда обрабатываемая вода поступает из блока гидродинамической кавитации 8. В колонне завершения реакции 9 выпадают в осадок все окисленные и обеззараженные загрязнители исходной воды. Из колонны завершения реакций 9 обрабатываемая вода подается в блок ультрафильтрации 13 с керамическими ультрафильтрационными мембранами 14 поочередно насосом 11, обеспечивающим в блоке ультрафильтрации 13 турбулентный режим низкой интенсивности (2000≤Re≤4000), и насосом 12, обеспечивающим в блоке ультрафильтрации 13 пульсирующий турбулентный режим высокой интенсивности (6000≤Re≤10000), причем управление насосами 11 и 12 производится по командам контроллера 15 состояния блока ультрафильтрации, передаваемым по электронному каналу управления 16 регулятору гидродинамического режима 10. Пульсирующий турбулентный режим высокой интенсивности используется для очистки ультрафильтрационных мембран 14 от осажденных загрязнителей исходной воды при увеличении гидравлического сопротивления ультрафильтрационных мембран, которое контролируется контроллером 15. В этом режиме продолжается производство фильтрата и его слив в емкость приготовленной питьевой воды 21, а загрязненный концентрат через управляемый клапан 17 сливается в канализацию 18. Качество и количество произведенного фильтрата (питьевой воды) контролируется контроллером 19, который по командам через электронный канал 20 управляет блоком реагентов, выбирая вид, количество и место подачи реагента через автоматические дозирующие насосы 5.

Экспериментальная отработка на конкретном природном источнике включает последовательное проведение трех видов испытаний:

1. количественная проверка на качество очистки и обеззараживания воды (определяется процент уменьшения содержания загрязнителей в фильтрате по сравнению с исходной водой и условия получения питьевой воды с содержанием загрязнителей, не превосходящих предельно-допустимые концентрации или требования заказчика);

2. количественная проверка удельной производительности ультрафильтрующих элементов (м³ фильтрата/м² ультрафильтрационной мембраны) с учетом особенностей исходной очищаемой воды природного источника;

3. количественная проверка ресурса установки с учетом особенностей исходной очищаемой воды природного источника (прогноз динамики изменения удельной производительности установки на период заданного срока ее эксплуатации).

Промышленная применимость заявляемого способа приготовления питьевой воды из природных пресных источников и обеспечиваемые им технические результаты подтверждаются практическими примерами очистки воды из различных источников.

Пример 1. Тест на селективность - количественная проверка на качество очистки и обеззараживания воды (определяется процент уменьшения содержания загрязнителей в фильтрате по сравнению с исходной водой и условия получения питьевой воды с содержанием загрязнителей, не превосходящих предельно-допустимые концентрации или требования заказчика). Проверка проводилась с помощью тестовой установки, в которой использовались керамические трубчатые ультрафильтрационные мембраны с характеристиками, представленными в таблице 1.

Для определения эффективности заявляемого способа приготовления питьевой воды были проведены тесты с водой из природного источника (болото на окраине пос. Выползово Бологовского района Тверской области вблизи ремонтного завода специальной техники, весной, когда с талыми водами в реке содержится повышенное количество различных органических загрязнителей) и с модельным растровом, в котором особо опасные и опасные вещества и микрофлора находятся в количествах, существенно превышающих ПДК (предельно-допустимые концентрации, безопасные при длительном потреблении) для питьевой воды. Для этого был приготовлен модельный раствор, включающий хорошо перемешанные 850 литров водопроводной воды, 10 л сточной воды из городских канализационных коммуникаций без механических примесей, как источник патогенных микроорганизмов, большое количество различных химических загрязнителей (нитрат натрия, растворимые соли металлов - серебра, алюминия, мышьяка, бора, бария, кальция, кадмия, кобальта, хрома, меди, железа, калия, магния, марганца, молибдена, натрия, никеля, свинца, селена, стронция, урана, ванадия, цинка). Такой вариант воды на порядки превосходит по загрязненности любой природный пресный источник и мог получиться только в результате аварии водопровода и техногенной катастрофы, когда в него проникли сточные воды и промышленные стоки от гальванического производства.

Результаты тестирования заявляемого способа приготовления питьевой воды на селективность приведены таблице 2.

Результаты тестирования заявляемого способа на селективность показывают:

- по микробиологическим показателям испытанные образцы воды оказалась пригодны к употреблению не только непосредственно для питья, но и для фасовки в емкости (к воде в емкостях предъявляются более высокие требования с учетом необходимости ее длительного хранения перед потреблением);

- по очистке от опасных соединений алюминия, мышьяка, свинца установка показала отличные результаты, от соединений кадмия - хорошие, от соединений железа, марганца, меди, хрома - отличные и хорошие (группы соединений выделены с учетом класса их опасности).

Пример 2. Количественная проверка заявляемого способа приготовления питьевой воды из природных пресных источников на удельную производительность ультрафильтрующих элементов (м³ фильтрата/м² ультрафильтрационной мембраны за час) с учетом особенностей исходной очищаемой воды природного источника.

Проверка проводилась с помощью тестовой установки, в которой использовались керамические трубчатые ультрафильтрационные мембраны с характеристиками, представленными в таблице 1.

Результаты экспериментальной проверки заявляемого способа приготовления питьевой воды при использовании трех природных пресных источников (болото, река и озеро) на удельную производительность с использованием тестовой установки представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты экспериментов с тестовой установкой на удельную производительность приготовления питьевой воды из природных источников

1. болото между р. Ливица и оз. Долгое Валдайского района Новгородской области. Цветность 140 град.

2. река Березайка в районе д. Селище Валдайского района Новгородской области. Цветность 100 град.

3. озеро Березное Бологовского района Тверской области. Цветность 30 град.

Приготовление питьевой воды по заявляемому способу при использовании различных природных источников продемонстрировало, что минимальная удельная производительность имела место при очистке воды из болота (0,23 м³/час*м²), а максимальная - при очистке воды из озера (0,34 м³/час*м²), что определяется соотношением наличия в воде использованных источников органических загрязнителей (гуминовых и фульвовых соединений).

Пример 3. Количественная проверка заявляемого способа приготовления питьевой воды из природных пресных источников на ресурс с учетом особенностей исходной очищаемой воды природного источника (прогноз динамики изменения удельной производительности установки на период заданного срока ее эксплуатации).

Проверка проводилась с помощью тестовой установки, в которой использовались керамические трубчатые ультрафильтрационные мембраны с характеристиками, представленными в таблице 1.

Результаты экспериментальной проверки заявляемого способа приготовления питьевой воды при использовании природного пресного источника (река) на ресурс с использованием тестовой установки представлены в таблице 4.

При длительности ресурсных испытаний на устойчивость характеристик установки по производительности в течение 240 часов выявлено, что при начальной удельной производительности 0,4 м³/час*м² на аппарате с установленными новыми мембранами за первые 14 часов работы производительность по экспоненциальному закону снизилась до уровня в среднем 0,25 м³/час*м² и оставалась на этом уровне до конца испытаний.

За 240 часов эксперимента не выявлена закономерность постоянного уменьшения производительности установки при использовании воды реки, протекающей через озера и болотистые места, в период паводка, когда в русло попадает увеличенное количество органических загрязнителей.

Результаты экспериментов подтвердили возможность стабильно и длительно производить с использованием заявляемого способа приготовление из природных пресных источников питьевую воду, соответствующую гигиеническим требованиям к питьевой воде централизованных систем питьевого водоснабжения и расфасованной в емкости по государственным нормам Российской Федерации [1-6] и Евросоюза [13] с требуемой производительностью.

Литература и другие источники:

1. ГОСТ Р 52132-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества».

2. ГОСТ 32220-2013 «Вода питьевая, расфасованная в емкости. Общие технические условия».

3. ГОСТ 31952-2012 (межгосударственный стандарт) «Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения».

4. ГОСТ Р ИСО 24510-2009 «Деятельность, связанная с услугами питьевого водоснабжения и удаления сточных вод. Руководящие указания по оценке и улучшению услуги, оказываемой потребителям».

5. СанПиН 2.1.4.1074-01 (с изменениями на 28 июня 2010 года) «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

6. СанПиН 2.1.4.1074-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».

7. Изобретение к патенту RU 2524965 «Способ очистки природных вод», МПК C02F 9/04, C02F 1/58, C02F 1/52, C02F 1/28, приоритет от 24.01.2013, опубликовано 10.08.2014.

8. Ультрафильтрация природных вод как метод получения питьевой воды. Материалы международной конференции «Техновод», 2006 г. «ЗАО НПК Медиана-Фильтр». К.х.н. Смирнов В.Б.

9. Изобретение к патенту RU 2220115 «Способ получения питьевой воды», МПК C02F 9/12, C02F 1/28, C02F 1/32, C02F 1/52, C02F 1/56, C02F 1/72, приоритет от 26.12.2002, опубликовано 27.12.2003.

10. Изобретение к патенту RU 2122982 «Способ получения питьевой воды», МПК C02F 9/00, C02F 1/24, C02F 1/72, C02F 1/78, приоритет от 27.06.1997, опубликовано 10.12.1998.

11. Изобретение к патенту RU 2333154 «Способ очистки воды», МПК C02F 1/34, C02F 1/78, приоритет от 04.06.2007, опубликовано 10.09.2008.

12. Изобретение к патенту RU 2239491 «Диспергатор», МПК B01F 5/00, приоритет от 05.02.2003, опубликовано 10.11.2004.

13. Директива Европейского Сообщества (ЕС) «По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком» 98/83/ЕС.

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано для приготовления питьевой воды из природных источников пресной воды. Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников включает прокачивание очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подают газовую фазу, и последующее фильтрование очищаемой воды. С использованием тестовой установки осуществляют предварительный экспериментальный подбор оптимальных параметров промышленной установки: производительности, напора насосов, гидравлических размеров элементов оборудования; состава окислительной газовой фазы. Проверяют необходимость применения реагентов: коагулянтов, флокулянтов и консервантов. Осуществляют подачу воды после гидродинамического излучателя (кавитатора) в колонну завершения реакций. Обеспечивают непрерывность процесса получения питьевой воды постоянной подачей очищаемой воды в блок ультрафильтрации в режиме фильтрации при обтекании ультрафильтрационной мембраны турбулентным потоком с критерием Рейнольдса 2000≤Re≤4000 или в режиме фильтрации с очисткой ультрафильтрационной мембраны от задержанного на ней осадка турбулентным импульсным потоком обтекания ультрафильтрационной мембраны с критерием Рейнольдса 6000≤Re≤10000. Переключение гидродинамических режимов и слив загрязненного остатка в канализацию осуществляют по команде контроллера состояния блока ультрафильтрации, электрически связанного с регулятором гидродинамического режима в блоке ультрафильтрации. Проверяют качество и количество очищенной воды, сливаемой в накопительную емкость, контроллером качества очищаемой воды, электрически связанным с блоком реагентов и автоматическими насосами-дозаторами. Изобретение обеспечивает оперативное, энергоэффективное и экологичное приготовление качественной питьевой воды для различных требуемых объемов потребления с использованием местных природных источников воды без или с минимальным применением химических реагентов. 1 ил., 4 табл.

Способ приготовления питьевой воды из природных пресных источников, включающий прокачивание очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации, в который подают газовую фазу, и последующее фильтрование очищаемой воды, отличающийся тем, что для конкретного природного пресного источника для заданных производительности и качества получаемой питьевой воды с использованием тестовой установки осуществляют предварительный экспериментальный подбор оптимальных параметров промышленной установки (производительность и напор насосов, гидравлические размеры элементов оборудования), состава окислительной газовой фазы (воздух или воздух с концентрацией кислорода до 90%, или озон), проверяют необходимость применения реагентов (коагулянтов, флокулянтов и консервантов), осуществляют подачу воды после гидродинамического излучателя (кавитатора) в колонну завершения реакций, причем в качестве гидродинамического излучателя для кавитационной обработки очищаемой воды используют пассивный гидродинамический диспергатор с трехмерным осесимметричным каналом переменного сечения в герметичном корпусе для разгона и торможения смеси очищаемой воды с реагентом и устройством в виде стержней, вызывающим кавитацию при его обтекании указанной смесью при критерии Рейнольдса Re≥100000, обеспечивают непрерывность процесса получения питьевой воды постоянной подачей очищаемой воды в блок ультрафильтрации в режиме фильтрации при обтекании ультрафильтрационной мембраны турбулентным потоком с критерием Рейнольдса 2000≤Re≤4000 или в режиме фильтрации с очисткой ультрафильтрационной мембраны от задержанного на ней осадка турбулентным импульсным потоком обтекания ультрафильтрационной мембраны с критерием Рейнольдса 6000≤Re≤10000, причем переключение гидродинамических режимов и слив загрязненного остатка в канализацию осуществляют по команде контроллера состояния блока ультрафильтрации, электрически связанного с регулятором гидродинамического режима в блоке ультрафильтрации, включающим и выключающим соответствующие насосы подачи очищаемой воды в блок ультрафильтрации, и управляемым клапаном в линии соединения блока ультрафильтрации и канализации, а качество и количество очищенной воды (фильтрата), сливаемой в накопительную емкость питьевой воды, постоянно проверяют контроллером качества очищаемой воды, электрически связанным с блоком реагентов и автоматическими насосами-дозаторами для управления местом и видом подаваемого реагента.