Способ получения воды с заданными свойствами и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК C02F9/00 B01D61/00 C02F1/461 C02F1/78 

Изобретение относится к области получения воды с заданными свойствами по степени чистоты и водородному показателю.

В настоящее время существуют множество способов и установок для очистки воды, различающихся своим назначением, которое обуславливает их технологию и конструкцию. Среди этого множества отдельным порядком можно выделить способы и устройства для получения воды с заданными свойствами по степени чистоты и водородному показателю - рН. В частности, в медицине и многих научных областях востребована щелочная вода с рН>8.

Большой проблемой для получения щелочной воды, т.е. воды с заданным водородным показателем, является также очистка исходной воды от органических примесей, которые так или иначе в ней присутствуют. Дело в том, что органические примеси препятствуют эффективному осуществлению электролиза воды для получения воды с заданным значением рН, т.к. забивают поры фильтрующих мембран, поэтому от них предварительно освобождаются. Это выполняют методом окисления и последующего отфильтровывания продуктов окисления органических примесей. Продукты окисления органических примесей при достаточном их окислении практически не забивают поры мембран, однако добиться этого известными методами не всегда удается. Отсюда вытекает проблема очистки фильтрующих мембран от продуктов окисления органических загрязнений.

Из научной литературы известно, ч то окисление органических примесей воды более интенсивно происходит в щелочной среде. Вероятно, что это происходит за счет воздействия на органические соединения озонидного иона - О₃^-, который является сильнейшим окислителем и образуется при распаде озона в щелочной среде (В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов. Озонирование воды. [Электронный ресурс] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html (дата обращения 25.03.2022). Это свойство обеспечивает высокую способность озона к окислению органических загрязнений воды в щелочной среде (Окисление озоном. [Электронный ресурс] - URL: https://ru-ecology.info/term/49568/ (дата обращения 25.03.2022). Однако данные, приведенные в указанных источниках, имеют только научный, принципиальный характер и не позволяют осуществить на практике закономерность повышенной окисляемости органических соединений озоном в щелочной среде.

Тем не менее известно решение вопроса разложения органических соединений сточных вод озоном в прикатодном пространстве, насыщенном гидроксил-ионами, т.е. в щелочной среде (Публикация WIPO №2005103391, Япония, МПК C02F 9/00, 2005 г.). Сущность способа заключается в барботировании озона через сточные воды, в которые опущены электроды постоянного тока. Недостатками способа и конструкции являются: низкая производительность ввиду загрязнений электродов продуктами разложения и сложность дополнительного размещения такого оборудования ввиду необходимости увеличения технологического объема автомата.

Известен также автомат для продажи воды, в котором для очистки воды используют устройства предварительной фильтрации и ультратонкой фильтрации воды, электролизер для обработки воды, с накопительными емкостями для катионита-щелочпой воды и аиолита - кислотной воды, которые имеют вход и выпуск воды для потребителей, а также систему управления, включающую сенсорный экран управления. В качестве фильтра предварительной фильтрации использован фильтр мембранного типа для отделения механических примесей. Для дальнейшей очистки воды перед электролизером использован фильтр с активированным углем и каталитическим порошком KDF, который является устройством ультратонкой фильтрации (заявка WIPO 201910570779.3. номер публикации 110232780, Китай, МПК G07F 13/00, 13.09.2019). Недостатком указанного аппарата является отсутствие устройства обеззараживания поступающей в аппарат воды и невозможность получения и выдачи щелочной воды с заданным и параметрами.

Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ, используемый для подготовки воды в автоматах продажи щелочной воды и состоящий из процесса предварительной подготовки воды, в том числе обеззараживании обработкой озоном, мембранной фильтрации воды на устройствах ультрафильтрации и обратного осмоса, получения католита и анионита в электролизере, а также их смешения в необходимом соотношении (патент на изобретение РФ №2758346, МПК G07F 13/00). Данный способ осуществляют на устройстве получения щелочной воды, содержащем контактную емкость, устройство ультрафильтрации, устройство обратного осмоса и электролизер. Недостатками способа является загрязнение поверхности мембран продуктами окисления органических примесей и вследствие этого снижение их фильтрующей способности, что приводит к необходимости дополнительных мероприятий очистки или восстановления работоспособности мембран.

Решаемой задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении повышения степени очистки воды от органических примесей на стадии фильтрации на по меньшей мере первом устройстве мембранной фильтрации, а также расширение арсенала технических средств способов получения воды с заданными свойствами.

Достижение указанного технического результата в заявляемом изобретении достигается за счет осуществления способа получения воды с заданными свойствами, состоящего из процессов предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации, получения католита и анионита, а также их смешения в необходимом соотношении. Одновременно мембранную фильтрацию осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации,

подачу очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации осуществляют

с помощью водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды, вместе с этим в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды подают католит до достижения определенного значения водородного показателя (рН) в фильтруемой воде первого устройства мембранной фильтрации в интервале от 8,0 до 11,0.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание способа.

Назначением заявляемого изобретения является способ получения воды с заданными свойствами, а также устройство для его получения. При этом под заданными свойствами следует понимать заданную степень очистки от неорганических и органических примесей, а также заданное значение водородного показателя. Такая вода и прежде всего щелочная вода со значениями рН>8 может быть использована для медицинских целей, в народной медицине, для целей оздоровления, а также в других сферах народного хозяйства. Так как в заявляемом изобретении получение щелочной воды осуществляют с помощью электролитического процесса и катодном пространстве, то эту воду еще называют католитом. Таким образом понятия католита и щелочной воды в данном изложении тождественны. С другой стороны в указанном электролитическом процессе в анодном пространстве получают кислотную воду или анолит. Такая вода тоже может иметь применение, в частности для дезинфекции. В различных областях применения воды требуется вода с разными значениями водородного показателя. Этого легко добиться путем смешения в определенном соотношении католита и анолита.

Для медицинских целей, а также эффективного осуществления электролиза воды с целью получения католита и анолита требуется вода высокой степени очистки, поэтому в заявляемом изобретении предусмотрены процессы: предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации воды, получения католита и анолита, а также их смешения в необходимом соотношении.

Процесс предварительной подготовки воды включает в себя процессы предварительной очистки и обеззараживания. Задачей предварительной очистки является обеспечение эффективной работы последующих устройств мембранной фильтрации за счет выделения и отделения грубых механических загрязнений. Отделение от этих загрязнений преимущественно осуществляют за счет механического отделения нерастворимых твердых частиц в фильтрах отстойниках или на фильтрах механической очистки. Отделение механических загрязнений препятствует загрязнению мембранных фильтров твердыми частицами на последующих стадиях фильтрации воды. Одновременно с механическим отделением загрязнений преимущественно осуществляют процесс обеззараживания. Обеззараживание преимущественно проводят путем обработки ультрафиолетовым излучением или озонированием преимущественно в контактной емкости, которая может также выполнять роль накопителя или накопительной емкости. Для усиления эффективности такой обработки процесс осуществляют при одновременном перемешивании преимущественно методом рециркуляции. Для осуществления возможности регулирования описанными процессами на входе в устройства предварительной подготовки и на выходе из них устанавливают запорную и/или регулирующую арматуру. Здесь следует заметить, что при обеззараживании указанными способами одновременно в контактной емкости происходит частичное окисление органических и хлорорганических примесей, однако добиться их достаточно полного окисления не удается. Необходимого эффективного окисления органических и хлорорганических примесей в реальном технологическом процессе можно достичь только в многостадийном ступенчатом процессе. После осуществления процесса предварительной подготовки воду направляют на мембранную фильтрацию.

Мембранную фильтрацию осуществляют на одном или нескольких устройствах фильтрации, что зависит от степени загрязнения воды и фильтрующей способности устройств фильтрации, в том числе самих мембран. Мембранная фильтрация прежде всего начинается с ультрафильтрации на устройстве с мембранной ультрафильтрацией. На стадии ультрафильтрации задействуют, как правило, от 1 до 3 устройств. При этом в устройстве может быть выполнено различное количество мембран с фильтрующей поверхностью каждой до 2 м². Каждое устройство преимущественно представляет собой фильтр с тонкопористой мембраной, размер пор в которой варьируется в интервале 0,01 - 0,1 мкм.

Из контактной емкости вода в устройство ультрафильтрации поступает с продуктами окисления органических и хлорорганических примесей. Так как добиться полного окисления органических и хлорорганических примесей не удается, подачу воды из контактной емкости в устройство ультрафильтрации осуществляют через водоструйный эжектор с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Из практики известно, что применение эжекторов для подачи газожидкостных смесей более эффективно по производительности и степени смешения, чем другие распространенные способы - параллельная подача газовых и жидкостных компонентов или барботаж. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0.05-0.6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 8×10^-5-56×10^-5 м³/с (0,3-2 м³/час), содержание растворенного озона в смеси 0,01- 1 г/м³, степень очистки воды: от взвешенных веществ 100%; от органических веществ 60-90%; от других окисляемых примесей 80-90%. В ряде случаев возможно выполнение эжектора с двумя всасывающими патрубками для введения дополни тельных компонентов. По конструктивным и технологическим причинам воду можно вводить в устройство ультрафильтрации с помощью группы эжекторов. Одним из преимуществ этого является усиления озонирования воды, а также скорости фильтрации.

В ходе фильтрации во входном отделении устройства ультрафильтрации могут накапливаться продукты окисления органических и хлорорганических примесей. Эти продукты забивают поры ультрафильтрационной мембраны, что препятствует процессу фильтрации. Во избежание этого организуют линию подачи жидкости из входного отделения первого мембранного фильтра, а также возможно и других в контактную емкость, что равнозначно организации второй линии рециклирования в контактную емкость. Рециклирование можно осуществлять с помощью частичного задействования линии байпаса. Осуществление рециклирования позволяет снизить загрязнения поверхности ультрафильтрационной мембраны. Для регулирования давления во входном отделении фильтра на линии рециклирования (второй линии рециклирования - линии возврата фильтруемой жидкости в контактную емкость) может быть установлен дроссель, а также выполнен слив для вывода загрязнений из системы.

В случае необходимости более топкой очистки воды после стадии очистки на устройствах ультрафильтрации используют очистку методом обратного осмоса, которую осуществляют на мембранах с размером пор 10^-4-10^-3 мкм. Количество устройств/мембран очистки методом обратного осмоса также зависит от степени загрязнения воды и фильтрующей способности устройств фильтрации, в том числе самих мембран и колеблется от 1 до 3, при этом в устройстве может быть выполнено различное количество мембран с фильтрующей поверхностью каждой до 2 м², при общем количестве до 5 мембран. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на мембранах обратного осмоса следующие: дифференциальное давление 0,4 - 2,0 МПа, расход воды 0,1-9 м³/час, степень очистки воды - 98-99,8%.

После достижения заданных характеристик очистки, воду подают в электролизер, где осуществляют ее электролитическую обработку, при этом вода в приэлектродных областях преобразуется в католит и анолит или щелочную и кислотную воду. Электролиз осуществляют до определенных, заданных значений водородного показателя - рН. Как правило это значения в узких интервалах рН, ко торые могут составлять 0,1-0,4 рН. Например, для профилактического приема используют воду со значениями рН от 9,4 до 9,8. Общий интервал регулируемых значений рН находится в пределах от 8,0 до 11,0. Полученные католит и анолит являются основанием для получения воды с заданным значением рН, который можно регулировать смешением католита и анолита в определенных соотношениях, а также изменением потоков воды на входе в катодное и анодное пространство электролизера.

Выдача щелочной воды с заданными значениями рН в интервале от 8,0 до 11,0 является непростой задачей ввиду низкой стабильности гидроксид-ионов в слабо и средне щелочных водных средах, а также взаимодействия с активными внутренними поверхностями и примесями. Такое положение приводит к необходимости осуществления особого режима контроля и регулирования процесса электролиза. Поэтому электролизер оборудован системой регулирования, которая снабжена датчиками входа и расхода воды и силы тока и, конечно, прибором измеряющим рН. На основании показаний датчиков процесса и заданных значений рН осуществляют определение согласующихся параметров процесса. Такими параметрами, прежде всего, являются сила тока процесса электролиза и величина потока подачи воды (расход воды) на входе в электролизер, а также чистота воды на входе в электролизер. Параметры являются согласующимися, т.к. изменение одного ведет к изменению другого. Так, например, повышения значения рН католита можно достичь как за счет снижения расхода воды, так и за счет повышения силы тока процесса или компенсационными изменениями обоих параметров. Аналогично и в отношении чистоты подающийся на электролиз воды - повышение чистоты ведет к возможности снижения силы тока. Следует еще раз уточнить, что вода подходи т к электролизеру по одной линии - по линии входа, но при поступлении в электролизер этот основной поток разделяется на два: один направляется в катодное пространство, а другой в анодное. При этом регулирование потока входящей воды может осуществляться как на общей линии подвода к электролизеру, так и на линиях разветвления в катодное и/или анодное пространство.

Регулирование силы тока процесса электролиза и расхода (потока) воды осуществляют на соответствующих устройствах. Для регулирования силы тока, в частности, используют реостаты или тиристорные регуляторы, для регулирования расхода воды используют, например, шаровые или игольчатые с механическим приводом вентили, электромагнитные клапана. Детали электролизера, в том числе корпус и электроды изготавливают преимущественно из нержавеющих материалов, материалами перегородок между электродными пространствами является тонкопористая керамика.

Из анодного пространства электролизера анолит выводят по отдельной линии и направляют сразу на смешение или в накопительную емкость. Из катодного пространства по отдельной линии отводят католит и направляют его на смешение или в накопительную емкость. Продукты из накопительных емкостей также могут смешивать с целью получения воды с заданным рН или направлять потребителю. Анолит из накопительной емкости, в частности, может быть использован для промывки или обеззараживания отдельных устройств системы очистки. Выдачу католита из накопительной емкости осуществляют в разлив в специально оборудованном для этого месте выдачи или в емкостях с внутренней дезактивированной поверхностью.

В ряде случаев в катодном пространстве электролизера могут выпадать хлопья гидроксидов металлов. Для этого на линии выходе католита из электролизера перед накопительной емкостью католита или устройством смешения выполняют еще одно устройство ультрафильтрации.

Оборудование выведения католита и анолита изготовлено из нержавеющей стали или полимерных материалов с дезактивированными внутренними поверхностями.

Устройство выдачи католита решает проблему сохранения заданного значения рН за время выдачи за счет быстрой организации выдачи и применения материалов дезактивированных относительно гидроксид-ионов. В качестве материала трубок и патрубков устройства выдачи, а также емкостей для выдачи используют, как правило, нержавеющую сталь. Сокращение времени выдачи выполняют за счет сокращения пути выдачи и времени электролиза.

В заявляемом изобретении приняты во внимание данные по усилению окислительной способности озона в шелочной среде, приведенные ранее в обзоре уровня техники. Согласно настоящему изобретению щелочную среду во входном отделении устройства ультрафильтрации создают за счет введения в это отделение католита, полученного в электролизере в качестве продукта целевого назначения. Для этого в заявляемом способе выполнена дополнительная отдельная трубопроводная линия, соединяющая выход из катодного пространства электролизера или из накопительной емкости католита с технологическими элементами устройств предварительной подготовки воды. Этими технологическими элементами могут быть контактная емкость, вход в контактную емкость, линия рециклирования. Таким образом, католит несет еще и вторичную технологическую функцию, а дополнительная отдельная трубопроводная линия обеспечивает осуществление этой функции, что позволяет повысить степень очистки воды от органических примесей на стадии ультрафильтрации. Указанная отдельная трубопроводная линия может иметь на обоих концах запорную и регулировочную арматуру, а со стороны присоединения к технологическим элементам предварительной подготовки воды имеет устройство входа. Это устройство входа может быть выполнено в качестве эжектора, патрубка или инжектора. Католит подают в элементы технологической схемы процесса очистки воды до достижения в фильтруемой воде определенного значения водородного показателя (рН) в интервале от 8,0 до 11,0. Это значение определяют исходя из степени загрязненности воды органическими примесями и поддерживают его постоянным, по меньшей мере в первом устройстве мембранной фильтрации.

Параллельно упомянутой выше технологической линии очистки располагают вспомогательную технологическую линию - байпас, который имеет соединение с основной технологической линией в технологических узлах между ступенями очистки, перед электролизером и по необходимости за электролизером. Описанную линию очистки по необходимости, в зависимости от состава исходной воды, могут дополнять устройствами деозонирования, насосом, измерительными и регулирующими устройствами и датчиками, гидроаккумуляторами. В случае необходимости дополнительной очистки от озона используют угольные адсорбенты. Корпуса устройств блока очистки и трубопроводов, а также дополнительных устройств преимущественно изготавливают из нержавеющей стали, полимерных и металлополимерных материалов.

Заявляемое изобретение является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем реализации способа, заключающегося в осуществлении действий над материальными объектами с помощью материальных средств. В данном случае материальными объектами являются вода, озон, католит, анолит. Над этими материальными объектами осуществляются действия подачи (для воды, католита, анолита), обработки окислителями (для воды), очистки путем фильтрации, электролитической обработки, разделения потоков, регулирования подачи и расхода. Все действия над указанными материальными объектами выполняются во времени и в определенной последовательности. При этом совокупность указанных действий - существенных признаков данного изобретения технологически и функционально взаимосвязана и объединена единым творческим замыслом.

Данное техническое решение является промышленно применимым в области получения воды с заданными свойствами. Осуществление заявляемого технического решения может быть осуществлено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении заявляемого изобретения используются устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления технологической схемы изобретения являются методы механической обработки металла и пластмасс, электросварка и термическая сварка пластмасс, слесарная обработка, монтаж. Средствами осуществления являются механические средства станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки, сварочное оборудование. Практическое использование заявляемого способа и устройства возможно любыми потребителями.

Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата, а именно о повышении степени очистки воды от органических примесей на стадии фильтрации на по меньшей мере в первом устройстве мембранной фильтрации, за счет лучшего перемешивания озоновой смеси с водой, а также за счет лучшей окисляемости органических примесей озоном в щелочной среде при согласованном осуществлении этих процессов. В свою очередь реализация назначения изобретения подтверждается получением воды с заданным значением водородного показателя за счет использования электролизера с осуществлением комплексного контроля параметров процесса электролиза воды и согласованным регулированием подачи воды и силы тока, а также при смешении анолита и католита.

Отличительными от прототипа, существенными признаками, заявляемого изобретения или их характеристиками являются:

- осуществление мембранной фильтрации осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации,

- подача очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации с помощью водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды,

- подача католита в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды до достижения значений водородного показателя (рН) в фильтруемой воде первого устройства мембранной фильтрации в интервале от 8,0 до 11,0.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.

Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки, в том числе их характеристики, обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании.

Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемое изобретение не известно из уровня техники.

В ходе изучения уровня техники способов получения воды с заданными свойствами не выявлены технические решения, существенные признаки которых по отдельности или в какой-либо совокупности совпадают с отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличительных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.

Следует также обратить внимание, что использование всей заявленной совокупности существенных признаков, в том числе совокупности отличительных признаков, для получения заявленного технического результата не следует явным образом для специалистов из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.

Действительно, получение воды заданной степени очистки и с заданным значением pH при окислении органических примесей в щелочной среде в отделении входа первого устройства ультрафильтрации за счет окисления озоновой смесью при ее подачи одновременно с водой через эжектор при подаче католита из электролизера технологической схемы получения воды в устройства технологической схемы предварительной подготовки воды не следуют для специалистов явным образом из уровня техники за счет использования указанных выше отличительных существенных признаков.

Приведенные технические решения являются, относительно подтвержденного достижения заявленного технического результата, нестандартными и неизвестными решениями. В дополнение к этому эти решения или эти совокупности существенных признаков следует рассматривать наряду с использованием других существенных признаков, заявленных в формуле изобретения, в единой совокупности.

Повышение эффективности заявленного технического результата достигают в следующем частном случае его выполнения:

описанный выше способ получения воды с заданными свойствами, отличающийся тем, что на линии выхода католита из электролизера осуществляют дополнительный процесс ультрафильтрации.

Описанный выше способ получения воды с заданными свойствами предполагает осуществление устройства, элементы конструкции которого были описаны выше при описании этого способа, а именно:

устройства получения воды с заданными свойствами, состоящего из совокупности устройств предварительной подготовки воды, устройств мембранной фильтрации, электролизера для получения анолита и католита и устройств их смешения, Указанное устройство включает по меньшей мере одно устройство мембранной фильтрации, по меньшей мере первое устройство мембранной фильтрации оборудовано на входе по меньшей мере одним водоструйным эжектором для подачи в фильтруемую воду озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, а от линии выхода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в одно из устройств предварительной подготовки воды для осуществления в устройствах ультрафильтрации щелочной среды с рН в интервале от 8,0 до 11,0.

Технический результат этого устройства аналогичен указанному для описанного выше способа.

Повышение эффективности технического результата для описанного устройства достигают в следующем частном случае его выполнения:

описанное выше устройство получения воды с заданными свойствами, отличающееся тем. что на линии выхода католита из электролизера выполнено дополнительное устройство ультрафильтрации.

Описание заявленного способа и устройства пояснено схемой, на которой приведены следующие обозначения его процессов:

1 - предварительная подготовка воды,

11 - устройство предварительной очистки,

12 - устройство обеззараживания,

2 - мембранная фильтрация,

21 - устройства ультрафильтрации,

22 - фильтры обратного осмоса,

23 - водоструйный эжектор (указать вход озона стрелкой сбоку),

3 - электролитическая обработка,

31 - электролизер,

4 - регулирование степени очистки воды с помощью байпасной линии,

5 - линия выведения анолита,

6 - линия выведения католита,

61 - отдельная линия подачи католита в одно из устройств предварительной подготовки воды,

62 - дополнительное устройство ультрафильтрации,

7 - накопительная емкость анолита,

8 - накопительная емкость католита.

Заявляемое изобретение - «Способ получения воды с заданными свойствами и устройство для его осуществления» осуществляют нижеследующим образом.

Получение воды с заданными свойствами предполагает тщательную первоначальную очистку воды. Для этого сначала проводят предварительную подготовку воды 1, которая может включать процессы предварительной механической очистки 11 и обеззараживания 12. Подготовленную таким образом воду направляют на мембранную фильтрацию 2, которую могут осуществлять на устройствах двух типов: на устройствах ультрафильтрации 21 и на фильтрах обратного осмоса 22. Количество устройств ультрафильтрации может варьироваться от одного до нескольких, например, до трех. При этом по меньшей мере в первое устройство вода подается по меньшей мере через один водоструйный эжектор 23 с одновременной подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси. Аналогично количество фильтров обратного осмоса также может меняться от одного до нескольких, например, до трех. После этапа мембранной фильтрации воду направляют на электролиз 3, где разлагают воду на анолит и католит, которые выводят из электролизера 31 соответственно по линиям анолита 5 и католита 6. Для осуществления в устройствах ультрафильтрации щелочной среды выполняют отдельную линию подачи католита 61, для чего ее отводят от линии выведения католита в одно из устройств предварительной подготовки воды. Анолит и католит преимущественно направляют и накапливают в накопительных емкостях, соответственно 7 и 8. На линии выведения католита преимущественно также выполняют дополнительное устройство ультрафильтрации. Регулирование потоков между устройствами осуществляют с помощью линии байпаса 4, к которой подключены все устройства осуществления технологической схемы.

Описанные способ и устройство функционируют следующим образом. Первоначально проводят анализ предназначенной к обработке воды. После этого определяют необходимость проведения мероприятий механической очистки, количество устройств ультрафильтрации, количество фильтров обратного осмоса, состав озоновой смеси, необходимость наличия или задействования дополнительного устройства ультрафильтрации. Указанную технологическую схему определяют на основании целевых заданных свойств воды. Исходную воду, согласно определенной технологической схеме, первоначально направляют на устройство отделения от механических примесей, например, на фильтр механической очистки. Полученную воду обеззараживают путем барботажа озоновой смесью через слой воды в контактной емкости одновременно с осуществлением рециклирования по схеме выход-вход. Обеззараженную воду направляют в устройство ультрафильтрации через водоструйный эжектор, который установлен на входе в это устройство.

Одновременно через этот эжектор подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь. Фильтрацию осуществляют на мембранах с размером пор 0,01 - 0,1 мкм при дифференциальном давлении 0,05 - 0,6 Мпа. расходе озоновоздушной смеси через эжектор 8×10^-5-56×10^-5 м³/с (0,3 - 2 м³/час). и содержании растворенного озона в смеси 0,01- 1 г/м³. После устройства ультрафильтрации воду очищают на фильтре обратного осмоса с размером пор 10^-4-10^-3 мкм, при дифференциальном давлении 0,4 - 2,0 МПа (возможно использование нескольких устройств ультрафильтрации и фильтров обратного осмоса). Очищенную вышеописанным способом воду направляют в электролизер для осуществления ее электролиза.

На выходе из электролиза получают католит со значениями pH=8 - 11 и анолит со значениями pH=3-6. Католит и анолит собирают в накопительные емкости. Воду с заданными значениями pH получают путем смешивания рассчитанных количеств анолита и католита. Смешивание осуществляют в смесительных линиях или емкостях. Для повышения эффективности процесса очистки, окисление органических и хлорорганических примесей проводят в щелочной среде со значением pH в интервале от 8,0 до 11,0. Для этого католит от линии его вывода из электролизера отводят по отдельной специальной линии в технологические устройства предварительной очистки воды, что обеспечивает щелочную среду в кон тактной емкости и устройстве (устройствах) ультрафильтрации. В случае значительной загрязненности воды ионами металлов католит может быть загрязнен гидроксидами металлов в виде хлопьев. В этом случае на выходе католита из электролизера дополнительно устанавливают устройство ультрафильтрации. Регулирование потоков между устройствами осуществляют с помощью линии байпаса, к которой подключены все устройства осуществления технологической схемы.

Пример 1.

Задачей является получение очищенной воды со следующими характеристиками: рН от 7,2 до 7,5, содержание железа 0,05-0,07 мг/дм³, содержание марганца 0,06-0,07 мг/дм³, перманганатная окисляемость 0,5-3 Ог/дм³. На входе в систему получения воды с заданными свойствами она имела следующие характеристики: рН=6,8, содержание железа составляло 1,5 мг/дм³, содержания марганца составляло 0,3 мг/дм³, перманганатная окисляемость составляла 6 мг О₂/дм³, содержание механических примесей - 10 мг/дм³, наличие следов хлора и хлороргаиических соединений. Указанную воду подвергали механической очистке и озонированию в закрытой емкости путем обработки озоном методом барботирования с одновременным перемешиванием смеси путем рециркуляции. Затем воду направляли на устройство ультрафильтрации через водоструйный эжектор одновременно с подачей озоно-воздушной смеси. При этом условия фильтрации были следующие: рН фильтруемой среды=6,8, дифференциальное давление 0,05 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 28×10^-5 м³/с (1 м³/час), содержание растворенного озона в смеси 0,01-1 г/м³. После устройства ультрафильтрации воду направляли на фильтр обратного осмоса, где проводят фильтрацию при дифференциальном давлении 1,5 Мпа и расходе воды 1,5 м³/час. После фильтра обратного осмоса вода имела следующие характеристики - рН=6,5, содержание железа 0,05 мг/дм³, марганца - 0,07 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 0,5 до 3 мг О₂/дм³, отсутствие механических примесей, хлора, органических и хлороргаиических соединений. Данная вода поступает на вход электролизера с рабочим объемом 30 литров. В электролизере воду подвергают электролитической обработке при силе тока 7 А и объеме подачи воды 0,3-1 м³/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,5, а католит рН=8,5. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5.

Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 недели.

Пример 2.

Осуществление заявленного способа проводили аналогично примеру 1. Однако рН фильтруемой среды в устройстве ультрафильтрации составлял 8,5. Для установления такого значения рН фильтруемой среды от линии выхода католита из электролизера была выполнена отдельная линия подачи католита в контактную емкость. Вход в контактную емкость был выполнен через отдельный патрубок под устройством ввода воды. Таким образом окисление органических и хлорорганических примесей осуществляли в щелочной среде.

Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 месяца.

Пример 3.

Осуществление заявляемого способа и устройства проводили аналогично примеру 2. Но при этом исходная вода имела следующие характеристики: рН=6,6, содержание железа составляло 10,5 мг/дм³, содержания марганца составляло 3 мг/дм³, перманганатная окисляемость составляла 16 мг О₂/дм³, содержание механических примесей - 30 мг/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Количество устройств ультрафильтрации составляло 2, при этом условия фильтрации на этих устройствах были следующие: рН фильтруемой среды=8,5, дифференциальное давление 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 42×10^-5 м³/с (1,5 м³/час), содержание растворенного озона в смеси 0.01 г/м³

Количество фильтров обратного осмоса также составляло 3 при дифференциальном давлении 2,0 МПа и расходе воды 0,6 м³/час. Электролиз проводили при силе тока 15 А и объеме подачи воды 0,3-1 м³/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,3, а католит рН=8,5. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 2 месяца.

Пример 4.

Осуществление заявляемого способа и устройства проводили аналогично примеру 3. Но при этом исходная вода имела следующие характеристики: рН=7, содержание железа составляет 15 мг/дм³, содержания марганца составляло 4 мг/дм³, перманганатная окисляемость составляла 18 мг О₂/дм³, содержание механических примесей - 25 мг/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений. Количество устройств ультрафильтрации составляло 2, количество эжекторов для введение воды и озоновой смеси в первое устройство ультрафильтрации составляло 6, во второе - 1, при этом условия фильтрации на этих устройствах были следующие: рН фильтруемой среды=9, дифференциальное давление 0,15 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 56×10^-5 м³/с (2 м³/час), содержание растворенного озона в смеси 1,0 г/м³

Количество фильтров обратного осмоса также составляло 2 при дифференциальном давлении 2 МПа и расходе воды 0,4 м³/час. Электролиз проводили при силе тока 12 А и объеме подачи воды 0,3-0,6 м³/час. В результате такой обработки на выходе из электролизера анолит имел значение рН=4,6, а католит рН=9. Смешением указанных продуктов в рассчитанном соотношении получали воду со значениями рН от 7,2 до 7,5. Для поддержания параметров очистки и электролиза постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 3 месяца.

Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.

Приведенные выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.

Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения.

Заявленная группа изобретений относится к области получения воды с заданными свойствами по степени чистоты и водородному показателю. Способ состоит из процессов предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации, получения католита и анолита в электролизере, а также их смешения. Мембранную фильтрацию осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации. Подачу очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации осуществляют с помощью по меньшей мере одного водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды. Вместе с этим в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды подают католит до достижения значения водородного показателя (рН) в интервале от 8,0 до 11,0 в фильтруемой воде на стадии предварительной подготовки и по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации. Технический результат: повышение степени очистки воды от органических примесей на стадии фильтрации на по меньшей мере первом устройстве мембранной фильтрации, получение воды с заданным значением рН. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения воды с заданными свойствами, состоящий из процессов предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации, получения католита и анолита, а также их смешения, отличающийся тем, что мембранную фильтрацию осуществляют по меньшей мере на одном устройстве мембранной фильтрации, подачу очищаемой воды во входное отделение по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации осуществляют с помощью по меньшей мере одного водоструйного эжектора, через который одновременно подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь для озонирования этой воды, вместе с этим в технологическую схему процесса предварительной подготовки воды подают католит до достижения значения водородного показателя (рН) в интервале от 8,0 до 11,0 в фильтруемой воде на стадии предварительной подготовки и по меньшей мере первого устройства мембранной фильтрации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на линии выхода католита из электролизера осуществляют дополнительный процесс ультрафильтрации.

3. Устройство получения воды с заданными свойствами, состоящее из совокупности устройств предварительной подготовки воды, мембранной фильтрации, электролизера для получения анолита и католита и устройств их смешения, отличающееся тем, что включает по меньшей мере одно устройство мембранной фильтрации, по меньшей мере первое устройство мембранной фильтрации оборудовано на входе по меньшей мере одним водоструйным эжектором для подачи в фильтруемую воду озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси, а от линии выхода католита из электролизера выполнена отдельная линия подачи католита в одно из устройств предварительной подготовки воды для осуществления щелочной среды с рН в интервале от 8,0 до 11,0 в устройствах предварительной подготовки воды и в по меньшей мере первом устройстве мембранной фильтрации или в по меньшей мере первом устройстве мембранной фильтрации.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что на линии выхода католита из электролизера выполнено дополнительное устройство ультрафильтрации.