Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК C02F1/78 B01D61/14 

ияИзобретение относится к области очистки воды, а именно к способам, а также устройствам ее очистки с помощью метода ультрафильтрации и предназначено, прежде всего для очистки воды с органическими загрязнениями.

В настоящее время известно множество способов и устройств очистки воды для определенных целевых нужд, позволяющих добиться заданной степени очистки. Во многих случаях эффективно решить эту задачу удается с помощью использования метода ультрафильтрации (А.Г. Нервов, А.П. Андрианов. Метод ультрафильтрации в современном водоснабжении проблемы и перспективы. [Электронный ресурс] - https://aquasorbent.ru/articles/l-metod-ultrfiltracii-v-sovremennom-vodosnabjenii-problemyi-i-perspectivyi (дата обращения 12.04.2022).

Часто перед ультрафильтрацией воды и/или на первичных этапах ее обработки целесообразно одновременно проводить обеззараживание, которое во многих случаях проводят с помощью озонирования. Так, например, известна установка очистки воды, включающая ультрафильтрационные аппараты с мембранными керамическими элементами, озонатор, эжектор и смесительную камеру. С помощью этих устройств осуществляют очистку воды путем подачи воды одновременно с озоновой смесью в смесительную камеру, а потом в два последовательно установленных ультрафильтрационных аппарата (патент на изобретение РФ №2155165, 2000 г., МПК C02F 9/00). Однако в случае наличия в воде органических примесей (а они в ней находятся почти всегда) они окисляются озоном с образованием вязких продуктов реакции (слизи), которые загрязняют - обволакивают поверхность мембран, забивают поры и снижают эффективность фильтрации.

Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящий из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в предварительной очистке, например, на сетчатом фильтре, озонировании при одновременном перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации (патент на изобретение РФ №2668036, 2017 г.. МПК C02F 1/78, C02F 9/08). Указанный способ реализуют на устройстве, содержащем устройство предварительной очистки, водоструйный эжектор, контактную емкость, устройство ультрафильтрации, которые последовательно организованы в единую технологическую цепочку. Недостатками способа и соответственно устройства для его осуществления 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 снижения степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических и хлорорганических примесей (органических примесей или органики), что приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран. Кроме того, техническим результатом следует считать также расширение арсенала технических средств способов очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления.

Достижение указанного технического результата в заявляемом изобретении достигается за счет осуществления способа очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящего из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации через мембраны.

Вместе с этим осуществляют подачу воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор,

организуют второй цикл рециркуляции через устройство ультрафильтрации в контактную емкость и снова в устройство ультрафильтрации,

устанавливают в примембранном пространстве устройства ультрафильтрации скоростной и/или турбулентный газо-жидкостной режим с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком, при установлении расхода воды через водоструйный эжектор в интервале значений от 0,5 до 45 м³/час, расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси в интервале значений от 0,3 до 30 м³/час, а также давления в линии нагнетания эжектора в интервале значений от 0,2 до 1,6 МПа.

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

В процессе очистки воды с использованием ультрафильтрации сначала осуществляют ее предварительную подготовку, целью которой, в основном, является очистка от грубых механических загрязнений и снижение количества других загрязнений, в том числе гомогенных, что позволяет осуществлять последующую ультрафильтрацию с большей эффективностью. Предварительную подготовку осуществляют, например, фильтрацией на механических фильтрах, химической обработкой, окислением, отстаиванием. Эти приемы можно использовать в разных вариантах и последовательностях. Среди них следует выделить окисление озоном с одновременным перемешиванием, что позволяет провести окисление, находящихся в воде органических примесей и переводит их в коллоидное вязкое (слизеобразное) состояние. В гаком состоянии эти примеси можно уже отделить. Кроме того, озонирование решает задачу обеззараживания от бактерий и вирусов.

Как показывает практика, наиболее эффективным способом озонирования является подача озоновой смеси в объем обрабатываемой воды через водоструйный эжектор (эжектор). Подлежащая обработке озоном вода, находится, как правило, в контактной емкости. Другие известные способы озонирования - параллельная подача газовых и жидкостных компонентов или барботаж менее эффективны, хотя и возможны. В качестве озоновых смесей обычно используют озоно-воздушную или озоно-кислородную смеси, в зависимости от степени загрязнения воды и величины ее объема. Кроме того, использование эжектора позволяет регулировать направление струи, интенсивность потока, а также соотношение газ-жидкость. Большей эффективности озонирования удастся достичь за счет использования приема рециркуляции через контактную емкость по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Для выполнения рециркуляции организуют внешнюю, относительно контактной емкости, трубопроводную линию. В результате озонирования воды в емкости в ней уже образуются продукты окисления органики. Однако полного окисления органических примесей воды в контактной емкости, как правило, достичь не удается. Под водоструйным эжектором в настоящем изобретении понимаем эжектор при осуществлении напорной линии нагнетания водой, при этом по всасывающей линии подводят озоновую газовую смесь. Всасывающую линию выполняют сбоку от напорной линии. Эту линию подсоединяют к приемной камере эжектора, в которой создают разряжение за счет скоростного потока воды напорной линии эжектора.

За счет этого разряжения осуществляют всасывание озоновой газовой смеси и ее последующее смешение с водой.

Обработанную озоном в контактной емкости воду вместе с продуктами окисления органических примесей направляют в устройство ультрафильтрации (модуль ультрафильтрации). Эта вода поступает в отделение входа (приемную камеру) устройства ультрафильтрации через эжектор, являющийся устройством входа фильтруемой воды в отделение входа устройства ультрафильтрации. Одновременно через всасывающий патрубок эжектора поступает озоновая смесь. Преимущественно эжектор выполняют регулируемым, т.е. с возможностью регулирования расхода напорного водяного потока и потока всасываемой озоновой смеси, а также давления в приемной камере. В ряде случаев возможно выполнение эжектора с двумя всасывающими патрубками для введения дополнительных 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 приемной камере устройства ультрафильтрации происходит дополнительное окисление органических примесей. Этому может способствовать турбулентный режим фильтруемой воды, образующийся на выходе из эжектора, чего достигают увеличением давления потока нагнетания. Таким образом, в приемной камере накапливаются продукты окисления органики, образующиеся в контактной емкости и в приемной камере устройства ультрафильтрации, что затрудняет процесс фильтрации. По этой причине из объема приемной камеры устройства ультрафильтрации (фильтра) организуют линию отвода с присоединением к контактной емкости. В результате этого получают вторую линию рециркуляции по схеме: выход из приемной камеры фильтра - вход в контактную емкость и далее через контактную емкость к эжектору на входе в фильтр. Дополнительно на этой линии в технологически обусловленном месте в ряде случаев целесообразно устанавливать ловушку для продуктов окисления органики и/или слив. В частности, это целесообразно делать в случае небольших объемов приемной камеры устройства ультрафильтрации. Все линии технологической схемы, входы и выходы в ее устройства оборудованы запорной и регулировочной арматурой. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0,05 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 0,3-30 м³/час, содержание растворенного озона в воде 0,01-1,0 г/м³, степень очистки воды до 92%.

Известно, что в щелочной среде более полно происходит окисление органических примесей, поэтому для реализации этого свойства в приемной камере целесообразно создавать щелочную среду (В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов. Озонирование воды. [Электронный ресурс] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html.(дата обращения 25.03.2022). Для этого в приемную камеру устройства ультрафильтрации могут вводить католит из внешнего электролизера до создания среды с рН от 8,0 до 11.0.

Серьезной проблемой эффективности фильтрации на устройстве ультрафильтрации является загрязнение поверхности ультрафильтрационных мембран вязкими продуктами окисления органики, которые преимущественно являются коллоидными образованиями. Эти продукты залипают на поверхности мембран и закупоривают поры, что препятствует фильтрации. Из практики известно, что залипанию вязких продуктов на мембранах препятствует организация скоростного и/или турбулентного режима движения жидкости в приемной камере фильтра за счет механического сбивания этих продуктов потоком жидкости. Этот процесс значительно усиливается в случае специальной организации в указанных потоках жидкости пузырькового режима, т.е. создания в потоке фильтруемой воды значительного количества пузырьков или организации водно-пузырькового потока. Причем организация такого режима необходима прежде всего в примембранном пространстве, т.е. в пространстве, прилегающем к поверхности мембран. Вследствие этого образуют газо-жидкостной поток, в котором газ находится в виде большого количества пузырьков, которые сбивают вязкие налипания на поверхности мембран при одновременном воздействии скоростного потока воды. Эффективность очистки мембран от налипания вязких продуктов окисления органики за счет их сбивания при обтекании поверхности мембран водно-пузырьковым потоком доказана на практике. Такого эффективного пузырькового режима сбивания вязких продуктов окисления органики с поверхности ультрафильтрационных мембран достигают при использовании водоструйного эжектора при следующих параметрах: расход воды через водоструйный эжектор составляет от 0,5 до 45 м³/час, расход озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси составляет от 0,3 до 30 м³/час, соотношение диаметра сопла потока всасывания к диаметру сопла нагнетания водяного потока составляет от 0,35 до 1,0, давление в линии нагнетания эжектора изменяют в интервале значений от 0,2 до 1,6 МПа, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа. Еще большего повышения эффективности очистки можно добиться использованием группы эжекторов, расположенных в оптимальных местах. Такими местами, например, является расположение между трубчатыми мембранами или направление соответствующее огибанию потоком поверхности мембраны.

Эффективного обтекания поверхности мембран водно-пузырьковым потоком добиваются оптимальным расположением эжектора, а также дополнительным выполнением разделителей и направляющих потока, которые направляют водно-пузырьковый поток непосредственно на поверхность мембран, при этом регулируют скорость потока.

Повышает эффективность очистки поверхности мембран также использование в качестве материалов их изготовления керамических материалов на основе оксидов, например, на основе оксидов кремния и титана. Это можно объяснить низким физико-химическим сродством продуктов окисления органики к этим оксидам, что следует из практики применения керамических ультрафильтрационных мембран.

Конструкция контактной емкости представляет собой камеру со входами для исходной воды и эжектора, а также второй линии рециклирования, емкость также содержит выход в трубопровод, направляемый в устройство ультрафильтрации. Устройство ультрафильтрации представляет собой емкость, преимущественно цилиндрическую, внутри которой размещены трубчатые мембраны, выполненные из оксидов титана и кремния. Размер пор мембран составляет от 0,001 до 0,1 мкм. Общая фильтрующая поверхность мембран составляет от 0,15 до 2 м² если для одной трубчатой мембраны или до 24 м² для всего устройства, которое выполняют преимущественно с 12 мембранами. Емкость устройства фильтрации имеет перегородки, которые вместе с мембранами разделяют ее пространство на приемную камеру и отделение фильтрата. Данная емкость имеет входы для размещения эжектора и два выхода для присоединения трубопровода второго рециклирования и трубопровода выхода фильтрата. Если используют не один эжектор, то в емкости выполняют соответствующее количество входов. Указанные конструкции и конструкционные элементы могут быть изготовлены из нержавеющих и полимерных, а также композиционных 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, озоновые газовые смеси. Над этими материальными объектами осуществляются действия: подача воды, обработка воды озоном, очистка воды путем фильтрации, разделение потоков, регулирование подачи и расхода воды и озоновых смесей. 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 очистки воды методом ультрафильтрации. Осуществление заявляемого технического решения может быть осуществлено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении способа получения и продажи щелочной воды 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 способа и устройства очистки воды возможно любыми потребителями.

Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата, заключающегося в снижения степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических примесей за счет сбивания этих продуктов с поверхности мембран ультрафильтрации водно-пузырьковым потоком что приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран.

Кроме того, техническим результатом следует считать также расширение арсенала технических средств способов очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления.

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

- подача воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор,

- организация через устройство ультрафильтрации и контактную емкость второго цикла рециркуляции,

- осуществление в примембранном пространстве скоростного и/или турбулентного газожидкостного режима с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком, при осуществлении следующих газо-жидкостных режимов:

- расход воды через водоструйный эжектор составляет от 0,5 до 45 м³/час,

- расход озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси составляет от 0,3 до 30 м³/час,

- давление в приемной камере водоструйного эжектора находится в интервале от 0,2 до 1,6 МПа.

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 очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления 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, снижение степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических примесей за счет сбивания этих продуктов с поверхности мембран ультрафильтрации водно-пузырьковым потоком, что в свою очередь приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран

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 технического результата заявленного способа достигают в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его выполнения:

1. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что в приемной камере устройства ультрафильтрации создают щелочную среду в интервале рН от 8,0 до 11,0 за счет введения католита из внешнего электролизера.

2. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что фильтрацию в устройстве ультрафильтрации осуществляют через ультрафильтрационные мембраны, изготовленные из смеси оксидных материалов на основе оксида титана и оксида кремния.

3. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что давление в приемной камере водоструйного эжектора находится в интервале значений от 0,03 до 0,098 МПа.

Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации предполагает осуществление устройства, элементы конструкции которого были описаны выше при описании этого способа, а именно:

устройство для очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, включающее устройство озонирования, контактную емкость, линию рециркуляции и собственно устройство ультрафильтрации. Кроме этого устройство включает дополнительную линию рециркуляции от устройства ультрафильтрации с возвратом через контактную емкость,

а также дополнительное устройство (дополнительные устройства) озонирования на входе в устройство ультрафильтрации в виде по меньшей мере одного водоструйного эжектора, в котором рабочий диаметр всасывающего сопла относится к рабочему диаметру сопла линии нагнетания в интервале значений от 0,35 до 1,0, при этом эти сопла обеспечивают возможности осуществления расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси для каждого эжектора в количестве от 0,3 до 30 м³/час и расхода воды в количестве от 0,5 до 45 м³/час, что дает возможность создать в приемной камере фильтра водно-пузырьковый поток, обволакивающий поверхность мембран.

Повышение эффективности технического результата заявленного устройства достигают в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его выполнения:

1. Описанное выше устройство очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающееся тем, что в приемную камеру устройства ультрафильтрации от внешнего электролизера выполнена линия подведения католита для создания в фильтруемой воде щелочной среды.

2. Описанное выше устройство очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающееся тем, что ультрафильтрационные мембраны в устройстве ультрафильтрации изготавливают из смеси оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния.

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

1 - обеззараживание исходной воды путем озонирования в контактной емкости,

2 - перемешивание способом рециркуляции (первичная рециркуляция),

21 - вход линии вторичной рециркуляции,

3 - ультрафильтрация,

31 - подача воды через водоструйный эжектор,

32 - подача озоновой смеси через эжектор,

33 - ввод дополнительных компонентов,

34 - выход линии вторичной рециркуляции,

35 - отделение продуктов окисления органических примесей с помощью специальной ловушки,

36 - выход линии фильтрата,

4- устройство ультрафильтрации,

41 - ультрафильтрационная трубчатая мембрана,

42 - водно-пузырьковый поток,

43 - продукты окисления органических примесей.

Заявляемое изобретение - «Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации и устройство для его осуществления» осуществляют нижеследующим образом.

В общем случае осуществление способа начинают с очистки от грубых примесей на фильтрах или устройствах механической очистки. После этого воду направляют в контактную емкость, где осуществляют ее озонирование 1 с целью окисления органических примесей и обеззараживания при одновременном перемешивании путем рециркуляции 2 по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Обработанную озоном воду направляют в устройство ультрафильтрации для дальнейшей очистки (этап ультрафильтрации) 3. Подачу воды в устройство ультрафильтрации осуществляют через водоструйный эжектор 31. Одновременно с этим через эжектор подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь 32. При этом через дополнительный патрубок эжектора или другое устройство возможна подача дополнительных компонентов 33. Из приемной камеры устройства осуществляют отвод части фильтруемой воды в контактную емкость, реализуя таким образом вторую линию рециркуляции 34 по схеме: выход из приемной камеры фильтра - вход в контактную емкость и далее через контактную емкость к эжектору на входе в фильтр. На линии рециркуляции организуют отделение продуктов окисления органических примесей с помощью специальной ловушки 35. Из отделения фильтрата устройства ультрафильтрации выводят линию фильтрата 36. Ультрафильтрацию осуществляют через керамические мембраны трубчатой формы 4 с величиной пор 0,01-0,1 мкм. Для поддержания эффективной фильтрации в примембранном пространстве 41 организуют направленный водно-пузырьковый поток 42, который сбивает с поверхности мембран продукты окисления органических примесей 43. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0,05-0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 0,3-30 м³/час), содержание растворенного озона в воде 0,01-1,0 г/м³, степень очистки воды до 92%. Общая фильтрующая поверхность мембран составляет от 0,15 до 2 м² (до 24 м² для всего устройства ультрафильтрации).

Описанные способ и устройство функционируют следующим образом.

Предназначенную для очистки воду сначала пропускают через механический фильтр, а затем направляют в контактную емкость для озонирования. Озонирование проводят или барботажем через слой воды или с помощью водоструйного эжектора, установленного на входе в емкость. Одновременно осуществляют перемешивание воды в контактной емкости с озоновой смесью при помощи рециркуляции через внешний контур по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Озонированную таким образом воду направляют в устройство ультрафильтрации. На входе в это устройство расположен водоструйный эжектор, с помощью которого осуществляют дополнительное озонирование воды озоно-воздушной или озоно-кислородной смесью. При этом регулированием расхода водяного и газового потоков добиваются обтекания поверхности мембран скоростным водно-пузырьковым потоком, который сбивает с поверхности мембран вязкие продукты окисления органических примесей. Из приемной камеры отбирают часть жидкости для направления в контактную емкость, осуществляя тем самым вторую линию рециркуляции. На этой линии устанавливают ловушку для отделения продуктов окисления органических примесей, которые периодически сливают, т.е. выводят из технологической цепочки. Об осуществлении водно-пузырькового потока судят на основании визуального наблюдения через специальное прозрачное окно или по структуре потока через ловушку. В приемную камеру могут также вводить дополнительные компоненты, например, католит. Прошедшую мембрану воду собирают в отделении фильтрата и выводят по отдельной линии.

Пример 1.

Исходная вода имела следующие характеристики: содержание железа 1,5 мг/дм³, содержания марганца от 0,3 мг/дм³, нефтепродукты 0,1 мг/дм³, аммиак 2,5 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 6 мг О₂/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений.

Указанную воду направляли в контактную емкость объемом 400 л, где через нее барбатировали озоно-воздушную смесь с содержанием озона 8 мг/л. Из емкости озонированную воду направляли в устройство ультрафильтрации. Одновременно на выходе из емкости отбирали часть потока и направляли через внешний трубопровод опять на вход в емкость, осуществляя таким образом перемешивание. Расход воды при этом составлял 2 м³/час. Дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,2 МПа, поверхность фильтрации мембран составляла 2,0 м². На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,2 мг/дм³, содержания марганца от 0,1 мг/дм³, нефтепродукты 0,01 мг/дм³, аммиак 1,6 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 4 мг О₂/дм³, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений. Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в неделю.

Разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа.

Пример 2.

Исходная вода имела характеристики аналогичные указанным в примере 1. Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 1. Однако дополнительно к этому часть фильтруемой воды отводилась из приемной камеры обратно в контактную емкость по отдельному трубопроводу, реализуя второй контур рециркуляции. Периодически из ловушки сливали слизистые продукты окисления органики. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Водно-пузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик:

расход воды составлял 0,5 м³/час, расход озоно-воздушной смеси - 0,3 м³/час, при этом диаметр сопла всасывания составлял 3 мм, а диаметр сопла нагнетания - 3 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,03 МПа, содержание растворенного озона в воде 0,01 г/м³, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,05 МПа, поверхность фильтрации мембран составляла 0,15 м² (для одной трубчатой мембраны). На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,01 мг/дм³, содержания марганца от 0,01 мг/дм³, нефтепродукты 0,01 мг/дм³, аммиак 0,5 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 1 мг О₂/дм³, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений.

Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 4 месяца.

Пример 3.

Исходная вода имела характеристики аналогичные указанным в примере 1. Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 1. Однако дополнительно к этому часть фильтруемой воды отводилась из приемной камеры обратно в контактную емкость по отдельному трубопроводу, реализуя второй контур рециркуляции. На этой линии была установлена ловушка для отделения продуктов окисления органических примесей. Периодически из ловушки сливали слизистые продукты окисления органики. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Водно-пузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик:

расход воды составлял 45 м³/час, расход озоно-воздушной смеси - 30 м³/час, при этом диаметр сопла всасывания составлял 20 мм, а диаметр сопла нагнетания - 56 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,098 МПа, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,6 МПа, поверхность фильтрации мембран составляла 24 м² (для 12 трубчатых мембран). Воду вводили через группу эжекторов в количестве 6.

На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,02 мг/дм³, содержания марганца от 0,03 мг/дм³, нефтепродукты 0,01 мг/дм³, аммиак 0,6 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 1,5 мг О₂/дм³, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений.

Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 4 месяца.

Пример 4.

Исходная вода имела следующие характеристики: содержание железа 15 мг/дм³, содержания марганца от 1 мг/дм³, нефтепродукты 0,5 мг/дм³, аммиак 7 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 10 мг О₂/дм³, наличие следов хлора и хлорорганических соединений.

Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 2. Однако дополнительно к этому, часть очищенной воды проходила через электролизер и в контактную емкость по отдельному трубопроводу подавался католит, который повышал рН до 8,5. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Водно-пузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик:

расход воды составлял 3 м³/час, расход озоно-воздушной смеси - 1 м³/час, при этом диаметр сопла всасывания составлял 6 мм, а диаметр сопла нагнетания - 8 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,05 МПа, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,2 МПа, поверхность фильтрации мембран составляла 1 м². На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,01 мг/дм³, содержания марганца от 0,01 мг/дм³, нефтепродукты 0,01 мг/дм³, аммиак 0,3 мг/дм³, перманганатная окисляемость от 1,5 мг О₂/дм³, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений.

Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 5 месяцев.

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.

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к способам, а также устройствам ее очистки с помощью метода ультрафильтрации и предназначено, прежде всего, для очистки воды с органическими загрязнениями. Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации состоит из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации через мембраны. При этом осуществляют подачу воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор, организуют второй цикл рециркуляции через устройство ультрафильтрации в контактную емкость и снова в устройство ультрафильтрации, устанавливают в примембранном пространстве устройства ультрафильтрации скоростной газожидкостный режим с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком, при этом расход воды через водоструйный эжектор устанавливают в интервале значений от 0,5 до 45 м³/ч, расход озоновой смеси – в интервале значений от 0,3 до 30 м³/ч, а давление в линии нагнетания эжектора – в интервале значений от 0,2 до 1,6 МПа. Указанный способ осуществляют с помощью устройства, включающего устройство озонирования, контактную емкость, линию рециркуляции и собственно устройство ультрафильтрации, а также по меньшей мере один водоструйный эжектор на входе в устройство ультрафильтрации, в котором рабочий диаметр всасывающего сопла относится к рабочему диаметру сопла линии нагнетания в интервале значений от 0,35 до 1,0. Технический результат: снижение степени загрязнения поверхности мембран ультрафильтрации продуктами окисления органических примесей, что приводит к повышению эффективности очистки воды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

1. Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящий из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации через мембраны,

отличающийся тем, что

осуществляют подачу воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор,

организуют второй цикл рециркуляции через устройство ультрафильтрации в контактную емкость и снова в устройство ультрафильтрации,

осуществляют в примембранном пространстве устройства ультрафильтрации скоростной и/или турбулентный газожидкостный режим с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком,

при установлении расхода воды через водоструйный эжектор в интервале значений от 0,5 до 45 м³/ч, расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси в интервале значений от 0,3 до 30 м³/ч, а также давления в линии нагнетания эжектора в интервале значений от 0,2 до 1,6 МПа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в приемной камере устройства ультрафильтрации создают щелочную среду в интервале значений рН от 8,0 до 11,0 за счет введения католита из внешнего относительно устройства ультрафильтрации электролизера.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фильтрацию в устройстве ультрафильтрации осуществляют через ультрафильтрационные мембраны, изготовленные из смеси оксидных материалов на основе оксида титана и оксида кремния.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа.

5. Устройство для очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, включающее устройство озонирования, контактную емкость, линию рециркуляции и собственно устройство ультрафильтрации,

отличающееся тем, что включает

дополнительную линию рециркуляции от устройства ультрафильтрации с возвратом через контактную емкость, а также

дополнительное устройство (дополнительные устройства) озонирования на входе в устройство ультрафильтрации в виде по меньшей мере одного водоструйного эжектора, в котором рабочий диаметр всасывающего сопла относится к рабочему диаметру сопла линии нагнетания в интервале значений от 0,35 до 1,0, при этом эти сопла обеспечивают возможность осуществления расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси для каждого эжектора в количестве от 0,3 до 30 м³/ч и расхода воды в количестве от 0,5 до 45 м³/ч, что дает возможность создать в приемной камере фильтра водно-пузырьковый поток, обволакивающий поверхность мембран.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что в приемную камеру устройства ультрафильтрации от внешнего электролизера выполнена линия подведения католита для создания в фильтруемой воде щелочной среды.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что ультрафильтрационные мембраны в устройстве ультрафильтрации изготавливают из смеси оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния.