Спосіб одержання питної води

Спосіб одержання питної води, що включає окислювання, адсорбційне та зворотноосмотичне очищення, який відрізняється тим, що вихідну воду попередньо аерують до залишкової кількості кисню 0,2-0,3 мг/дм3, як адсорбент беруть гранульований адсорбент із крупністю зерен 1-4 мм, а фільтрат після адсорбції фотокаталітично обробляють при надлишковому тиску, пермеат змішують з фільтратом у співвідношенні, яке визначають із виразу: Винахід відноситься до області обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до багатостадійної обробки води, і може бути використаний для задоволення життєвих потреб людства -одержання питної води, шляхом очищення природних поверхневих і підземних вод. Способи отримання питної води, які застосовують на станціях водопідготовки, в основному реалізують методи, засновані на уявленнях минулого століття про обов'язкове використання реагентів-коагулянтів, фюкулянтів, озону і хлору, що веде до вторинного забруднення води токсичними продуктами хімічних реакцій. Способи містять у собі наступні основні стадії: попередня механічна обробка на решітках, піскоуловлювачах і т.п ;. хімічне прояснення з використанням неорганічних коагулянтів (солі Fe, A1, вапно); фільтрування через шари люку, гравію або антрациту; адсорбційна обробка на фільтрах з АУ; іонний обмін; знезаражування хлоруванням або озонуванням [Кульский Л.А., Строкач П.П. Технологія очищення природних вод. - Київ: Вища школа, 1986. - 352 с [1] Кульский Л.А. Основи хімії і технології води. - Київ: наук. Думка, 1991. - 568 з [2]. Однак, наприклад, патогенні мікроорганізми, такі, як Cryptosporidium, стійкі до хлору і можуть витримувати концентрацію 3% хлору протягом 18 ч.. Відомо, що Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) рекомендації Всесвітня організація охорони здоров'я, ВООЗ, 1993] рекомендує залишковий вміст хлору в питній воді не більш 0,5%. Відоме зикористання як знезаражуючого агента ультрафіолетового опромінення з дозою 30мдж/см2 [патент РФ №2220115(3) з наступним використанням у фільтрах гранульованого адсорбенту -вугілля з qфільт . = b.Qвих .(Снорм . - Сперм .) / (Сфільтр . - Снорм .) (13) 81375 (11) UA (19) пермеат; b - коефіцієнт, що враховує втрати води з розсолом; Qвих. - витрата вихідної води; Снорм. - мінімально припустимий солевміст у питній воді; Сфільтр. - солевміст у фільтраті; Сперм. - солевміст у пермеаті, і одержану воду знезаражують у безперервному потоці протягом 45-60 сек. ультрафіолетом. C2 , де qфільт. - кількість фільтрату, що додається в 3 крупністю зерен 0,5-5 мм. Також показано [патент РФ №2242435(4)], що мікроорганізми Cryptosporidium стійкі до дії не тільки до хлору, але також досить стійкі до впливу УФ випромінювання і до озону. Озон / концентрації 1 ч/млн протягом 5 хв приводить до знищення тільки 90% мікроорганізмів. Однак припустимі в очищеній воді, призначеної для використання як питної води, тільки концентрації 0,4 ч/млн озони. Необхідно відмітити, що це не останній недолік; при обробці озоном води утворюються продукти розкладання із загиблих бактерій. Воду не рекомендується безпосередньо використовувати як питну воду, це обумовлено з одного боку, через продукти розкладання, що утворилися, і, з іншого боку, через можливу присутність у ній залишкового озону. Вода містить спори і частки розміром до 4 мкм. У даний час такі маленькі частки можна відокремити тільки методами ультрафільтрації або зворотного осмосу. Антропогенне забруднення навколишнього середовища внесло й у підземну воду ряд забруднень, шо раніше не зустрічалися. Неочищена вода підземних джерел, у багатьох випадках, забруднена високомолекулярними органічними сполуками (токсинами, пестицидами, гербіцидами, фенолами, галогенорганічними сполуками, ПАВ, детергентами, нафтопродуктами й ін.), що потрапили в природну воду в результаті техногенної діяльності людини Відомі методи занадто дорогі, щоб використовувати їх для очищення великих обсягів води. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною сутністю і результатом, що досягається, ε спосіб одержання питної води [РФ, патент 2033976, 1995(5)], що включає спосіб безреагентного очищення природних вод. Спосіб складається з механічною очищення, проведеного в дві стадії для видалення великих забруднень і колоїдних зависей, Уф-опромінення з використанням імпульсних джерел суцільного спектра, яке застосоване для фотодеструкції шкідливих домішок органічного походження і знищення бактерій, зворотно-осматичного опріснення, очищення на вуглеволокнистому сорбенті \ повторного імпульсного Уфопромінення. Обробці піддавали природну воду із сильнозабрудн іного поверхневого джерела, що має наступні якісні показники: загальна мінералізація до 20г/л; мутність до 200мг/л; кольоровість 50°; запах до 5 балів; рН 6-8,5. Технологія способу полягає в наступному: природна вода з джерела за допомогою насоса направляється в блок механічного очищення 1-го ступеня, далі в блок механічного очищення 2-го ступеня, у блок фотохімічного очищення, ( Уфопромінення), потім у блок опріснення для усунення зайвої мінералізації, у блок сорбційного очищення і далі в блок бактерицидної обробки (стерилізації] для остаточної стерилізації води Дослідження Заявника показують, що одержувана відомим способом [5] вода не відповідає вимогам, які в, ставляє ВООЗ, зокрема , загальна мінералізація (вміст солей) перевищує припустиму норму на 100%. В одержуваній за 81375 4 способом [5] питній воді загальний солевміст складає 2050 мг/дм3, припустима норма ВООЗ 1000мг/дм3; мутність -10 НФ (мг/дмЗ) при 120°С, припустима норма ВООЗ - 5 НФ (мг/дм3) при 120°С; кольоровість 25-30 град. Pt-Co шкали, припустима норма МОЗ -15 град. Pt-Co шкали. Як випливає з технічної сутності відомого способу [5], його реалізація передбачає після опріснення сорційне очищення. Однак, цей прийом, як показали дослідження Заявника, приводить до повторного забруднення питної води, наприклад, спорами і колоїдними частками розміром до 4 мкм. Це у свою чергу знижує ступінь очищення води, отримана вода не відповідає рекомендаціям ВООЗ. Слід також зазначити багатостадійность, проблему біообростання мембран і сорбенту, що у свою чергу не сприяє підвищенню якості одержуваної питної води. Таким чином, основним недоліком відомого способу [РФ, патент 2033976,1995] є недостатній ступінь очищення питної води, яка відповідає рекомендаціям ВООЗ. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб одержання питної води простим, екологічним способом шляхом очищення води новими технологічними прийомами з оптимальними параметрами і послідовності їхніх дій, що дозволить одержати питну воду підвищеної якості шляхом створення надійного способу, що забезпечує можливість тривалої роботи схеми очищення (устаткування) і одержання питної води, яка відповідає рекомендаціям ВООЗ. Для рішення поставленої задачі запропонований спосіб одержання питної води, що включає окислювання, адсорбційне й зворотноосмотичне очищення, у якому, відповідно до винаходу, попередньо вихідну воду аерують до залишкової кількості кисню 0,2-0,3 мг Ог/дм3, і як адсорбент використовують гранульований адсорбент із крупністю зерен 1-4 мм, а фільтрат адсорбції фотокаталітично обробляють при надлишковому тиску, причому питну воду одержують, змішуючи пермеат і фільтрат у співвідношенні, яке визначають із виразу: gфільт.=β.Qвих.(Снорм.Сперм.)/(Сфільтр.- Снорм.), (1) де gфильт. - кількість фільтрату, що додається в пермеат; β - коефіцієнт, що враховує втрати води з розсолом; Ових. - витрата вихідної води; Снорм. - мінімальна припустимий солевміст у питній воді; Сфільтр. - солевміст у фільтраті; Сперм. - солевміст у пермеаті. і отриману воду знезаражують у безперервному потоці протягом 45-60сек. ультрафіолетом. Пропонований спосіб одержання питної води передбачає нову схему (послідовність) операцій, причому попереднє аерування вихідної води до залишкової кількості кисню 0,2-0,3мгО2/дм3, що приведе до знезалізнення і, відповідно до винаходу, сприяє збільшенню ефективності адсорбційної очистки на гранульованому адсорбенті з зернистістю 1-4мм, з наступною фотокаталітичною обробкою фільтрату при 5 надлишковому тиску, приводить до деградації органічних і бактеріальних компонентів, що у свою чергу, дозволяє одержати "нешкідливий" пермеат, що практично не містить солей жорсткості і мінімальну кількість солей натрію і калію. Особливість запропонованого способу полягає у запропонованому коректуванні солевмісту питної води розчином цієїж води, яка не пройшла остаточне очищення, що дозволяє з мінімальними витратами одержати воду найвищої якості, що відповідає рекомендаціям ВООЗ, із загальною мінералізацією - 1000мг/дм3 солями натрію і калію і відсутністю солей жорсткості. Слід зазначити, що, за даними авторів, технічний результат, що досягається, не забезпечується жодним з відомих технічних рішень. Загальна схема способу одержання питної води наведена на фіг.1. При цьому на схемі наведені наступні позначення: 1 - джерело води; 2 - регулятор тиску; 3 аератор; 4 - адсорбційна установка; 5 мікрофільтр; 6 - вузол фотокаталізу; :7 зворотноосмотична установка; 8 - байпас; 9 накопичувальна ємність (усереднювач). Процес одержання питної води здійснюють у такий спосіб. Вихідну воду подають насосом зі скважини 1, чеоез регулятор тиску 2 в аератор 3 і потім в адсорбційну установку 4. Адсорбційна установка являє собою ємність обсягом 1.9м3, що заповнена гранульованим матеріалом з розміром зерен 1-4мм. Вода після адсорбційної установки 4 через картриджний механічний мікрофільтр 5 надходить на вузол фотокаталізу 6. Вузол обладнаний кварцовими лампами низького тиску і працює при надлишковому тиску 2,5-4,0атм. Основна маса води, що пройшла фотокаталітичну обробку (фільтрат), направляється на зворотноосмотичну установку 7. Зворотноосмотична установка складається з пульта керування, трьох мембранних модулів, насоса високого тиску, картриджного механічного фільтра, електромагнітн'іх ковпаків, реле тиску, ротаметрів пермеату, концентрату і рециркуляту, запірно-регулюючої арматури, вузла антискаланта і вузла промивання мембран. Пермеат (вода, що пройшла знесолення) надходить у накопичувальну ємність. Частину води (фільтрат), визначену із виразу (1) і не спрямовану на знесолення в зворотноосмотичну установку 7, направляють байпасом 8 у накопичувальну ємність 9, де відбувається змішання фільтрату з пермеатом і одержання питної води. Кількість фільтрату, що направляється в накопичувальну ємність, визначають із виразу: gфільт.=β.Qвих.(Снорм.(1) Сперм.)/(Сфільтр.- Снорм.), де gфільт.- кількість фільтрату, що додається в пермеат; β - коефіцієнт, що враховує втрати води з розсолом; Ових. -витрата вихідної води; Снорм, - мінімально припустимий солевміст у питній воді; Сфільтр. - солевміст у фільтраті; 81375 6 Сперм. - солевміст у пермеаті. Для реалізації способу, що заявляється, в основному використовували як адсорбент клиноптилоліт Сокирського родовища. Вибір адсорбенту був обумовлений підвищеною адсорбційною здатністю його до багатьох домішок, що містяться в природних водах, у тому числі, до іонів заліза й амонію. Приклад виконання за винаходом Вихідна вода зі скважини характеризується наступним складом: - загальний солевміст - 2350мг/дм3; - жорсткість -19,5 мг - екв. /дм3; - вміст заліза -15 мг/дм3; - кольоровість 20 град. Pt-Co шкали; - мутність 7 НФ (мг/дм3) при 120°С. Воду в кількості 5м3, зазначеного вище складу, подавали насосом через регулятор тиску 2 в аератор 3, де ε она аерувапась до залишкового вмісту кисню 0,25мг О2/дм3, що фактично приводить до повного її знезалізнення. Потім вода подавалася в адсорбційну установку 4, що являє собою 4 напірних фільтри діаметоом 0.4м і висотою 1.5м, заповнену гранульованим адсорбентом з розміром зерен 1-4мм. Воду післь адсорбера через мікрофільтр 5 направляли на вузол фотокаталізу 6, що обладнаний кварцовими лампами низького тиску ДРБ-60 потужністю 100 Вт. Конструкція вузла передбачає проведення процесу фотокаталізу при надлишковому тиску 3атм. Надлишковий тиск у пропонованій схемі створюється насосом МХН 805 і додатковим мембранним баком (на схемі не зображеним). Основну частину води після каталітичної обробки направляли в зворотноосмотичну установку 7. Визначену із виразу (1) частину води, що складає 0,16м3/год, направляли байпасом 8 у накопичувальну ємність 9, у яку також надходила основна частина води після зворотноосмотичної установки 7. У ємності вода перемішувалася і на виході з ємності 7 була отримана вода наступного складу: - загальний солевміст -1150мг/дм3; - жорсткість 1,0мг-екв. /дм3; - вміст заліза - егіди; кольоровість 6,3 град. PtCo шкали; - мутність З НФ (мг/дм3) при 120°С, що за деякими показниками нижче вимог норм ВООЗ. Як видно з представлених даних, для ефективного очищення води відповідно до запропонованого способу необхідна наявність комплексу всіх блоків. Отримана питна вода високої якості відповідає нормам ВООЗ, містить фізіологічно обґрунтоване як якісне, так і кількісне співвідношення солей, необхідне для і.ормального функціонування людського організму.