Спосіб очистки води

1. Спосіб очистки води для господарськопитного водопостачання, що включає забір води з водойми, реагентну обробку, відстоювання, фільтрування й знезаражування води, який відрізняється тим, що забір води здійснюють разом з аерацією останньої, а воду після реагентної обробки і відстоювання розділяють на потоки А і Б, потік А спрямовують на озонування і потім змішують із потоком Б на фільтрі, сумарний потік (А+Б) після фільтру розділяють на потоки В, Г, Д, Е і потік В спрямовують у резервуар чистої води (РЧВ), потік Г спрямовують на озонування, потік Д - на баромембранну очистку, а потік Е - на вугільний фільтр, причому потік Г після озонування змішують із потоком Е на вугільному фільтрі, а далі потоки Г, Д і Е змішують із потоком В у РЧВ. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість води потоків А, Б, В, Г, Д, Е змінюють у діапазоні 0-100% від загального потоку і залежно від кількості забруднень і вартості очистки на конкретному потоці. 3. Спосіб за кожним із пп. 1-2, який відрізняється тим, що кількість води потоку визначають із виразів І, II, III: qпотоку = (K1 - K 2 )qo , (І) Винахід відноситься до області обробки води фізико-хімічними методами і може бути використаний при підготовці води для питного, господарського і технічного водопостачання на централізованих спорудах водоочистки. Відомий спосіб очистки води із застосуванням фізико-хімічних методів на централізованих спорудах водоочистки для отримання води питного, господарського і технічного призначення [Л.А. Кульский, И.Т. Гороновский, А.М. Когановский, М.А. Шевченко. - Справочник по свойствам, методам анализа и очистке води. - Часть 2. - Киев. Наукова думка. - 1980. - с.879-881] [1]. Суть способу [1] полягає у знезаражуванні, освітленні і знебарвленні води, наприклад, поверхневих вод. Реалізація способу включає наступні процеси: заготівлю і дозування реагентів; змішування їх із оброблюваною водою (коагуляція, флокуляція); відстоювання і фільтрування. де K1 - коефіцієнт ефективності очистки потоку; K2 - коефіцієнт вартості очистки на потоці; (13) (19) UA де C1 - концентрація домішок, що видаляють, до очистки в потоці, мг/дм 3; C2 - концентрація домішок, що видаляють, після очищення в потоці, мг/дм 3, CT1 K2 = , (III) CT2 де CT1 - вартість очистки на конкретному потоці, грн; CT2 - загальна вартість очистки, грн. 85977 (II) (11) Б, або В, або Г, або Д, або Е), м 3/доба, C - C2 K1 = 1 , C1 C2 qo - кількість води, що подають на очистку, м 3/доба; qпотоку - кількість води конкретного потоку (А або 3 85977 Недоліками відомого способу [1] є низька ефективність очистки поверхневих вод, концентрація забруднень у яких перевищує норми санітарногігієнічних вимог на джерела питного водопостачання 1-2 класів відповідно до діючого стандарту (ДСТУ.4808.-2007) [2], а також низькими ККД (коефіцієнт корисної дії) всіх споруд, які перебувають у діапазоні 0,1-0,5. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю та ефектом, що досягається, є спосіб очистки води поверхневих джерел з метою отримання води питної якості, викладений у журналі [Химия и технология води. -т.28. -№1. - январь-февраль 2006. - с.66-67] [3] і запатентований у Великобританії за матеріалами [Заявка 2350357 Великобританія, МПК7 C02F9/00/G.P.Hynes, опубл. 29.11.2000] [4]. Суть способу полягає в наступному. Вода із забрудненого поверхневого джерела проходить реагентну обробку з використанням процесів коагуляції та наступним відстоюванням. Потім воду збирають у накопичувачі, звідки її подають на грубий фільтр. Далі воду пропускають через два щаблі фільтрування із завантаженням різної ступені крупності. При цьому перед першим ступенем у воду дозують коагулянт (флокулянт), здійснюючи, таким чином, контактну коагуляцію. Далі проводять сорбцію на активованому вугіллі (АВ) і знезаражування води. Останньою стадією є глибока доочистка на установках зворотного осмосу і кондиціювання питної води за мінеральними компонентами. Принципова технологічна схема установки зображена на Фіг.1. Установка містить: 1 - водозабірний пристрій; 2 - пристрій для проведення попередньої коагуляції і відстоювання; 3 - резервуар-накопичувач; 4 фільтр грубого очистки; 5 - пристрій для проведення контактної коагуляції; 6, 7 - фільтри із зернистим завантаженням різної ступені крупності; 8 три щаблі вугільних фільтрів; 9 - установка ультрафіолетового знезаражування води; 10 - пристрій для баромембранної очистки води; 11 - пристрій для проведення кондиціювання води. Вартість очистки води за відомим способом [3], за нашими розрахунками складає 17, 5-22,5грн./м 3 Н2О. Таким чином, основним недоліком відомого способу [3] є його висока вартість, пов'язана з послідовним використанням дорогих методів очистки води (устаткування) у те хнологічній схемі водопідготовки. В основу винаходу поставлене завдання розробити спосіб очистки води на централізованих станціях водопідготовки, у якому використання в процесі водоочистки гнучкої розгалуженої мережі зв'язаних між собою потоків води, що очи щується, і застосовуваних споруд (устаткувань) приведе до зниження вартості очистки за рахунок максимального використання технологічних ресурсів (ККДмах) застосовуваних споруд (устатк увань) і технологічних ділянок, залежно від ступеня забруднення вхідної води. При цьому якість отриманої при очищенні води повинна відповідати нормам якості питної води відповідно до ДсанПІН [Державні санітарні правила і норми. - Затверджено нака 4 зом Міністерства охорони здоров’я України від 23 грудня 1996р. №383] [6] і [Guidelines for Drinking water Qualitty. - third edition. - V.1 Recommendation. - Word Health organization. - Geneva. - 2004] [5]. Для рішення поставленого завдання запропонований спосіб очистки води, що включає забір води з водойми, її реагентну обробку, відстоювання, фільтрування і знезаражування, у якому, відповідно до винаходу, забір води здійснюють разом з аерацією останньої, а воду після реагентної обробки і відстоювання розділяють на потоки А і Б, потік А направляють на озонування, а потік Б - на швидкі фільтри, де його змішують із потоком А. Сумарний потік зі швидких фільтрів (А+Б) розділяють на чотири потоки (В, Г, Д, Е), з яких потік В направляють у резервуари чистої води (РЧВ), потік Г направляють на озонування, потік Д - на баромембранну очистку, а потік Е - на вугільні фільтри, причому потік Г після озонування змішують із потоком Е на фільтрах вуглецеви х сорбентів. При цьому кількість води потоків А, Б, В, Г, Д, Е змінюється в діапазоні 0-100% від загального потоку і визначається залежно від кількості забруднень у вхідній воді і вартості очистки на спорудженні, встановленому на конкретному потоці. Кількість води потоку визначають із виразів: (І), (II), (III). qпотоку=(K 1-К2)qo, (I) де K1 - коефіцієнт ефективності очистки потоку; К2 - коефіцієнт вартості очистки на потоці; qo - кількість води, що подається на очистку, м 3/доба; qпотока - кількість води конкретного потоку (А або Б або В або Г або Д або Е), м 3/доба. C - C2 (ІІ) K1 = 1 C1 де С1 - концентрація домішок, що видаляються, до очистки в потоці, мг/дм 3; С2 - концентрація домішок, що видаляються, після очистки в потоці, мг/дм 3; CT1 (III) K2 = CT2 де СТ1 - вартість очистки на конкретному потоці, грн; СТ2 - загальна вартість очистки, грн. Нами запропонований спосіб очистки води, сутність проведення якого складається в гнучкому застосуванні різних фізико-хімічних методів очистки води шляхом розподілу основного потоку води після його попередньої очистки (аерація на стадії забору води, коагуляція, відстоювання) на кілька потоків, кількість води в кожному з яких коливається в діапазоні 0-100% від загального потоку води й визначається з вище наведених виразів (І), (II), (ІІІ). Послідовність процесу проведення очистки води, що заявляється, приводить до зниження вартості очистки в 17-25 разів за рахунок раціонального використання очисних споруд при отриманні питної води, якість якої відповідає нормам ДСанПІН [6] і ВОЗ (Всесвітня організація охорони здоров'я) [5]. Таким чином, сукупність істотних ознак способу, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом техні 5 85977 ко-економічного результату - зниження вартості очистки води в 17-25 разів при отриманні питної води високої якості, що відповідає вимогам світових стандартів якості води. Запропонований спосіб очистки води реалізовано на пілотній установці, принципова схема якої зображена на Фіг.2. Установка (Фіг.2) містить: 1 - пристрій для змішування вхідної води з повітрям; 2 - пристрій для змішування води з додатковими сорбентами (цеоліт, активне вугілля, вапно); 3 - блок приготування додаткових сорбентів; 4 - мікрофільтр; 5 - пристрій швидкого механічного перемішування; 6 - пристрій повільного механічного перемішування; 7 - блок підготовки реагентів; 8 - відстійник; 9, 11 - озонаторні установки; 10 - швидкий фільтр; 12 - баромембранна установка; 13 - фільтр із активним вугіллям (АВ); 14 - резервуар чистої води. Відбір проб води і аналіз останніх за органоліптичними і біологічними показниками здійснювали із точок, зазначених на Фіг.2, за методиками, які описані в [1, с.262-397] за показниками, наведеними у табл.2-6. Спосіб реалізується у такий спосіб. Воду, відібрану з місця реального водозабору з річок Дніпро або Десна, у кількості 0,04м 3, подають у ємність (1) і продувають через неї стиснене повітря, що відбирається з навколишнього середовища у кількості 1,5-2м 3/м 3 Н2О год. Потім воду подають у ємність (2), де змішують із заздалегідь приготовленим у блоці (3) сорбентом або сумішшю сорбентів, після чого вода надходить на грубу фільтрацію на мікрофільтр (4), з якого вона подається у пристрій швидкого механічного перемішування (5). Пристрій (5) являє собою ємність з мішалкою, що дозволяє здійснювати перемішування води з коагулянтом, що надходить із блоку (7), зі швидкістю горизонтального руху води в камері 1,5-2,0м/с. Змішана з коагулянтом вода надходить у пристрій повільного механічного перемішування (6), звідки, після додавання флокулянту, переміщається у відстійник (8). Швидкість горизон 6 тального руху води у пристрої (6) підтримується в діапазоні 0,4-0,55м/с. Час перебування води у відстійнику - 0,7-1,0год. Після відстійника (8) здійснюється забір проб очищеної води і аналіз її за органолептичними і біологічними показниками, які представлені у табл.2-6. Залежно від якості отриманої води, основний потік подається на швидкий фільтр (10), або розділяється на два потоки (А, Б). Потік А подається на озонування в (9), а потік Б на швидкий фільтр (10). Кількість води потоків А і Б визначається за формулами (І, II, ІІІ). Після озонування, потік А подається на швидкий фільтр (10), а сумарний потік (А+Б) після фільтра (10) (рівний q0) розділяється на чотири потоки (В, Г, Д, Е). Кількість води, що очищується, у кожному з потоків (В, Г, Д, Е) також визначається з виразів (І, II, III). У випадку отримання води після фільтра (10), якість якої відповідає вимогам [2] і ВОЗ [5], потік В направляють у резервуар (14), де воду додатково знезаражують хлором. Доза хлору становить 1,82,0мг/дм 3 Н2О. При перевищенні вмісту шкідливих домішок у потоці (А+Б) вище норм ДСанПІН [6] і ВОЗ [5] його розділяють на три потоки - Г, Д. Е. Потік Г направляють на озонування в (11), потік Д на баромембранну очистку (12), а потік Е - на фільтр, заповнений АВ (13). Потік Г після озонування подають на фільтр (13) або безпосередньо в резервуар (14), а потоки Е і Д - у резервуар (14), де вода хлорується. При цьому при очистці потоку Г використовують озон. Доза озону становить 26мг/дм 3 Н2О. При очищенні потоку Д використовують мембрани типу ОПМН-П (нанофільтраційні поліамідні мембрани), а при очищенні потоку Е у фільтр (13) завантажують АВ АГ-3 (активне гранульоване вугілля - Держстандарт 20464-75). Приклади конкретного виконання. Приклад 1. Відібрана з р. Дніпро в місці Київського водозабору вода (липень 2006р.) мала наступні фізикохімічні й мікробіологічні показники (див. табл.1). Показники вхідної води за контрольованими параметрами Таблиця 1 № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Найменування показників Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний органічний вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Цю воду подавали в пристрій (1) у кількості 0,04м 3/год і барботували через неї повітря з навколишнього середовища. Витрати повітря підтримували в діапазоні 0,05-0,08м 3/год. Після пристрою (1) воду спрямовували в ємність (2), де до неї додавали порошкоподібне активне вугілля і цеоліт. Доза АВ становила 5мг/дм 3, доза цеоліту 10мг/дм 3. Далі воду через мікрофільтр (4) подавали в ємності (5, 6) для змішування з коагулянтом і Одиниця виміру градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 дм 3БОЕ/дм 3 Величина показника 50 10,8 7,6 0,6 0,25 5,5 4000 флокулянтом, відповідно. Як коагулянт використовували сульфа т алюмінію (Держстандарт 1266-75) у кількості 35мг/дм 3, а як флокулянт - поліакриламід (ТУ 16-2531-81) у кількості 0,5мг/дм 3 Н2О. Після реагентної очистки воду спрямовували у відстійник (8), де відбувалося осадження суспензії. Прояснена у відстійнику вода мала показники, величини яких зазначені в табл.2. 7 85977 8 Таблиця 2 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 Найменування показників Одиниця виміру Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний органічний вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 дм 3БОЕ/дм 3 При порівнянні даних табл.2 з даними ДСанПІН [6] видно, що після відстійника якість води не відповідає прийнятим нормам. Тому воду після відстійника (8) розділили на два потоки (А і Б). Потік А, що становить 70% від загального потоку або 0,028м 3/год, направили на озонаторну устано Величина показника 24 7,8 5,2 0,4 0,18 4,2 1000 Норми ДСанПІН, не більше 20 4,0 3,0 0,3 0,1 3,0 Відсутні вку (9), де обробили озоном у кількості 3мг/дм 3 Н2О, після чого його з'єднали з потоком Б (0,12м 3/ч) на швидкому фільтрі (10). Дані аналізу відфільтрованої на фільтрі (10) води представлені у табл.3. Таблиця 3 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 Найменування показників Одиниця виміру Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 дм 3БОЕ/дм 3 З даних табл. 3 видно, що очищена вода за показниками (табл.3 пп.2-5) не відповідає нормам ДСанПІН [2], тобто потрібна її додаткова очистка. Сумарний потік (А+Б) розділили на три потоки і направили 0,01м 3/год води на озонування (11) (потік Г), 0,01м 3/год - на баромембранну очистку (12) (потік Д) і 0,02м 3/год - на фільтри з АВ (13) (потік Величина показника 18 6,5 3,5 0,38 0,15 2,5 відсутні Норми ДСанПІН, не більше 20 4,0 3,0 0,3 0,1 3,0 Відсутні Е). Воду потоку Г через фільтр із АВ, а воду потоків Д і Е після очистки змішали і спрямували на знезаражування хлором і відстій у резервуар (14), з якого відібрали заключні проби води на аналіз. Дані аналізу очистки знезараженої води на виході з установки представлені в табл.4. Таблиця 4 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 Найменування показників Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс мгО/дм 3 3 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм 3 З даних таблиці 4 випливає, що очищена вода відповідає нормам ДСанПІН [6] і ВОЗ [5] і може бути використана в якості питної. Витрати на очистку склали 1,3грн./м 3 Н2О. Приклади 2-4. Норми ДСанПІН, не більше 20 4,0 1,9 0,2 0,05 градус Величина показника 10 2,5 3,0 0,3 0,1 3,0 0,3 0,1 відсутні 3,0 відсутні відсутні Одиниця виміру Норми ВОЗ, не більше 15 відсутні відсутні Здійснювали очистку води аналогічно прикладу 1, але відібрану в жовтні 2006р.; січні 2007р. і у квітні 2007р. з того ж джерела. Дані за складом вхідної води за обумовленими показниками представлені в таблиці 5, а дані по її очистці - у таблиці 6. 9 85977 10 Таблиця 5 Показники якості вхідної води за обумовленими параметрами № п/п Час забору води 1 2 1 жовтень 2006p. 2 -“3 -“4 -“5 -“6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 -“-“січень 2007p. -“-“-“-“-“-“квітень 2007p. -“-“-“-“-“-“ Найменування показників 3 Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Одиниці виміру 4 Градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 Величина показника 5 28 10,2 7,0 0,4 0,2 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм Градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 5,0 3 2500 27 9,3 6,5 0,4 0,15 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм градус мгО/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 мг/дм 3 4,0 3 1500 42 10,0 7,8 0,5 0,2 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм 5,5 3 2000 Таблиця 6 Показники по очищенню води № п/п Час забору води 1 1 2 жовтень 2006p. 2 -“ 4 Градус 7 8 -“-“ 3 Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. Вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Вартість очистки 9 -“ Кількість води потоку 3 4 5 -“-“-“ 6 -“ мгО/дм 3 3 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм грн/м 3 м 3/год 3 Норми ДСанПІН, не більше 6 20 4,0 1,5 0,2 0,07 Одиниці виміру Величина показника 5 10 2,0 Найменування показників 3,0 0,3 0,1 відсутні відсутні 0,8 А=0,028 Б=0,012 В=0 Г=0,02 Д=0 Е=0,02 3,0 відсутні 11 85977 12 Продовження таблиці 6 1 10 16 17 -“-“ 3 Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Вартість очистки 18 -“ Кількість води потоку м 3/год градус м 3/год 11 2 січень 2007p. -“ 12 13 14 -“-“-“ 15 -“ 19 25 26 -“-“ Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Вартість очистки 27 -“ Кількість води потоку 20 квітень 2007p. -“ 21 22 23 -“-“-“ 24 -“ З даних таблиці 6 випливає, що очищена вода з різним ступенем забруднення мала показники якості, які відповідають нормам ДСанПІН [6]. При цьому кількість води потоків А, Б, В, Г, Д Е визначалася з виразів (І, ІІ, ІІІ) і змінювалася в діапазоні 0-0,04м 3/год (табл.6, пп.9, 18, 27). Вартість очистки становила 0,7-1,3грн/м 3 Н2О (приклад 1 і пп.8, 17, 26 табл.6). градус 4 5 10 6 20 мгО/дм 3 2,0 4,0 1,6 0,2 0,05 3,0 0,3 0,1 відсутні 3,0 3 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм грн/м 3 мгО/дм 3 3 20 дм 3КОЕ/дм 3 3 4,0 1,7 0,2 0,05 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 дм БОЕ/дм грн/м 3 відсутні 2,2 3 3 відсутні 0,7 А=0,028 Б=0,012 В=0,04 Г=0 Д=0 Е=0 10 3,0 0,3 0,1 відсутні 3,0 відсутні 1,0 А=0,028 Б=0,012 В=0 Г=0,015 Д=0,01 Е=0,015 відсутні Для порівняння оцінки вартості способу очистки води, що заявляється, з відомим [3] нами була створена пілотна установка, те хнологічна схема якої аналогічна представленій на Фіг.1. Дані по очистці вхідної води різної якості (липень 2006 січень 2007) на цій установці представлені в таблиці 7. 13 85977 14 Таблиця 7 № п/п Час забору води 1 Липень 2006p. 2 -“ 3 4 5 -“-“-“ 6 -“ 7 8 9 10 -“-“січень 2007р. -“ 11 12 13 -“-“-“ 14 -“ 15 16 -“-“ Найменування показників Одиниці виміру Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. Вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Вартість очистки Кольоровість Перманганатна окиснюваність Загальний орг. вуглець Залізо Марганець БГКП (бактерії групи кишкових паличок) Колі-Індекс Вартість очистки Градус З порівняльного аналізу даних таблиць 4, 6 і 7 випливає, що при досягненні якості питної води в процесі очистки вхідної води однакового ступеня забруднення, яка відповідає вимогам [2, 5] (табл.4 мгО/дм 3 2,5 дм БОЕ/дм грн/м 3 градус 3 мгО/дм 3 3 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 дм 3КОЕ/дм 3 3 дм БОЕ/дм грн/м 3 3 відсутні 3,0 відсутні 22,5 10 Відсутні 20 4,0 1,6 0,2 0,05 дм 3КОЕ/дм 3 3,0 0,3 0,1 2,0 мг/дм мг/дм 3 мг/дм 3 4,0 1,9 0,25 0,09 3 3 Величина по- Норми ДСанПІН, казника не більше 15 20 3,0 0,3 0,1 Відсутні 3,0 Відсутні 17,5 Відсутні пп.1-7, табл.6 пп.10-16 і табл.7 пп.1-7, 9-15), вартість очистки за відомим способом (табл.7 пп.8, 16) у 17-25 разів дорожче (приклад 1 і табл.6 п.17). 15 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 85977 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601