Спосіб очистки води і пристрій для його здійснення

Реферат: Винахід належить до способу очистки води та пристрою для його здійснення, який включає стадію розділення рідини й твердих речовин і подальшу принаймні одну стадію фільтрування, зазначена стадія розділення рідини й твердих речовин включає стадію осадження, яку здійснюють при швидкості від 15 м/г до 200 м/г, зазначену стадію фільтрування здійснюють безпосередньо принаймні на одній мікрофільтраційній або ультрафільтраційній мембрані, причому зазначену стадію розділення рідини й твердих речовин здійснюють осадженням баластованих (обважених) пластівців з рециркуляцією осаду. UA 99092 C2 (12) UA 99092 C2 UA 99092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цей винахід відноситься до галузі очистки води. Зокрема, цей винахід відноситься до способів очистки води, які включають стадію розділення рідини й твердих речовин і принаймні одну стадію фільтрування. Цей винахід відноситься, зокрема, але не виключно, до попередньої очистки води, призначеної для подальшої очистки з . використанням зворотноосмотичних або нанофільтраційних мембран. Ширше, цей винахід відноситься, зокрема, до: - галузі повторного використання стічних вод для різних використань (технологічна вода у промисловості, вода для мікроелектронної промисловості, підживлення підземних вод, питна вода тощо); - знесолювання морської або соленої води; - очистки поверхневої води з високим коливанням мутності та (або) вмісту органічних речовин; - очистки поверхневої води з високим коливанням водоростей або будь-яких інших органічних або неорганічних речовин, що мають здатність засмічувати фільтр або забивати пори гранульованого завантаження фільтра. Звичайні поверхневі води (річкова, озерна вода або вода водосховищ) іноді піддають очистці фільтруванням через нанофільтраційні мембрани, щоб зменшити вміст пестицидів й інших органічних мікрозабруднювачів, які можна видалити нанофільтрацією. Крім того, нанофільтрація дозволяє видалити двовалентні аніони, такі, як сульфати, а також зменшити вміст інших солей, таких, як, наприклад, нітрати. При зворотному осмосі використовують мембрани, схожі до нанофільтраційних мембран, але з вищою роздільною здатністю. Він дозволяє видалити з води майже всі органічні й неорганічні забруднення. Зворотний осмос використовують, зокрема, для одержання води, призначеної для споживання людьми, або технологічної або котлової води з морської або соленої води. Крім того, зворотний осмос все більше використовують для водопідготовлення при повторному використанні стічних вод для одержання технологічної води після того, як вони пройшли через водоочисну споруду. Зворотноосмотичні мембрани осмосу подібно до нанофільтраційних мембран дуже чутливі до засмічування і потребують попередньої очистки води, щоб зменшити її здатність засмічувати фільтр. Здатність води, призначеної для нанофільтрації або зворотного осмосу, засмічувати фільтр часто характеризують її індексом густини осаду (ІГО), який зазвичай має обмежуватися шляхом попередніх очисток до найнижчого можливого значення й у будь-якому випадку до значення, яке нижче або дорівнює 4 (ІГО  4). Слід зазначити, що високі значення ІГО, наприклад, вище за 4, призводять до надмірного засмічення зворотноосмотичних або нанофільтраційних мембран, що у свою чергу потребує частої хімічної промивки мембран, що скорочує їх термін служби. При попередніх очистках, які на разі здійснюють перед очистками зворотноосмотичними і нанофільтраційними мембранами, зазвичай поєднують розділення рідини й твердих речовин при малій швидкості (просте або ламінарне осадження, або флотація, при швидкостях нижче за 15 м/г) з фільтруванням через піщаний шар та (або) шар вугілля. Перед розділенням рідини й твердих речовин часто здійснюють флокуляційну коагуляцію. Слід, однак, зазначити, що ІГО води, яку попередньо очистили цими звичайними способами, часто коливається, і при цьому його важко контролювати й важко безперервно підтримувати із значенням, яке нижче або дорівнює 4. Крім того, звичайні попередні очистки потребують громіздкого устаткування (осадження при швидкостях нижче за 15 м/г, фільтрування через гранульований матеріал в одну стадію або іноді навіть у дві стадії) і не забезпечують безперервно або забезпечують з важкістю необхідні значення ІГО нижче за 4. Задачею винаходу є, зокрема, усунення недоліків відомих технічних рішень. Зокрема, пропонується спосіб очистки, який дозволяє краще контролювати індекс засмічування (або ІГО) очищеної води у порівнянні до відомих технічних рішень, тобто зменшити цей індекс відносно до індексу, який одержують при використанні відомих способів. Крім того, задачею винаходу є створення такого способу, який дозволяє зменшити об'єм відповідного устаткування. Крім того, задачею винаходу є створення пристрою для здійснення пропонованого способу. Ще однією задачею винаходу є створення такого способу і такого пристрою з простою конструкцією, які легко втілити на практиці. 1 UA 99092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цих задач, а також інших цілей, про які йдеться нижче, досягають завдяки винаходу, який відноситься до способу очистки води, який включає стадію розділення рідини й твердих речовин і подальшу принаймні одну стадію фільтрування, який відрізняється тим, що зазначена стадія розділення рідини й твердих речовин включає стадію осадження, яку здійснюють при швидкості від 15 м/г до 200 м/г, і тим, що зазначену стадію фільтрування здійснюють безпосередньо принаймні на одній мікрофільтраційній або ультрафільтраційній мембрані. Зрозуміло, що, відповідно до винаходу, той факт, що стадію фільтрування здійснюють „безпосередньо" на мембранах, означає, що до стадії ультра- або мікрофільтрації ніякого фільтрування через масивний інертний гранульований матеріал не здійснюють. Отже, цей винахід суперечить тому, що раніше вважалося необхідним фахівцями у цій галузі, а саме, що достатньо низьке значення ІГО можна одержати при попередній очистці лише шляхом повільного осадження й поєднання цього осадження з фільтруванням через піщаний шар та (або) шар вугілля. Однак заявник несподівано відкрив, що використання способів швидкого розділення рідини й твердих речовин, які здійснюють при швидкостях вищих за 15 м/г, здатних досягати більш ніж 30 м/г і навіть 90-200 м/г, з подальшим, без проміжного попереднього фільтруванням через піщаний шар або шар вугілля, безпосереднім фільтрування на мікро- або ультрафільтраційних мембранах могло б забезпечити, компактно й економічно, безперервне одержання води з ІГО нижче за 4, який навіть досягає значень нижчих за 3 або навіть 2. Цей винахід усуває два недоліки відомих технічних рішень, включаючи: - відсутність компактності через сполучення відстійників, які працюють при швидкостях осадження нижчих за 15 м/г, з однією або кількома стадіями фільтрування на гранульованому матеріалі (зазвичай піску або сполучення піску й вугілля); - важкість безперервного одержання ІГО нижче за 4. Відповідно до першого варіанту здійснення, зазначену стадію розділення рідини й твердих речовин здійснюють осадженням пластівців, баластованих (обважених) дрібним інертним гранульованим матеріалом з густиною, вищою за густину води. У цьому випадку зазначену стадію осадження баластованих пластівців переважно здійснюють із використанням піску для обважнення пластівців. Результати випробувань, проведених заявником, дійсно показали, що значення ІГО нижчі за 4, часто навіть нижчі за 2, безперервно одержують для води, попередньо очищеної на першій стадії розділення рідини й твердих речовин, яку здійснюють при швидкості, вищій за 15 м/г, в відстійниках баластованих пластівців типу, описаного у заявках на патент, опублікованих під номерами FR 2 553 082 та US 4 388 195, але ще й при швидкості, вищій за ЗО м/г, шляхом флотації, і при швидкості 30-90 м/г і більшій при використанні відстійників баластованих пластівців типу, описаного у заявках на патент, опублікованих під номерами FR 2 627 704 та FR 2 719 234, з подальшою стадією мікрофільтрації або ультрафільтрації у модулях під тиском або занурених модулях. Відповідно до другого варіанту здійснення, зазначену стадію розділення рідини й твердих речовин здійснюють шляхом флотації. Відповідно до третього варіанту здійснення, зазначену стадію розділення рідини й твердих речовин здійснюють шляхом осадження баластованих пластівців з циркуляцією осаду. Відповідно до переважного рішення, спосіб включає принаймні одну стадію очистки зазначеної мембрани (мембран) від засмічення, на якій до зазначеної стадії розділення рідини й твердих речовин здійснюють циркуляцію води для очистки від засмічення. Відповідно до можливої альтернативи, спосіб включає додаткову стадію під час зазначеної стадії розділення рідини й твердих речовин, на якій в зазначену воду вводять принаймні один із реагентів із групи, яка складається з наступного: - органічний коагулянт; - неорганічний коагулянт; - органічний флокулянт; - неорганічний флокулянт; - органічний адсорбент; - неорганічний адсорбент. Відповідно до ще однієї переважної альтернативи, спосіб включає принаймні одну стадію між зазначеною стадією розділення рідини й твердих речовин і зазначеною стадією мембранного фільтрування, на якій в зазначену воду вводять принаймні один окисний реагент. У цьому випадку як зазначений реагент (реагенти) використовують принаймні один з реагентів із групи, яка складається з наступного: - озон; 2 UA 99092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - хлоровані окислювачі; - водню пероксид. Відповідно до ще однієї переважної альтернативи, спосіб включає стадію ультрафільтраційної очистки, яку здійснюють між зазначеною стадією розділення рідини й твердих речовин і зазначеною стадією мембранного фільтрування. Відповідно до ще однієї альтернативи, спосіб включає принаймні одну стадію між зазначеною стадією розділення рідини й твердих речовин і зазначеною стадією мембранного фільтрування, на якій в зазначену воду вводять порошок активного вугілля. Спосіб переважно включає стадію очистки методом зворотного осмосу, яку здійснюють після зазначеної стадії мембранного фільтрування. Спосіб включає стадію нанофільтрації, яку здійснюють після зазначеної стадії мембранного фільтрування. Крім того, винахід відноситься до пристрою для очистки води, який містить засоби для розділення рідини й твердих речовин і засоби для фільтрування, який відрізняється тим, що зазначені засоби для розділення рідини й твердих речовин містять принаймні один відстійник, який працює з швидкістю осадження від 15 м/г до 200 м/г, зазначені засоби для фільтрування містять перші засоби для фільтрування, які виконані таким чином, що першу стадію фільтрування після зазначеної стадії розділення рідини й твердих речовин здійснюють з використанням принаймні однієї мікрофільтраційної або ультрафільтраційної мембрани. Відповідно до першого варіанту здійснення, зазначені засоби розділення рідини й твердих речовин містять засоби для введення коагулянту, принаймні одну камеру утворення пластівців, з'єднану із засобом для введення дрібного піску у зазначену камеру утворення пластівців або перед нею, принаймні один відстійник, з'єднаний із засобами для відбору освітленої води, і засоби для відбору осаду відстійника. У цьому випадку пристрій переважно містить засоби для циркуляції суміші зазначеного осаду відстійника й зазначеного піску у зазначеній камері утворення пластівців або перед нею. Відповідно до другого варіанту здійснення, зазначені засоби розділення рідини й твердих речовин містять принаймні один флотаційний резервуар, з'єднаний принаймні з одним пристроєм для утворення мікробульбашок. Пристрій переважно містить засоби для введення води для очистки зазначених мембран від засмічення й засоби для циркуляції зазначеної води для очистки від засмічення на рівні зазначених засобів для розділення рідини й твердих речовин або перед ними. Відповідно до переважного рішення, пристрій містить засоби для введення озону за зазначеними засобами для розділення рідини й твердих речовин або перед ними. Пристрій переважно містить засоби зворотноосмотичної фільтрації або нанофільтраційні засоби за зазначеними першими засобами для фільтрування. Відповідно до переважного рішення, пристрій містить засоби для обходу зазначених засобів розділення рідини й твердих речовин. Відповідно до ще одного переважного рішення, пристрій містить засоби для обходу зазначених засобів для введення озону. Таким чином, можна здійснювати безпосередню ультра- або мікрофільтраційну очистку, якщо змінна якість неочищеної води уможливлює цю безпосередню мембранну очистку з введенням або без введення коагулянту або флокулянту. Інші відмітні ознаки й переваги винаходу стануть зрозумілішими з подальшого опису двох переважних варіантів здійснення винаходу, приведених як ілюстративні приклади, що не обмежують об'єм цього винаходу, й доданих креслень, на яких: - на фіг. 1 наведене схематичне представлення першого варіанту здійснення винаходу у спрощеному виконанні; - на фіг. 2 наведене схематичне представлення другого варіанту здійснення винаходу у переважному виконанні. Як вже зазначалося, принцип винаходу полягає у попередній очистці води з використанням способу, який включає принаймні одну стадію розділення рідини й твердих речовин с подальшою принаймні однією стадією на мікро- або ультрафільтраційних мембранах, у якому стадію розділення рідини й твердих речовин здійснюють при швидкості осадження від 15 м/г до 200 м/г, і до зазначеної стадії ультра- або мікрофільтрації ніякого фільтрування через інертний гранульований масивний матеріал не здійснюють. Залежно від характеру й складу неочищеної води, що підлягає очистці, попередню очистку покращують шляхом додання одного або кількох із наступних реагентів: - неорганічний коагулянт, такий, як сіль заліза або алюмінію, або, органічний коагулянт, такий, як полімери, включаючи полідіалілдиметил-амоній хлорид (катіонний органічний 3 UA 99092 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полімер), головним чином, до розділення рідини й твердих речовин, але ще й, факультативно, за мікрофільтраційними або ультрафільтраційними мембранами; - органічний флокулянт, такий, як, наприклад, акрилові полімери, але ще й неорганічний флокулянт, такий, як глина, головним чином, до розділення рідини й твердих речовин; - окисний реагент або дезінфекційний засіб (переважно, озон, але ще й хлор і його похідні, водню пероксид або навіть ультрафіолетове випромінювання) між розділенням рідини й твердих речовин і мікрофільтрацією або ультрафільтрацією; - органічний або неорганічний адсорбент, такий, як порошок активного вугілля, або до розділення рідини й твердих речовин, або між зазначеною стадією розділення і зазначеною стадією мікрофільтраційних або ультрафільтраційних мембран. Ці реагенти використовують здебільшого у наступних випадках: - коагулянти й флокулянти використовують для води з високими концентраціями органічних матеріалів, колоїдів або твердих часток у суспензії; - озон використовують у випадку неочищеної води з водоростями, планктоном або іншими живими мікроорганізмами, наприклад, у фазі росту водоростей, а також у випадку води із вмістом заліза або марганцю або мутної води; - порошок активного вугілля використовують у випадку води з високими концентраціями вуглеводнів і розчинених мікрозабруднювачів, які справляють вплив на здатність води засмічувати фільтр. Крім того, спосіб уможливлює очистку мікрофільтраційних або ультрафільтраційних мембран від засмічення, й воду для очистки від засмічення переважно підтримують у рециклі в оголовку пристрою для розділення рідини й твердих речовин. Останню можливу стадію зворотного осмосу або нанофільтрації здійснюють за стадією мікро- або ультрафільтрації на попередньо очищеній воді, яка, відтак, безперервно має значення ІГО нижче за 4. Відповідно до спрощеного виконання, показаного на фіг. 1, пристрій для здійснення вищеописаного способу містить високошвидкісні (із швидкістю від 15 м/г до 200 м/г) засоби розділення рідини й твердих речовин 1, вибраних серед засобів простого або ламінарного осадження, або флотації, з подальшими засобами фільтрування 2 на мікро- або ультрафільтраційних мембранах. Переважно, засоби 3 для введення коагулянту й засоби 4 для введення флокулянту 4 передбачені до стадії розділення рідини й твердих речовин. Засоби 5 для циркуляції води для очистки мембран від засмічення знаходяться до стадії розділення рідини й твердих речовин, щоб мінімізувати втрати води. У переважному виконанні, схематично представленому на фіг. 2, винахід включає засоби 3 для коагуляції, засоби 4 для утворення пластівців і засоби 1 осадження пластівців, баластованих (обважнених) мікропіском при швидкості осадження 15-200 м/г, переважно 30-90 м/г. Засоби розділення рідини й твердих речовин включають відстійник 1 за камерою утворення пластівців 4, причому відстійник з'єднаний із засобами IbI для відбору освітленої води й засобами 1Ь2 для відбору осаду відстійника з таким розрахунком, щоб забезпечити рециркуляцію суміші осаду відстійника й піску у камері 4 (або до неї), і засоби ІЬЗ відбору осаду для його очистки. За камерою утворення пластівців і відстійником передбачені засоби 9 для введення озону у кількості 0,5-5 мг Оз/л; далі передбачені засоби для фільтрування на ультраабо мікрофільтраційних мембранах; вода для очистки від засмічення повертається по контуру циркуляції 5 до оголовку засобів для коагуляції й для утворення пластівців. Флотаційний резервуар переважно містить пристрій для утворення мікробульбашок. Очисна система переважно буде обладнана контурами 7 для обходу стадії рідини й твердих речовин і 8 для обходу факультативної стадії озонування з таким розрахунком, щоб уможливити безпосередню ультра- або мікрофільтраційну очистку, якщо змінна якість неочищеної води дозволяє здійснювати цю безпосередню мембранну очистку із введенням або без введення коагулянту або флокулянту. Хімічні реагенти можна вводити в оголовку засобів для розділення рідини й твердих речовин за допомогою засобів для введення 10. Порошок активного вугілля можна також вводити в оголовку засобів для розділення рідини й твердих речовин за допомогою засобів для введення 10 або 11 між стадіями розділення рідини й твердих речовин й стадією ультра- або мікрофільтрації. Очистку доповнюють, якщо це є кінцевою метою очистки, зворотноосмотичною мембранною фільтрацією або нанофільтраційною очисткою 9. 4 UA 99092 C2 5 10 Вищеописані спосіб і пристрій пройшли випробування. Результати, підсумовані у таблиці 1, є наступними: Неочищену поверхневу воду, кольорову й органічну, з мутністю, що досягала 2000 HOM (нефелометричних одиниць мутності), ч й 5-хвилинне значення ІГО якої перевищувало 15, пропускали через першу стадію коагуляції (із застосуванням алюмінію сульфату у кількості 1012 мг Al/літр води) до утворення пластівців й осадження з використанням піщаного баласту в освітлювачі ACTIFLO (зареєстрований товарний знак) з осадженням баластованих пластівців. Потім освітлену воду з мутністю, нижчою за 5 HOM і 15-хвилинним значенням ІГО нижчим за 6, подавали до модуля мікрофільтрації з межею пропускання фільтру 0,1 мкм. Вода, що виходила зі стадії мікрофільтрації, мала мутність, нижчу за 0,2 HOM, і безперервно демонструвала значення ІГО, нижче за 4. Таблиця 1 Неочищена вода Мутність, HOM КОЛЬОРОВІСТЬ, мг/л, одиниці по шкалі платина-кобальт M.O. Оксид K ΜnO4 мг/л ІГО 15 20 Освітлена вода 1-2000