RU2096342C1

RU2096342C1 - Method and installation for treating drinking water

Info

Publication number: RU2096342C1
Application number: RU95119922A
Authority: RU
Inventors: К.Г. Боголицын; Ю.А. Садовников; А.М. Айзенштадт; А.Г. Родичев; А.Б. Калугин; Ю.Б. Герр
Original assignee: Боголицын Константин Григорьевич
Priority date: 1995-11-23
Filing date: 1995-11-23
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: invention relates to reagentless, in particular, microbiological water treatment that may find use when supplying with drinking water objects of small localities, damage control and life-saving stations, temporary habitations of builders, etc. both in normal living conditions and in state of emergency. Installation contains pretreatment module, ozonation module, finishing treatment module, and power module. Ozonation module consists of the first and second ozonation columns connected to ozone generators. Finishing treatment module contains successively connected fine filter and UV reactor. EFFECT: improved process flowsheet. 19 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области безреагентной водоподготовки, в частности микробиологической, и может быть использовано для снабжения питьевой водой объектов малого градостроительства, ремонтно-восстановительных и спасательных служб временных поселков строителей и т.д. как в освоенных для жилья условиях, так и в автономном режиме в экстремальных условиях. The invention relates to the field of non-reagent water treatment, in particular microbiological, and can be used to supply drinking water to objects of small town planning, repair, recovery and rescue services of temporary settlements of builders, etc. both in the conditions developed for housing, and offline in extreme conditions.

В связи с хозяйственной деятельностью человека и общим ухудшением экологии значительно снизилось качество воды, используемой на хозяйственно-питьевые нужды. Особенно это характерно для объектов малого градостроения (деревень, сел, поселков), а также временных поселений спасателей, ремонтников, строителей, детских учреждений типа летних лагерей труда и отдыха, армейских учений, т.е. ситуаций, когда невозможно использовать устройства долговременной водоподготовки. In connection with human economic activity and general environmental degradation, the quality of water used for household and drinking needs has significantly decreased. This is especially true for objects of small town planning (villages, villages, towns), as well as temporary settlements of rescuers, repairmen, builders, children's institutions such as summer labor and rest camps, army exercises, i.e. situations when it is impossible to use long-term water treatment devices.

Известна модульная установка для очистки нефтесодержащих вод (см. "Установка для очистки нефтесодержащих вод МУОНВ-1". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Санкт-Петербург, 1995, с. 66 72), содержащая модуль предварительной очистки воды в виде водозаборного устройства с предфильтром, насос(помпа), модуль озонирования, фотохимический реактор. Исходная вода поступает в модуль предварительной очистки, где очищается от взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. Затем она поступает под действием насоса в фотохимический реактор, совмещенный с модулем озонирования, где происходит одновременно обработка озоном и УФ-облучением. Обработанная вода поступает в бак-отстойник, в котором происходит доочистка воды от остаточных органических загрязнений действием растворенного в воде озона. Непрореагировавший озон уничтожают в устройстве дожигания при подаче очищенной воды потребителю. Known modular installation for the purification of oily water (see. "Installation for the purification of oily water MUONV-1. Technical description and operating instructions. St. Petersburg, 1995, p. 66 72), containing the module for preliminary water purification in the form of a water intake device with prefilter, pump (pomp), ozonation module, photochemical reactor. The source water enters the pre-treatment module, where it is purified from suspended particles larger than 5 microns. Then, it is pumped into a photochemical reactor combined with an ozonation module, where ozone and UV irradiation occur simultaneously. The treated water enters the settling tank, in which the water is purified from residual organic contaminants by the action of ozone dissolved in water. Unreacted ozone is destroyed in the afterburner when the purified water is supplied to the consumer.

Недостатком известной установки и способа очистки воды следует признать принципиальную невозможность получения очищенной воды, соответствующей квалификации "питьевая", поскольку не обеспечено удаление солей, не полностью удаляются органические загрязнения и микроорганизмы, а также взвешенные частицы. A disadvantage of the known installation and method of water purification should be recognized as the fundamental impossibility of obtaining purified water, the corresponding qualification of "drinking", since the removal of salts is not ensured, organic pollution and microorganisms, as well as suspended particles are not completely removed.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка установки и способа очистки воды до квалификации "питьевая", способной работать автономно в полевых условиях и в условиях малых поселений. The technical problem to which the present invention is directed is the development of an installation and a method for purifying water to the qualification "drinking", capable of working autonomously in the field and in small settlements.

Технический эффект, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении малых поселений, а также групп людей, работающих в экстремальных ситуациях, чистой питьевой водой без капитальных затрат. The technical effect resulting from the implementation of the invention is to provide small settlements, as well as groups of people working in extreme situations, with clean drinking water without capital expenditures.

Изобретение представляет собой установку и способ очистки питьевой воды. The invention is an apparatus and method for purifying drinking water.

Установка содержит модуль предварительной очистки, модуль озонирования, модуль электрокоагуляции, модуль обессоливания, модуль финишной очистки и силовой модуль, причем модуль озонирования выполнен в виде первой и второй последовательно соединенных колонн озонирования с подключенными генераторами озона, при этом между колоннами озонирования подсоединен модуль электрокоагуляции, а модуль финишной очистки содержит последовательно соединенные фильтр тонкой очистки и УФ-реактор. Кроме того, установка может дополнительно содержать модуль фильтрации с плавающей загрузкой, вход которого соединен с выходом модуля электрокоагуляции, а выход со входом второй колонны озонирования, вход промывочных вод для модуля фильтрации с плавающей загрузкой подключен перед модулем обессоливания. Между второй колонной озонирования и модулем обессоливания могут быть расположены бак-накопитель и/или фильтр предварительной очистки. Преимущественно использованы погружные насосы с расположенными на входе сетками. В качестве фильтра предварительной очистки преимущественно используют сетки и/или нетканые материалы и/или их комбинации. Колонны озонирования преимущественно используют с эжекторным механизмом ввода озона. Желательно, чтобы вторая колонна озонирования содержала деструктор нерастворившегося в воде озона. Модуль фильтрации с плавающей загрузкой желательно подключить для промывки к магистрали выхода второй колонны озонирования, в частности с выходом бака накопителя, если он использован. В качестве плавающей загрузки преимущественно используют куски активированного угля, силикагеля или любой другой материал с развитой поверхностью и положительной плавучестью, причем на развитой поверхности обычно располагают колонии микроорганизмов-очистителей воды. В качестве фильтра тонкой очистки преимущественно используют микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположены колонии микроорганизмов-очистителей воды. The installation contains a pre-treatment module, an ozonation module, an electrocoagulation module, a desalination module, a finishing module and a power module, the ozonation module being made in the form of the first and second series connected ozonation columns with connected ozone generators, while the electrocoagulation module is connected between the ozonation columns, and The finishing module contains a fine filter and a UV reactor connected in series. In addition, the installation may further comprise a floating loading filtration module, the input of which is connected to the output of the electrocoagulation module, and the output with the input of the second ozonation column, the wash water inlet for the floating loading filtration module is connected in front of the desalination module. A storage tank and / or pre-filter may be located between the second ozonation column and the desalination module. Mainly used submersible pumps with inlet nets. As a pre-filter, predominantly used mesh and / or non-woven materials and / or combinations thereof. Ozonation columns are mainly used with an ejector mechanism for introducing ozone. It is desirable that the second ozonation column contains a destructor of water-insoluble ozone. It is advisable to connect the floating loading filtration module for flushing to the output line of the second ozonation column, in particular with the output of the storage tank, if used. Pieces of activated carbon, silica gel or any other material with a developed surface and positive buoyancy are predominantly used as a floating load, and colonies of water purifying microorganisms are usually located on the developed surface. As a fine filter, micromodules of hollow fibers are mainly used, on the inner surface of which colonies of microorganisms-water purifiers are located.

Способ очистки воды включает следующие операции: забор очищенной воды, предварительная очистка, первое озонирование, электрокоагуляцию, второе озонирование, обессоливание, тонкую (финишную) фильтрацию и УФ-облучение. После стадии электрокоагуляции вода может быть дополнительно очищена фильтром с плавающей загрузкой. На стадии предварительной очистки воду преимущественно пропускают через гидроциклоны и/или фильтр грубой очистки. Преимущественно на стадии первого озонирования используют концентрацию озона 0,8 - 1,2•10^-3 кг/м³ очищаемой воды, а на стадии второго озонирования свыше 10•10^-4 кг/м³ очищаемой воды. Не растворившийся в воде озон на стадии второго озонирования преимущественно разрушают.The method of water purification includes the following operations: abstraction of purified water, preliminary purification, first ozonation, electrocoagulation, second ozonation, desalination, fine (finish) filtration and UV irradiation. After the electrocoagulation step, the water can be further purified by a floating filter. In the pre-treatment step, water is preferably passed through hydrocyclones and / or a coarse filter. Mainly at the stage of the first ozonation, an ozone concentration of 0.8 - 1.2 • 10 ^-3 kg / m ^{3 of} purified water is used, and at the stage of the second ozonation, more than 10 • 10 ^-4 kg / m ^{3 of} purified water. Ozone which is not dissolved in water at the stage of the second ozonation is predominantly destroyed.

Заявитель отмечает, что для достижения указанного технического результата необходимо и достаточно использовать совокупность признаков, введенных заявителем в независимые пункты формулы изобретения. Признаки, введенные в зависимые пункты формулы изобретения, развивают и дополняют совокупности признаков, изложенные в независимых пунктах формулы, показывая преимущественный вариант реализации изобретения. Однако признаки, введенные в зависимые пункты формулы, не ограничивают варианты реализации изобретения. The applicant notes that in order to achieve the specified technical result, it is necessary and sufficient to use the combination of features introduced by the applicant in the independent claims. The features introduced in the dependent claims develop and complement the totality of features set forth in the independent claims, showing an advantageous embodiment of the invention. However, the features introduced in the dependent claims do not limit embodiments of the invention.

На чертеже приведена схема преимущественной реализации установки. Модульная установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр грубой очистки 3, колонну первого озонирования 4 с генератором озона 5, модуль электрокоагуляции 6, модуль фильтрации с плавающей загрузкой 7, вторую колонну озонирования 8 с генератором озона 9 и деструктором озона 10, бак-накопитель 11, насос 12, модуль обессоливания 13, фильтр тонкой очистки 14, УФ-реактор 15 и силовой модуль 16. Погружной насос 1, гидроциклон 2 и фильтр грубой очистки 3 составляют модуль предварительной очистки 17, колонна первого озонирования 4, колонна второго озонирования 8, генераторы озона 5 и 9, деструктор озона 10 составляют модуль озонирования 18, фильтр тонкой очистки 14 и УФ-реактор 15 составляют модуль фильтрационной очистки 19. Силовой модуль 16 электрически соединен с насосами 1 и 12, генераторами озона 5 и 9, деструктором озона 10, модулями электрокоагуляции 6, обессоливания 13 и УФ-реактором 15. The drawing shows a diagram of the preferred implementation of the installation. The modular installation contains a submersible pump 1, a hydrocyclone 2, a coarse filter 3, a first ozonation column 4 with an ozone generator 5, an electrocoagulation module 6, a filter module with a floating charge 7, a second ozonation column 8 with an ozone generator 9 and an ozone destructor 10, the tank drive 11, pump 12, desalination module 13, fine filter 14, UV reactor 15 and power module 16. Submersible pump 1, hydrocyclone 2 and coarse filter 3 comprise a pre-filter 17, the first ozonation column 4, the second ozone column 8, ozone generators 5 and 9, an ozone destructor 10 comprise an ozonation module 18, a fine filter 14 and a UV reactor 15 comprise a filtration module 19. A power module 16 is electrically connected to pumps 1 and 12, ozone generators 5 and 9, a destructor ozone 10, electrocoagulation modules 6, desalination 13 and a UV reactor 15.

В качестве модуля электрокоагуляции преимущественно использован электролизер с инертными катодами. В качестве модуля обессоливания также использован электролизер. Режимы работы электрокоагуляторов и УФ-реактора зависят от степени и видов загрязнения воды. В качестве силового модуля может работать дизель-генераторная установка или установка может быть подключена к линии электропитания. As an electrocoagulation module, an electrolyzer with inert cathodes was mainly used. An electrolyzer is also used as a desalination module. The operating modes of electrocoagulators and a UV reactor depend on the degree and types of water pollution. A diesel generator set can work as a power module or the set can be connected to a power line.

Способ очистки реализуют следующим образом. Очищенную воду из открытого водоема или артезианской скважины насосом 1 подают на вход гидроциклона 2, где происходит очистка воды от взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. При необходимости очистку повторяют на фильтре грубой очистки 3. В очищенную подобным образом воду в колонне первого озонирования 4 вводят небольшое количество озона, что позволяет продезинфицировать воду, уничтожить водоросли, обитающие в ней, окислить ионы железа и марганца и частично окислить органические загрязнения, находящиеся в воде. Кроме того, присутствие озона обеспечивает оптимальный режим и максимальную эффективность последующей электрокоагуляции коллоидных органических веществ. Образующиеся при этом нерастворимые соединения удерживаются плавающей загрузкой в фильтрах с плавающей загрузкой при одновременной очистке воды колониями микроорганизмов. Последующая стадия озонирования избыточным количеством озона приводит к окончательной дезинфекции воды и окислению оставшихся органических веществ. Практически очищенная от органических загрязнений вода поступает на стадию обессоливания, где происходит удаление из воды солей жесткости и железа. Стадия тонкой фильтрации удаляет из воды практически все загрязнения не только из-за задерживающей способности микромодулей полых волокон, но и из-за воздействия колоний микроорганизмов, живущих в волокнах. В УФ-реакторе обеспечивается дополнительная дезинфекция воды. The cleaning method is implemented as follows. Purified water from an open reservoir or an artesian well is pumped to the inlet of a hydrocyclone 2 by a pump 1, where the water is purified from suspended particles larger than 5 microns. If necessary, the purification is repeated on the coarse filter 3. A small amount of ozone is introduced into the water of similar purification in the first ozonation column 4, which allows disinfecting the water, destroying the algae living in it, oxidizing the iron and manganese ions and partially oxidizing the organic impurities located in water. In addition, the presence of ozone provides an optimal mode and maximum efficiency of subsequent electrocoagulation of colloidal organic substances. The insoluble compounds formed in this process are retained by floating loading in filters with floating loading while purifying water by colonies of microorganisms. The subsequent stage of ozonation with excess ozone leads to the final disinfection of water and the oxidation of the remaining organic substances. Almost purified from organic contaminants, the water enters the desalination stage, where hardness salts and iron are removed from the water. The stage of fine filtration removes almost all contaminants from water, not only because of the retarding ability of the micromodules of hollow fibers, but also because of the effect of colonies of microorganisms living in the fibers. The UV reactor provides additional water disinfection.

Предлагаемая техническая схема водоподготовки питьевой воды отличается высокой универсальностью и гибкостью как по технологическим параметрам очищаемой воды, так и по конструктивному исполнению. В зависимости от характеристик водозабора, региональных требований к качеству очистки, климатических условий эксплуатации базовая модель, соответствующая независимым пунктам формулы изобретения, может быть дополнительно укомплектована унифицированными блоками, гарантирующими высокое качество получаемой воды. The proposed technical scheme of water treatment of drinking water is highly versatile and flexible both in technological parameters of the treated water and in the design. Depending on the characteristics of the water intake, regional requirements for the quality of treatment, climatic conditions of operation, the basic model corresponding to the independent claims may be additionally equipped with standardized units that guarantee the high quality of the produced water.

Claims

1. Способ очистки питьевой воды, включающий забор исходной воды, УФ-облучение воды, озонирование и фильтрацию ее и подачу потребителю, отличающийся тем, что исходную воду предварительно очищают, последующее озонирование проводят в два этапа, между которыми проводят обработку воды электрокоагуляцией, озонированную на втором этапе воду обессоливают, фильтруют через фильтр тонкой очистки и обрабатывают УФ-облучением. 1. The method of purification of drinking water, including the intake of source water, UV irradiation of water, ozonation and filtering it and supplying it to the consumer, characterized in that the source water is pre-purified, subsequent ozonation is carried out in two stages, between which the water is treated with electrocoagulation, ozonated on the second stage, the water is desalted, filtered through a fine filter and treated with UV radiation.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии электрокоагуляции воду дополнительно фильтруют через фильтр с плавающей загрузкой. 2. The method according to claim 1, characterized in that after the stage of electrocoagulation, the water is additionally filtered through a filter with a floating load.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии предварительной очистки исходную воду пропускают через гидроциклон и фильтр грубой очистки. 3. The method according to claim 1, characterized in that at the pre-treatment stage, the source water is passed through a hydrocyclone and a coarse filter.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для первого озонирования используют концентрацию озона 0,8 1,2•10^-3 кг на 1м³ очищаемой воды.4. The method according to claim 1, characterized in that for the first ozonation using an ozone concentration of 0.8 1.2 • 10 ^-3 kg per 1 m ^{3 of} purified water.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для второго озонирования используют концентрацию озона свыше 10•10^-3 кг на 1 м³ очищаемой воды.5. The method according to claim 1, characterized in that for the second ozonation using an ozone concentration of more than 10 • 10 ^-3 kg per 1 m ^{3 of} purified water.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что при втором озонировании не растворившийся в воде озон разрушают. 6. The method according to p. 5, characterized in that when the second ozonation is not dissolved in water, ozone is destroyed.

7. Модульная установка для очистки питьевой воды, содержащая модуль предварительной очистки воды, модуль озонирования, силовой модуль и УФ-реактор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит модуль электрокоагуляции, модуль обессоливания и модуль финишной очистки, причем вход модуля предварительной очистки соединен с источником исходной воды, выход с входом модуля озонирования, содержащего последовательно соединенные первую и вторую колонны озонирования с подключенными к ним первым и вторым генераторами озона, между колоннами озонирования подключен модуль электрокоагуляции, выход модуля озонирования соединен с входом модуля обессоливания, выход которого соединен с входом модуля финишной очистки, содержащего последовательно соединенные фильтр тонкой очистки и УФ-реактор. 7. A modular installation for treating drinking water, comprising a water pre-treatment module, an ozonation module, a power module and a UV reactor, characterized in that it further comprises an electrocoagulation module, a desalination module and a finishing module, the input of the pre-treatment module being connected to a source source water, an outlet with an input of an ozonation module containing first and second ozonation columns connected in series with the first and second ozone generators connected to them, between onirovaniya connected electrocoagulation unit ozonation module output connected to the input module desalting, whose output is connected to the input module final purification comprising series-connected fine filter and a UV reactor.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит модуль фильтрации с плавающей загрузкой, вход которого соединен с выходом модуля электрокоагуляции, а выход с входом второй колонны озонирования. 8. The apparatus according to claim 7, characterized in that it further comprises a floating-load filtration module, the input of which is connected to the output of the electrocoagulation module, and the output with the input of the second ozonation column.

9. Установка по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бак-накопитель и/или насос, последовательно расположенные после второй колонны озонирования перед модулем обессоливания. 9. Installation according to claim 7, characterized in that it further comprises a storage tank and / or pump, sequentially located after the second ozonation column in front of the desalination module.

10. Установка по пп. 8 и 9, отличающаяся тем, что модуль фильтрации с плавающей загрузкой соединен подающей магистралью промывных вод с магистралью перед модулем обессоливания. 10. Installation according to paragraphs. 8 and 9, characterized in that the floating-load filtration module is connected to the wash water supply line to the line in front of the desalination module.

11. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что модуль предварительной очистки содержит последовательно соединенные насос, гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. 11. Installation according to claim 7, characterized in that the preliminary cleaning module comprises a pump, a hydrocyclone and / or a coarse filter connected in series.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что использован погружной насос. 12. Installation according to claim 11, characterized in that a submersible pump is used.

13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что входное отверстие погружного насоса защищено сеткой. 13. Installation according to item 12, characterized in that the inlet of the submersible pump is protected by a mesh.

14. Установка по п.12, отличающаяся тем, что в качестве фильтров грубой очистки использованы сетки, и/или нетканые материалы, и/или их комбинации. 14. Installation according to item 12, characterized in that the mesh, and / or non-woven materials, and / or combinations thereof are used as coarse filters.

15. Установка по п.7, отличающаяся тем, что колонны озонирования снабжены эжекторами для ввода озона от генераторов. 15. Installation according to claim 7, characterized in that the ozonation columns are equipped with ejectors for introducing ozone from the generators.

16. Установка по п.7, отличающаяся тем, что вторая колонна озонирования снабжена деструктором излишков озона. 16. The installation according to claim 7, characterized in that the second ozonation column is equipped with a destructor of excess ozone.

17. Установка по п.8, отличающаяся тем, что в качестве плавающей загрузки использованы материалы с развитой поверхностью и положительной плавучестью. 17. Installation according to claim 8, characterized in that materials with a developed surface and positive buoyancy are used as a floating load.

18. Установка по п.7, отличающаяся тем, что в качестве фильтра тонкой очистки использованы микромодули полых волокон, на внутренней поверхности которых расположены колонии микроорганизмов. 18. Installation according to claim 7, characterized in that as a fine filter used micromodules of hollow fibers, on the inner surface of which are colonies of microorganisms.

19. Установка по пп.7, 9 и 11,отличающаяся тем, что силовой модуль электрически соединен с генераторами озона, насосом, модулем электрокоагуляции, модулем обессоливания и модулем тонкой очистки. 19. Installation according to claims 7, 9 and 11, characterized in that the power module is electrically connected to ozone generators, a pump, an electrocoagulation module, a desalination module and a fine filter.