способ очистки природных вод

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД, включающий механическую обработку, опреснение и пропускание воды через углеродсодержащий сорбент, отличающийся тем, что механическую обработку проводят в две стадии, после чего подвергают импульсному УФ-облучению сплошного спектра, проводят ее опреснение посредством обратного осмоса, пропускают через углеволокнистый сорбент и повторно подвергают импульсному УФ-облучению сплошного спектра, причем после каждой из операций, следующих за механической обработкой, проводят контроль качества очищенной воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии водоподготовки и водоочистки и может быть использовано для очистки природных вод до питьевых стандартов.

Известные способы обработки промышленных и городских сточных вод, а также природных вод включают в себя следующие основные стадии: предварительная механическая обработка на решетках, песколовках и т.п. химическое осветление с использованием неорганических коагулянтов (соли Fe, Al, известь) и полиэлектролитов-флокулянтов; фильтрование через слои песка, гравия или антрацита; адсорбционная обработка на фильтрах с АУ; ионный обмен; хлорирование или озонирование (1).

Недостатком этих методов является обязательное использование реагентов-коагулянтов, флокулянтов, озона и хлора, что ведет к вторичному загрязнению воды токсичными продуктами химических реакций. Также к недостаткам можно отнести большие массогабариты установок, построенных на вышеперечисленных процессах, в расчете на единицу пропускной способности (производительности) оборудования и недостаточную степень очистки от высокомолекулярных органических соединений (токсинов, пестицидов, гербицидов, фенолов, галогенорганических соединений, ПАВ, детергентов, нефтепродуктов и др. ), попадающих в природную воду в результате техногенной деятельности человека.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки природных вод, согласно которому вода из природного источника проходит через ионообменник, обеспечивающий удаление катионов, которые определяют жесткость воды, через фильтр для удаления хлора, через второй фильтр для удаления взвешенных частиц и через ультрафильтр. Затем воду подвергают обратному осмосу и добавляют в нее хлор в количестве, достаточном для обеззараживания. При этом остаточный хлор удаляют путем пропускания воды через угольную загрузку, состоящую из стерильных угольных частиц (2). Этот способ обеспечивает высокую степень очистки воды от естественных и бактериальных загрязнений, солей металлов и пр. при высокой производительности и небольших массогабаритах, однако имеет ряд недостатков, например, не обеспечивает снижения до ПДК содержания сильнодействующих ядохимикатов, токсинов, нефтепродуктов, последние при использовании в техпроцессе очистки воды хлорирования образуют высокотоксичные хлорорганические соединения.

Этих недостатков лишен предлагаемый способ безреагентной очистки природных вод, включающий механическую очистку, проводимую в две стадии для удаления крупных загрязнений и коллоидных взвесей, УФ-облучение с использованием импульсных источников сплошного спектра, применяемое для фотодеструкции вредных примесей органического происхождения и уничтожения бактерий, обратно-осмотическое опреснение, очистку на углеволокнистом сорбенте и повторное импульсное УФ-облучение. При этом после операций обратного осмоса, сорбционной очистки и повторного импульсного УФ-облучения предусмотрен контроль качества очищаемой воды, от результатов которого зависит наличие двух последних стадий очистки (сорбционной и/или УФ-облучения) или же, при определенном качестве исходной воды, наличие первой стадии (грубой) механической очистки и опреснения.

Технический результат заключается в том, что полностью исключается использование реагентов и, следовательно, отсутствует вторичное загрязнение воды и образование больших объемов трудноутилизируемых осадков; позволяет получать воду, полностью готовую к употреблению и безвредную для здоровья человека, практически из любого природного источника; дает возможность эффективно очищать воду в больших объемах в единицу времени при сравнительно малых энергозатратах. Устройства водоочистки, основанные на данном методе, могут быть использованы для аварийного водоснабжения населения в зонах природных и техногенных катастроф и выполняться полностью автономными на базе автомобильных шасси или в контейнерном варианте с энергопитанием от автомобильного генератора или дизельной электростанции.

На фиг.1 представлена схема осуществления предложенного способа; на фиг. 2 установка, реализующая предлагаемый способ.

Природная вода из источника с помощью насоса подачи последовательно направляется в блок 1 механической очистки 1-ой ступени для удаления наиболее крупных и тяжелых взвесей, далее в блок 2 механической очистки 2-ой ступени, с целью удаления основной массы коллоидных загрязнений, в блок 3 фотохимической очистки, где с помощью импульсного УФ-облучения происходит разложение содержащихся в воде растворенных органических соединений на нетоксичные осколки и уничтожение бактерий, вирусов и прочей патогенной микрофлоры, затем в блок 4 опреснения для устранения излишней минерализации, в блок 5 сорбционной очистки для дальнейшего снижения концентрации токсичных соединений и улучшения органолептических свойств воды за счет ее обработки углеволокнистым сорбентом с высокоразвитой поверхностью микро- и мезопор и высокой сорбционной емкостью и далее в блок 6 бактерицидной обработки (стерилизации) для окончательной стерилизации воды и обеспечения полной бактериальной безопасности очищенной воды. Блок 7 контроля качества и сертификации воды позволяет непрерывно следить за работой блоков фотохимической очистки 3, опреснения 4, сорбции 5 и повторной УФ-обработки 6.

В зависимости от качества воды в природном источнике и целей очистки в состав водоочистных установок могут входить все семь блоков или только некоторые из них, однако последовательность операций должна быть соблюдена обязательно.

Именно определенная последовательность стадий очистки и их взаимосвязь позволяют достичь высокой степени очистки воды от вредных примесей и патогенной микрофлоры, а также сохранить в очищенной воде все необходимые микроэлементы, соли и пр. определяющие ее органолептические показатели, т.е. получить воду, полностью готовую к употреблению и безвредную для здоровья человека.

П р и м е р. Природную воду из сильнозагрязненного поверхностного источника, имеющую следующие качественные показатели: общая минерализация до 20 г/л; мутность до 200 мг/л; цветность 50^о; запах до 5 баллов; рН 6-8,5; нефтепродукты (по гексану) до 1000 ПДК; пестициды, СДЯВ до 1000 ПДК; общая бактериальная зараженность до 10⁶ мкт/л; ртуть до 10 ПДК; свинец до 200 ПДК, обрабатывают с помощью установки, представленной на фиг.2 и состоящей из всех семи блоков обработки.

Воду из источника подают насосом 8 в электроразрядное устройство или мультициклон 9, которые представляют собой 1-ю ступень механической очистки, где отделяют наиболее крупные и тяжелые взвеси. Собранную в резервуаре 10 предварительно очищенную воду насосом 11 подают на ультрафильтры 12, которые в данном случае представляют вторую ступень механической очистки и обеспечивают удаление из воды коллоидных соединений. Осветленную воду направляют в фотохимический реактор 13, где воду подвергают УФ-облучению с помощью одного или нескольких импульсных источников сплошного спектра. УФ-обработка обеспечивает минерализацию растворенных в воде органических веществ и уничтожение всех форм патогенной микрофлоры. После фотохимической очистки воду собирают в резервуаре 14 и с помощью насоса 15 высокого давления подают в обратноосмотический модуль 16 для ее опреснения. Опресненную воду собирают в резервуаре 17 и с помощью насоса 18 подают на блок 19 сорбционной очистки, где используют углеволокнистые сорбенты, и далее повторно подвергают импульсному УФ-облучению с помощью источников излучения, аналогичных используемым в реакторе 13, но работающих в менее энергонапряженном режиме. Две последние операции обеспечивают гостированные органолептические, токсикологические и бактериальные свойства питьевой воды.

Путем отбора проб после блоков (6,9, 12) и 13 и их полного анализа с помощью спектрофотометра 21 устанавливают эффективность работы каждой стадии очистки и производят сертификацию качества очищенной воды. Результаты очистки воды предложенным способом представлены в таблице. Как видно из представленных данных, для эффективной очистки в данном случае необходимо наличие всех семи блоков обработки, однако в зависимости от состава исходной воды некоторые блоки могут отсутствовать. Так, например, для пресной воды не требуется блока 4, а для воды с мутностью менее 50 мг/л не требуется блока 1 для получения воды по ГОСТ 2874-82.