способ очистки воды

Формула изобретения

Способ очистки воды, включающий замораживание и оттаивание, отличающийся тем, что замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Способ очистки воды относится к физической обработке воды, а именно к получению питьевой воды, отвечающей гигиеническим требованиям.

Известен способ очистки сточных вод от эмульгированных масел (а.с. №975582, БИ №43, 1982 г.), включающий экстракцию и фильтрацию, причем перед экстракцией проводят замораживание воды до температуры минус 5°С - минус 15°С, а затем ее оттаивают.

Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки воды, т.к. он не обеспечивает очистки воды от примесей и спор бактерий и грибов.

Техническим результатом заявляемого способа очистки воды является повышение степени очистки воды.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки воды, включающем замораживание и оттаивание, замораживание сначала проводят до перехода 4-5 мас.% воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу, после чего центральную часть воды удаляют в количестве 4-5 мас.%.

При использовании кавитации в воде в местах неоднородности среды происходят разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков - короткоживущие парогазовые каверны. Скорость их схлопывания очень высока, и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры: высокая температура и, прежде всего, высокое давление. В качестве неоднородностей жидкой среды при этом выступают споры бактерий и грибов, которые при кавитационном взрыве (имплозии) оказываются в центре схлопывания. В результате вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, даже такие споры грибов, как Aspergiliuss niger, которые вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном.

Кроме этого использование кавитации способствует перемещению примесей с более низкой температурой замерзания, чем чистой воды, в центральную часть объема. Поэтому удаление замороженной воды из центральной части обеспечивает удаление вместе с ней и всех вредных примесей. А так как согласно Сан ПиНу 2.1.4.1116 - 02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества» в зависимости от качества воды ее подразделяют на 2-е категории: первую и высшую, т.е. наличие вредных веществ, отделяющих их друг от друга, составляет 8-10 мас.%, то удаление этого общего количества примесей дает возможность из питьевой воды первой категории получить воду высшей категории. Таким образом, если удалять менее 8 мас.% воды с примесями, мы не сможем получить воду высшей категории из воды первой категории, не достигнув необходимого качества, а более 10 мас.% экономически не выгодно, т.к. целью не является получение абсолютно чистой воды.

Способ очистки воды осуществляют следующим образом. Воду, предназначенную для очистки с исходными показателями, отраженными в таблице, помещают в рабочую камеру, и с помощью хладагента, например фреона, температуру воды понижают. Когда на поверхности воды образуется корка льда в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл. 1 и 2), содержащая примеси с температурой замерзания выше, чем у чистой воды, ее удаляют, после чего включают источники кавитационного поля. Исходящие ультразвуковые волны под действием сил поверхностного натяжения создают разрывы, принимающие форму пузырьков. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, которая оказывает разрушительное действие на органические соединения и микроорганизмы. Под действием кавитации происходит разрыв оболочки микробной клетки и разрушение ее структуры, а также полная гибель патогенной флоры. При этом возникновение экстремальных параметров, т.е. повышение температуры и давления, позволяет концентрировать примеси в центре камеры.

Для усиления процесса разрушения комплексов в камеру может быть помещен барботер, через который подается сжатый воздух. Причем его включают одновременно с источником кавитационного поля и выключают после того, как вода начнет переходить в твердую фазу. Т.к. температура и скорость замораживания воды значительно превышают повышение температуры, происходящее в результате кавитации, то источник кавитационного поля остается включенным до того, как вода полностью перейдет в твердую фазу (лед), после чего замораживание прекращают. Затем удаляют центральную часть замороженной воды с примесями в количестве 4-5 мас.% (для примера 1-4%; для примера 2-4,5%; для примера 3-5% см. табл.3 и 4). Оставшуюся часть воды оттаивают и направляют на дальнейшее использование.

Данные результатов опытов приведены в таблицах 1, 2, 3, 4. Таким образом, по сравнению с прототипом, который практически не производит микробиологической очистки, данный способ позволяет провести полную очистку питьевой воды до высшей категории.

Таблица 1
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды					Класс опасности
		исходной	при удалении поверхностной замерзшей воды в количестве мас.%			по прототипу
			4	4,5	5
1	2	3	4	5	6	7	8
а) показатели солевого и газового состава
Силикаты (по Si)	мг/л	14,0	11.0	9,4	10,2	12	2
Нитраты (по NO)	-"-	26,0	22,0	9,0	8,6	22	3
Цианиды (по CN-)	-"-	0,045	0,037	0,035	0,036	0,040	2
Сероводород (H2S)	-"-	0,005	0,004	0,003	0,004	0,004	4
6) токсичные металлы:
Алюминий (Al 3+)	мг/л	0,33	0,28	0,19	0,23	0,24	2
Барий (Ва2+)	-"-	1,2	0,7	0,3	0,4	0,9	2
Берилий (Be2+)	-"-	0,00031	0,00025	0,00016	0,00022	0,00023	1
Железо (Fe, суммарно)	-"-	0,38	0,34	0,29	0,30	0,33	3
Кадмий (Cd, суммарно)	-"-	0,00210	0,00150	0,00096	0,00990	0,00160	1
Кобальт (Со, суммарно)	-"-	0,21	0,14	0,09	0,11	0,12	2
Литий (Li+ )	-"-	0,041	0,036	0,030	0,033	0,036	2
Марганец (Mn, суммарно)	мг/л	0,060	0,054	0,047	0,053	0,055	3
Медь (Cu, суммарно)	-"-	1,4	1,20	0,95	1,10	1,1	3
Молибден (Мо, суммарно)	-"-	0,083	0,077	0,069	0,071	0,074	2
Натрий (Na+)	-"-	280	240	26	27	210	2
Никель (Ni, суммарно)	-"-	0,033	0,027	0,014	0,025	0,025	3
Ртуть (Hg, суммарно)	-"-	0,00070	0,00058	0,00025	0,00049	0,00060	1
Селен (Se, суммарно)	-"-	0,026	0,0130	0,0098	0,0140	0,0170	2
Серебро (Ag+)	-"-	0,035	0,0270	0,0025	0,0026	0,030	3
Свинец (Pb, суммарно)	-"-	0,012	0,009	0,006	0,008	0,010	2
Стронций (Sr2+ )	-"-	8,8	7,2	7,0	7,1	7,5	2
Сурьма (Sb, суммарно)	-"-	0,0067	0,0055	0,0049	0,0053	0,0060	2
Хром (Cr64)	-"-	0,061	0,057	0,038	0,053		3
Цинк (Zn 2+)	-"-	8	6	4	5	6	3
в) токсичные неметаллические элементы:
Бор (В, суммарно)	мг/л	0,61	0,57	0,38	0,47	0,52	2
Мышьяк (As, суммарно)	-"-	0,019	0,011	0,008	0,009	0,014	2
Озон***	-"-	0,24	0,170	0,098	0,150	0,130	3
г) галогены:
Бромид-ион	мг/л	0,32	0,27	0,20	0,24	0,26	2
Хлор остаточный связанный	-"-	0,18	0,14	0,10	0,12	0,12	3
Хлор остаточный свободный	-"-	0,09	0,07	0,06	0,07	0,06	3
д) показатели органического загрязнения:
Окисляемость перманганатная	мг O 2/л	4,2	3,2	2,6	2,8	3,5	-
Аммиак и аммоний-ион	-"-	0,21	0,17	0,06	0,12	0,17	-
Нитриты (по NO 2)	-"-	0,9000	0,5700	0,0059	0,010	0,5500	2
Органический углерод	мг/л	12	12	6	8	10	-
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные	-"-	0,072	0,058	0,046	0,057	0,062	-
Нефтепродукты	-"-	0,07	0,06	0,02	0,04	0,057	-
Фенолы летучие суммарно)	мкг/л	0,7	0,6	0,4	0,5	0,5	4
Дибромхлорметан	-"-	12	14	2	4	11	9
Формальдегид	-"-	7,2	6,0	5,0	5,9	6,1	2
Бенз(а)пирен	-"-	0,0063	0,0058	0,0014	0,0026	0,0054	2
Дп(2-этилгексил)фталат	-"-	6,4	7,0	0,4	0,6	5	7
2,4-Д	-"-	1,5	1,2	0,9	1,0	1,2	7
ДДТ (сумма изомеров)	-"-	0,7	0,7	0,4	0,6	0,6	7
Симазим	-"-	0,3	0,4	0,2	0,3	0,3	4
е) комплексные показатели токсичности:
По NO2 и NO3	единицы	0,51	0,50	0,08	0,10	0,43	-
По тригалометанов	-"-	0,580	0,590	0,088	0,110	0,51	-

Таблица 2
Показатели	Единицы измерения	По прототипу	Показатели качества воды при удалении поверхностной замерзшей воды и в количестве мас.%
			исходной	4,0	4,5	5,0
Микробиологические и паразитологические показатели
а) бактериологические показатели:
ОМЧ при температуре 37°С	КОЕ/мл	23	24	24	20	22
ОМЧ при температуре 22°С		120	125	120	105	110
Общие колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Глюкозоположительные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 280 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 290 мл
Споры сульфитредуцирующих клостридий	КОЕ/100 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 20 мл
Aspergiliuss niger	КОЕ/100 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие	отсутствие в 30 мл
Pseudomonas aeruginosa		отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 900 мл	отсутствие в 1500 мл	отсутствие в 1000 мл
б) вирусологические показатели:
Колифаги	КОЕ/100 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 9000 мл	отсутствие в 1700 мл	отсутствие в 1000 мл
в) паразитарные показатели:
Ооцисты криптоспоридий	кол-во/50 л	2	2	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Цисты лямблий	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Яйца гельминтов	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие

Таблица 3
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды					Класс опасности
		исходной	при удалении внутренней части замерзшей воды в количестве, мас.%			По прототипу
			4	4,5	5
1	2	3	4	5	6	7	8
а) показатели солевого и газового состава
Силикаты (по Si)	мг/л	14,0	10,0	9,0	10,0	12	2
Нитраты (по NO)	-"-	26,0	20,0	5,0	8,0	22	3
Дианиды (по CN-)	-"-	0,045	0,035	0,033	0,035	0,040	2
Сероводород (Н3S)	-"-	0,005	0,003	0,002	0,003	0,004	4
6} токсичные металлы:
Алюминий (Al 3+)	мг/л	0,33	0,20	0,10	0,18	0,24	2
Барий (Ba2+)	-"-	1,2	0,7	0,1	0,2	0,9	2
Берилий(Be 2+)	-"-	0,00031	0,00020	0,00010	0,00020	0,00023	1
Железо (Fe, суммарно)	-"-	0,38	0,30	0,28	0,29	0,33	3
Кадмий (Cd, суммарно)	-"-	0,00210	0,00100	0,00090	0,00940	0,00160	1
Кобальт (Со, суммарно)	-"-	0,21	0,10	0,08	0,09	0,12	2
Литий (Li+)	-"-	0,041	0,030	0,028	0,029	0,036	2
Марганец (Mn, суммарно)	мг/л	0,060	0,050	0,040	0,050	0,055	3
Медь (Cu, суммарно)	-"-	1,4	1,00	0,90	0,95	1,1	3
Молибден (Мо, суммарно)	-"-	0,083	0,070	0,067	0,068	0,074	2
Натрий (Na+ )	-"-	280	200	20	24	210	2
Никель (Ni, суммарно)	-"-	0,033	0,02	0,01	0,02	0,025	3
Ртуть (Hg, суммарно)	-"-	0,00070	0,00050	0,00020	0,00040	0,00060	1
Селен (Se, суммарно)	-"-	0,026	0,0100	0,0090	0,0100	0,0170	2
Серебро (Ag +)	-"-	0,035	0,025	0,0024	0,0025	0,030	3
Свинец (Pb, суммарно)	-"-	0,012	0,010	0,005	0,010	0,010	2
Стронций (Sr2+)	-"-	8,8	7,0	6,8	6,9	7,5	2
Сурьма (Sb, суммарно)	-"-	0,0067	0,0050	0,0047	0,0050	0,0060	2
Хром (Cr6+)	-"-	0,061	0,050	0,030	0,040	0,053	3
Цинк (Zn 2+)	-"-	8	5	3	4	6	3
в) токсичные неметаллические элементы:
Бор (В, суммарно)	мг/л	0,61	0,50	0,30	0,40	0,52	2
Мышьяк (As, суммарно)	-"-	0,019	0,010	0,006	0,007	0,014	2
Озон***	-"-	0,24	0,100	0,090	0,100	0,130	3
г) галогены:					г) галогены:
Бромид-ион	мг/л	0,32	0,20	0,18	0,20	0,26	2
Хлор остаточный связанный	-"-	0,18	0,10	0,09	0,10	0,12	3
Хлор остаточный свободный	-"-	0,09	0,05	0,04	0,05	0,06	3
д) показатели органического загрязнения:
Окисляемость перманганатная	мг O 2/л	4,2	3,0	2,0	2,6	3,5
Аммиак и аммоний-ион	-"-	0,21	0,10	0,05	0,10	0,17	-
Нитриты (по NO 2)	-"-	0,9000	0,5000	0,0050	0,009	0,5500	2
Органический углерод	мг/л	12	10	5	7	10	-
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные	-"-	0,072	0,050	0,040	0,050	0,062	-
Нефтепродукты	-"-	0,07	0,05	0,01	0,03	0,057	-
Фенолы летучие (суммарно)	мкг/л	0,7	0,5	0,3	0,4	0,5	4
Дибромхлорметан	-"-	12	10	1	3	11	9
Формальдегид	-"-	7,2	5,0	4,0	5,0	6,1	2
Бенз(а)пирен	-"-	0,0063	0,0050	0,0010	0,0020	0,0054	2
Дп(2-этилгексил)фталат	-"-	6,4	6	0,1	0,4	5	7
2,4-Д	-"-	1,5	1,0	0,8	0,9	1,2	7
ДДТ (сумма изомеров)	-"-	0,7	0,5	0,3	0,4	0,6	7
Симазим	-"-	0,3	0,2	0,1	0,2	0,3	4
е) комплексные показатели токсичности:
По NO2 и NO3	единицы	0,51	0,40	0,07	0,09	0,43	-
По тригалометанов	-"-	0,580	0,500	0,080	0,100	0,51	-

Таблица 4
Показатели	Единицы измерения	Показатели качества воды
		По прототипу	исходной	при удалении внутренней части замерзшей воды в количестве мас.%
				4,0	4,5	5,0
Микробиологические и паразитологические показатели
а) бактериологические показатели:
ОМЧ при температуре 37°С	КОЕ/мл	23	24	22	18	21
ОМЧ при температуре 22°С		120	125	110	92	100
Общие колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Глюкозоположительные колиформные бактерии	КОЕ/100 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 250 мл	отсутствие в 300 мл	отсутствие в 350 мл	отсутствие в 320 мл
Споры сульфитредуцирующих клостридий	КОЕ/100 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 30 мл	отсутствие в 25 мл
Aspergiliuss niger	КОЕ/100 мл	отсутствие в 20 мл	отсутствие в 15 мл	отсутствие в 20	отсутствие в 30 мл	отсутствие в 30 мл
Pseudomonas aeruginosa		отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 1000 мл	отсутствие в 2000 мл	отсутствие в 1200 мл
б) вирусологические показатели:
Колифаги	КОЕ/100 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 800 мл	отсутствие в 1000 мл	отсутствие в 2000 мл	отсутствие в 1200 мл
в) паразитарные показатели:
Ооцисты криптоспоридий	кол-во/50 л	2	2	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Цисты лямблий	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие
Яйца гельминтов	-"-	1	1	отсутствие	отсутствие	отсутствие