CZ2020544A3 - Způsob úpravy vody a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávajícího z filtrace, koagulace a flokulace, kde se přiváděná voda podrobí tlakové koagulaci a flokulaci a poté se filtruje přes membránový filtr, přičemž se měří pH a světelná absorbance a následně se upravuje pH a světelná absorbance na přítoku vody před tlakovou koagulací a flokulací. Po filtraci přes membránový filtr se voda filtruje v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím. A dále se týká zařízení k provádění tohoto způsobu obsahujícího přítok (1) vody, za kterým je flokulátor (6), filtr a zásobník upravené vody s odběrem (15) upravené vody, u kterého je za flokulátorem (6) umístěn membránový filtr (7), na jehož výstupu jsou umístěna čidla a řídící jednotka (13) propojená s prvním zásobníkem (4) kyseliny a zásady s jejich dávkovačem a druhým zásobníkem (5) koagulantu a jeho dávkovačem před flokulátor (6).

Description

Způsob úpravy vody a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká úpravy vody, využívající agregaci nečistot za pomoci oxidačních činidel a/nebo koagulantů a následnou filtraci, která může být doplněna o adsorpci na aktivním uhlí.

Dosavadní stav techniky

Vodárenství využívá různé technologické procesy ajejich řazení pro úpravu surové vody na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí, průmyslovou atd., vyhovující svým složením příslušným požadavkům. Na starších úpravnách vody, využívajících podzemní a infiltrovanou říční vodu, převládá jednostupňová úprava vody, sestávající např. z provzdušnění, koagulace, flokulace, odstraňování vzniklých vloček suspenze na filtru se zrnitým materiálem a následná hygienizace, tj. chlorace, ozonizace, ozáření ultrafialovými paprsky. Tyto technologie jsou schopné s menší adaptací odstraňovat také vyšší oxidační stupně železa a manganu.

Úprava povrchové vody vyžaduje, na rozdíl od vody podzemní a infiltrované, vždy složitější seskupení a řízení procesů vzhledem k výraznějšímu kolísání teploty a složení vody a k obvyklému výskytu mikroorganismů v povrchové vodě, např. aktinomycet, hub, zelených řas a sinic. Významný je také výskyt bakterií, virů a parazitů pocházejících ze zažívacího a močového traktu živočichů a lidí. V posledních několika desítiletích se úprava vody stává složitější a provozně náročněj ší také vzhledem k nežádoucímu výskytu residuí humánních a veterinárních farmak včetně antibiotik a také hormonů, pocházejících z hormonální antikoncepce, které se dostávají do povrchových vod z čištěných i nečištěných komunálních a průmyslových odpadních vod a splachů. Významné jsou také koncentrace pesticidů a herbicidů, pocházející ze zemědělství. Všechny tyto látky jsou v pitné vodě nežádoucí, a proto jsou vyvíjeny nové postupy úpravy vody, které mají jejich koncentraci snížit, případně je zcela odstranit.

U nových postupů j e oceňována mj. j ej ich vyšší obj emová účinnost, tedy větší průtok na j ednotku objemu zařízení a vyšší účinnost odstranění závadných látek v jednotce objemu zařízení. Zařízení s vyšší objemovou účinností také umožňují vestavbu do existujících budov jako náhrada původních zařízení pro větší výkon.

Významným prvkem nových postupů je automatizované řízení provozu, zejména dávkování činidel v závislosti na proměnné jakosti a teplotě upravované vody.

Prvním membránovým procesem úspěšně použitým v technologii vody byla reverzní osmóza pro odsolování mořské vody v šedesátých letech minulého století. Aplikace membrán pro jiné procesy úpravy a čištění odpadních vod však byla pomalá, takže se v praxi začaly uplatňovat pro separační procesy, tedy usazování a filtraci, tj. micro-, ultra- a nanofiltraci, až začátkem tisíciletí. Procesní aplikace je náročná na hledání optimálních podmínek a použití vhodných pomocných činidel a řízení procesů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávajícím z filtrace, koagulace a flokulace, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že přiváděná voda se podrobí tlakové koagulaci a flokulaci a poté se filtruje přes membránový filtr, přičemž se měří pH a světelná absorbance a následně se upravuje pH a světelná absorbance na přítoku vody před tlakovou koagulací a flokulaci.

- 1 CZ 2020 - 544 A3

Po filtraci přes membránový filtr se voda s výhodou filtruje v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím. Před filtrací v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím se může voda ozonizovat a/nebo se může provádět chemická oxidace organických látek.

Po tlakové koagulaci a flokulaci se s výhodou dávkuje oxidační činidlo pro snížení zanášení membránového filtru zbytkovými rozpuštěnými organickými látkami.

Úprava pH dávkováním roztoku kyseliny nebo roztoku zásady a dávkování koagulantu se ve výhodném provedení provádí před tlakovou koagulaci a flokulaci.

K uvedenému způsobu slouží zařízení k provádění způsobu úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávající z flokulace, koagulace a filtrace a obsahující přítok vody, za kterým je flokulátor, filtr a zásobník upravené vody s odběrem upravené vody, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že za flokulátorem je umístěn membránový filtr, na jehož výstupu jsou umístěna čidla a řídící jednotka propojená s prvním zásobníkem kyseliny a zásady s jejich dávkovačem a druhým zásobníkem koagulantu a jeho dávkovačem před flokulátor.

Za membránovým filtrem je s výhodou tlakový nebo gravitační filtr s granulovaným aktivním uhlím. Membránový filtr je ve výhodném provedení opatřen přívodem upravené vody od třetího zásobníku upravené vody přes třetí čerpadlo a tlakovou nádrž, přičemž k přívodu upravené vody je připojen čtvrtý zásobník roztoku pro chemické čištění membránového filtru kyselinou a pátý zásobník roztoku pro chemické čištění membránového filtru chlornanem.

Mezi tlakovým filtrem s granulovaným aktivním uhlím a třetím zásobníkem je s výhodou druhé čerpadlo pro prací vodu tlakového filtru. K membránovému filtru a tlakovému filtru s granulovaným aktivním uhlím je s výhodou připojena odpadní nádrž na odpadní vodu. Membránový filtr má ve výhodném provedení velikost pórů 0,05 až 0,12 pm.

Podstatou vynálezu je filtrace upravované vody přes membránový filtr, obvykle s velikostí pórů v řádu desetin až setin mikrometru, s předřazeným koagulačním a flokulačním stupněm, který umožňuje odstranění, případně výrazné snížení koncentrací látek nežádoucích v upravené vodě bez tvorby sekundárních produktů, jakými jsou u obvyklých postupů úpravy vody látky s karcinogenním, teratogenním a mutagenním účinkem, např. chlorované a hromované organické látky nebo bromičnany a odstranění mikroorganismů. Technologická linka je sestavena z jednotlivých modulů, vždy obsahujících membránový filtr, schopný odstraňovat mikroorganismy a odolávat účinku chemicky asistovaného čištění kyselinou a oxidantem. Počet modulů je zvolen podle požadované účinnosti a výkonu úpravny vody.

Doba zdržení upravované vody je u dosavadní techniky v řádu desítek minut až hodin. U řešení podle vynálezu je v řádu desítek sekund až minut. Řešení podle vynálezu proto umožňuje rychle reagovat na změny kvality vstupní vody.

Technologická linka podle vynálezu je vybavena automatickým sledováním kvality upravené vody, případně i surové vody, podle nichž lze rychle a přesně měnit dávky koagulačního činidla a případně upravovat pH, a tím udržovat optimální koagulační podmínky, které zaručují stabilní a vyhovující kvalitu upravené vody. Toto uspořádání minimalizuje chybovost řízení koagulace u dosavadní techniky, ke kterému může docházet kvůli velké době zdržení vody v technologické lince při řízení procesu jen podle kvality surové vody, zejména při výrazných výkyvech její kvality, tj. okalové stavy apod.

Skladba procesů ajejich řízení umožňuje snížení celkové koncentrace závadných látek, které mají pravděpodobně aditivní negativní účinek na lidské zdraví, v upravené vodě. Nejnovější mezinárodní doporučení, např. Směrnice Světové zdravotní organizace WHO z r. 2017 (ISBN: 978-92-4-154995-0), takový přístup k ochraně zdraví konzumentů pitné vody doporučují.

-2 CZ 2020 - 544 A3

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde je na Obr. 1 znázorněno blokové schéma uvedeného vynálezu.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příkladný způsob úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávající z filtrace, koagulace a flokulace, spočívá v tom, že přiváděná voda se podrobí tlakové koagulaci a flokulaci a poté se filtruje přes membránový filtr, přičemž se měří pH a světelná absorbance a následně se upravuje pH a světelná absorbance na přítoku vody před tlakovou koagulací a flokulaci. Po filtraci přes membránový filtr se voda filtruje v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím. Před filtrací v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím se voda ozonizuje a/nebo se provádí chemická oxidace organických látek. Po tlakové koagulaci a flokulaci se dávkuje oxidační činidlo pro snížení zanášení membránového filtru zbytkovými rozpuštěnými organickými látkami. Úprava pH dávkováním roztoku kyseliny nebo roztoku zásady a dávkování koagulantu se provádí před tlakovou koagulaci a flokulaci.

Příkladné zařízení obsahuje přítok 1 vody, za kterým je flokulátor 6, filtr a zásobník upravené vody s odběrem 15 upravené vody. Za flokulátorem 6 je umístěn membránový filtr 7, který má velikost pórů 0,05 až 0,12 pm, na jehož výstupu jsou umístěna čidla a řídící jednotka 13 propojená s prvním zásobníkem 4 kyseliny a zásady s jejich dávkovačem a druhým zásobníkem 5 koagulantu a jeho dávkovačem před flokulátor 6. Za membránovým filtrem 7 je tlakový nebo gravitační filtr 10 s granulovaným aktivním uhlím. Membránový filtr 7 je opatřen přívodem upravené vody od třetího zásobníku 14 upravené vody přes třetí čerpadlo 16 a tlakovou nádrž 17. přičemž k přívodu upravené vody je připojen čtvrtý zásobník 8 roztoku pro chemické čištění membránového filtru 7 kyselinou a pátý zásobník 9 roztoku pro chemické čištění membránového filtru 7 chlornanem. Mezi tlakovým filtrem 10 s granulovaným aktivním uhlím a třetím zásobníkem 14 je druhé čerpadlo 12 pro prací vodu tlakového filtru 10. K membránovému filtru 7 a tlakovému filtru 10 s granulovaným aktivním uhlím je připojena odpadní nádrž 11 na odpadní vodu.

Na Obr. 1 je schematicky znázorněno uspořádání procesu úpravy vody, kde surová voda z přítoku 1 se čerpá prvním čerpadlem 2 do ochranného filtru 3 s porozitou v řádech desítek až stovek mikrometrů. Za tímto ochranným filtrem 3 je zařazena tlaková flokulace 6, před níž se dávkuje podle potřeby roztok kyseliny nebo zásady pro úpravu pH z prvního zásobníku 4 a roztok koagulantu z druhého zásobníku 5. Separace vloček vytvořených ve flokulaci 6 probíhá v membránovém filtru 7. Membránový filtr 7 je periodicky čištěn od zachycených vloček praním vodou z třetího zásobníku 14 upravené vody, z něhož je čerpána voda pro praní membránového filtru 7 třetím čerpadlem 16 do tlakové nádrže 17 pro praní systému. Proces flokulace je řízen na základě signálu z čidla řídící jednotky 13. které snímá hodnotu pH a hodnotu koncentrace organických látek, např. jako absorbanci ultrafialového záření, případně jiného ukazatele, jako je TOC, CHSK, barva apod. Jde vesměs o fýzikální měření bez použití chemikálií. To usnadňuje automatizované řízení procesu úpravy vody bez přítomnosti obsluhy.

Dosavadní jednostupňová úpravna vody s odběrem vody z údolní nádrže nedává v důsledku nutného zvýšení dávky koagulantu původní výkon. Filtrační rychlost klesá z původních návrhových hodnot 4 m/h až ke 2 m/h a úpravna musí být rekonstruována. Původní dávkování koagulantu a úprava pH zůstanou zachovány, ale úpravna je doplněna trubkovým flokulátorem, např. podle CZ 14553 U1 a místo pískové filtrace je použit membránový keramický filtr s charakteristickou velikostí pórů 0,1 mikrometru, následovaný tlakovým filtrem s granulovaným aktivním uhlím. Obě zařízení jsou vestavěna do prostoru původních pískových filtrů. Za keramickým membránovým filtrem 7 jsou čidla pro měření pH a absorbance ultrafialového záření.

-3 CZ 2020 - 544 A3

Signál z měření těchto veličin vstupuje do nové mikroprocesorové řídící jednotky 13. která ovládá dávkování koagulantu a úpravu pH.

Pro chemicky asistované praní membránového filtru 7 je instalováno dávkování roztoku chlornanu 5 sodného a zředěné kyseliny sírové a odpadní nádrž 11 na odpadní vodu z praní filtru. Pro následné praní membránového filtru 7 čistou vodou je zřízen třetí 14 zásobník upravené vody s třetím čerpadlem 16.

Protože membránový filtr 7 produkuje vodu bez mikroorganismů, je původní chlorace omezena ίο jen na dávku pro ochranu kvality vody v rozvodech k odběratelům.

Průmyslová využitelnost

Navržený způsob úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou a zařízení k provádění tohoto způsobu úpravy vody nalezne široké uplatnění v úpravnách vody, zejména z povrchových zdrojů, a přispívá ke zlepšení kvality upravené vody.

Claims (11)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávající z filtrace, koagulace a flokulace, vyznačující se tím, že přiváděná voda se podrobí tlakové koagulaci a flokulaci a poté se filtruje přes membránový filtr, přičemž se měří pH a světelná absorbance a následně se upravuje pH a světelná absorbance na přítoku vody před tlakovou koagulací a flokulaci.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že po filtraci přes membránový filtr se voda filtruje v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že před filtrací v tlakovém filtru s granulovaným aktivním uhlím se voda ozonizuje a/nebo se provádí chemická oxidace organických látek.

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že po tlakové koagulaci a flokulaci se dávkuje oxidační činidlo pro snížení zanášení membránového filtru zbytkovými rozpuštěnými organickými látkami.

5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že úprava pH dávkováním roztoku kyseliny nebo roztoku zásady a dávkování koagulantu se provádí před tlakovou koagulaci a flokulaci.

6. Zařízení k provádění způsobu úpravy vody, zejména na pitnou, technologickou, užitkovou, napájecí a průmyslovou, sestávající z flokulace, koagulace a filtrace a obsahující přítok (1) vody, za kterým je flokulátor (6), filtr a zásobník upravené vody s odběrem (15) upravené vody, vyznačující se tím, že za flokulátorem (6) je umístěn membránový filtr (7), na jehož výstupu jsou umístěna čidla a řídící jednotka (13) propojená s prvním zásobníkem (4) kyseliny a zásady s jejich dávkovačem a druhým zásobníkem (5) koagulantu a jeho dávkovačem před flokulátor (6).

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že za membránovým filtrem (7) je tlakový nebo gravitační filtr (10) s granulovaným aktivním uhlím.

8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že membránový filtr (7) je opatřen přívodem upravené vody od třetího zásobníku (14) upravené vody přes třetí čerpadlo (16) a tlakovou nádrž (17), přičemž k přívodu upravené vody je připojen čtvrtý zásobník (8) roztoku pro chemické čištění membránového filtru (7) kyselinou a pátý zásobník (9) roztoku pro chemické čištění membránového filtru (7) chlornanem.

9. Zařízení podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že mezi tlakovým filtrem (10) s granulovaným aktivním uhlím a třetím zásobníkem (14) je druhé čerpadlo (12) pro prací vodu tlakového filtru (10).

10. Zařízení podle kteréhokoli z nároku 7 až 9, vyznačující se tím, že k membránovému filtru (7) a tlakovému filtru (10) s granulovaným aktivním uhlím je připojena odpadní nádrž (11) na odpadní vodu.

11. Zařízení podle kteréhokoli z nároku 6 až 10, vyznačující se tím, že membránový filtr (7) má velikost pórů 0,05 až 0,12 pm.