RU2151106C1

RU2151106C1 - Water treatment process and modular unit for realization thereof

Info

Publication number: RU2151106C1
Application number: RU99115129A
Authority: RU
Inventors: К.Г. Боголицын; Ю.А. Садовников; А.М. Айзенштадт
Original assignee: Боголицын Константин Григорьевич; Садовников Юрий Александрович
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: invention is designed for supplying with drinking water consumers disposed in limited-time residences or requiring no significant water amounts, in particular small residences, or for supplying water under emergency conditions (for example, when consumer is suddenly disconnected from water-supply network). Water is preliminarily cleaned and then undergoes first ozonation step, electrocoagulation, second ozonation step, and finishing purification. Preliminarily, level of ozone-degradable impurities is determined. In the first and second ozonation steps, amount of generated ozone exceeds its required amount no more than by 7%. Finishing purification is performed by assistance of consortium of microorganisms containing those typical for given territory. EFFECT: improved quality of treated water. 13 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки воды, а именно к области безреагентной водоподготовки, и может быть использовано при снабжении питьевой водой потребителей, расположенных в местах временного пребывания, или не требующих значительного расхода воды, в частности объектов малого градостроительства, а также изобретение может быть использовано в экстремальных условиях, в частности при внезапном отключении потребителя от сети водоснабжения. The invention relates to the field of water purification, and in particular to the field of non-reagent water treatment, and can be used when supplying drinking water to consumers located in places of temporary residence or not requiring significant water consumption, in particular, objects of small town planning, and the invention can also be used in extreme conditions, in particular with a sudden disconnection of the consumer from the water supply network.

Безреагентная очистка воды достаточно широко известна в различных областях техники. Использование электрических полей для выделения различных ионов, а также уничтожения болезнетворных бактерий достаточно широко используется в различных отраслях техники, а также в медицине. Однако известные способы и устройства не позволяют при этом устранить органические загрязнения, кроме того, они являются энергоемкими и требуют использования высокого напряжения, что препятствует их широкому применению. Reagent-free water treatment is widely known in various fields of technology. The use of electric fields for the separation of various ions, as well as the destruction of pathogenic bacteria, is widely used in various branches of technology, as well as in medicine. However, the known methods and devices do not allow the elimination of organic pollution, in addition, they are energy-intensive and require the use of high voltage, which prevents their widespread use.

Известна также очистка воды посредством ее озонирования. Однако данный способ также не нашел широкого распространения в связи с разрушительным действием озона на материалы оборудования, а также консорциумы микроорганизмов, позволяющих проводить биологическую очистку воды. Water purification by means of its ozonation is also known. However, this method also did not find wide distribution in connection with the destructive effect of ozone on equipment materials, as well as consortia of microorganisms that allow biological treatment of water.

Достаточно перспективно объединение безреагентной очистки воды с использованием озонирования, поскольку при его реализации не требуется использования каких- либо реагентов, а не использованный в процессе водоочистки озон самопроизвольно разлагается, не загрязняя при этом окружающую среду. The combination of non-reagent water purification using ozonation is quite promising, since its implementation does not require the use of any reagents, and the ozone not used in the process of water purification spontaneously decomposes without polluting the environment.

Известна, в частности, модульная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, C 02 F 1/78, 1997), содержащая модуль предварительной очистки, модуль озонирования, выполненный в виде последовательно установленных первой и второй колонн озонирования, модуль электрокоагуляции, подключенный между колоннами озонирования, модуль финишной очистки, содержащий узел тонкой фильтрации и УФ-реактор, и силовой модуль. Модульное выполнение установки позволяет при необходимости легко перевозить ее, что делает установку удобной для развертывания во временных поселениях. При использовании установки исходную воду предварительно очищают с использованием модуля предварительной очистки, обычно содержащем гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. Предварительно очищенную воду озонируют в два этапа, между которыми проводят обработку воды электрокоагуляцией, после второго этапа озонирования из воды удаляют соли с последующей финишной очисткой и УФ-обеззараживанием. Хотя в результате и получается вода, соответствующая квалификации "питьевая", все же процесс нельзя признать оптимальным, поскольку практически полностью исключена очистка воды микроорганизмами, приводящая к улучшению качества получаемой воды. Использование двух стадий озонирования без ограничения количества генерируемого озона и без учета состава и количества загрязнений приводит к повышению содержания озона в очищаемой среде после колонн озонирования и соответственно к гибели микроорганизмов в оборудовании, в том числе и фильтре тонкой очистки. Хотя в тексте описания и в зависимых пунктах формулы изобретения указано на границы использованных концентраций озона в обеих колоннах озонирования, а также на операцию разрушения не прореагировавшего озона после второй стадии озонирования, а также на участие микроорганизмов в процессе очистки воды, все же в процессе эксплуатации было выяснено, что при незначительном количестве загрязнений, и вызванном им малом расходе озона микроорганизмы в модулях оборудования погибают практически полностью и не участвуют в очистке воды. Кроме того, при этом происходит значительное воздействие озона на оборудование, что сокращает время непрерывной работы оборудования и, следовательно, себестоимость очищаемой воды. Known, in particular, a modular installation for water purification (RU, patent 2096342, C 02 F 1/78, 1997), containing a pre-treatment module, an ozonation module made in the form of sequentially installed first and second ozonation columns, an electrocoagulation module connected between ozonation columns, a finishing module containing a fine filtration unit and a UV reactor, and a power module. Modular installation allows you to easily transport it if necessary, which makes the installation convenient for deployment in temporary settlements. When using the installation, the source water is pre-treated using a pre-treatment module, usually containing a hydrocyclone and / or a coarse filter. The pre-treated water is ozonated in two stages, between which the water is treated by electrocoagulation, after the second ozonation stage, salts are removed from the water, followed by final cleaning and UV disinfection. Although the result is water that meets the qualification of “drinking,” the process cannot be considered optimal, since water purification by microorganisms is almost completely excluded, leading to an improvement in the quality of the water obtained. The use of two stages of ozonation without limiting the amount of ozone generated and without taking into account the composition and amount of pollution leads to an increase in the ozone content in the cleaned medium after the ozonation columns and, accordingly, to the death of microorganisms in the equipment, including a fine filter. Although the description text and the dependent claims indicate the boundaries of the used concentrations of ozone in both ozonation columns, as well as the operation of destroying unreacted ozone after the second stage of ozonation, as well as the participation of microorganisms in the process of water purification, still in operation it was found that with a small amount of pollution, and the resulting low ozone consumption, microorganisms in the equipment modules die almost completely and do not participate in water treatment. In addition, there is a significant effect of ozone on the equipment, which reduces the time of continuous operation of the equipment and, therefore, the cost of the treated water.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке безреагентного способа очистки воды, позволяющего повысить качество получаемой воды. The technical problem solved by the present invention is to develop a reagentless method of water purification, which allows to improve the quality of the resulting water.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в снижении себестоимости очистки воды с повышением ее качества. The technical result obtained as a result of the implementation of the invention is to reduce the cost of water treatment with increasing its quality.

Для достижения указанного технического результата предложено предварительно оценивать содержание разлагаемых озоном примесей в очищаемой воде, затем осуществлять забор очищаемой воды в модуль предварительной очистки, производить предварительную очистку воды с удалением грубодисперсных примесей и взвешенных частиц из воды, первую стадию озонирования, электрокоагуляцию с удалением органических примесей, вторую стадию озонирования, обессоливание воды, тонкую фильтрацию воды и УФ-стерилизацию очищенной воды, причем при первом и втором озонировании количество озона, подаваемого в очищаемую воду, должно не более чем на 7% превышать количество озона, необходимое для процесса очистки, а на стадии финишной очистки воды используют консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, присущие данной местности, и размещенный в модуле финишной очистки. После стадии электрокоагуляции вода может быть дополнительно очищена фильтрацией. Для этой цели желательно использовать фильтр с плавающей загрузкой, на которой может быть размещен консорциум микроорганизмов, содержащий микроорганизмы, характерные для точки отбора воды. В качестве плавающей загрузки может быть использованы вещества с положительной плавучестью, в частности силикагель и/или активированный уголь. После второй стадии озонирования вода может быть собрана в баке - накопителе. На стадии предварительной очистки воду предпочтительно пропускают через гидроциклон и/или фильтр грубой очистки. Предпочтительно в качестве фильтра грубой очистки использовать набор металлических сеток, на которые может быть подано напряжение, создающее электрическое поле, отталкивающее элементы загрязнения. Забор воды на очистку, а также движение воды по системе очистки предпочтительно осуществляют посредством насосов. В качестве фильтров тонкой очистки предпочтительно используют набор микромодулей полых волокон, на внутренней поверхности которых расположен консорциум микроорганизмов. Колонны озонирования и соединенные с ними генераторы озона выполнены с возможностью регулирования подачи озона в колонны. Регулирование может быть выполнено как использованием частичного удаления генерированного озона в атмосферу, так и путем управления процессом генерирования электрическими параметрами. Кроме того, модуль фильтрации с плавающей загрузкой выполнен с возможностью перемешивания, предпочтительно турбулентного, очищаемой воды вместе с плавающей нагрузкой. Модуль электрокоагуляции содержит электроды, выполненные из алюминия или алюминиевого сплава, подключенные с возможностью изменения полярности электродов. To achieve the specified technical result, it was proposed to preliminarily evaluate the content of ozone-degradable impurities in the treated water, then to take the purified water into the pre-treatment module, to pre-purify the water with the removal of coarse impurities and suspended particles from the water, the first stage of ozonation, electrocoagulation with the removal of organic impurities, the second stage of ozonation, desalination of water, fine filtering of water and UV sterilization of purified water, and in the first and second For ozonation, the amount of ozone supplied to the treated water should be no more than 7% higher than the amount of ozone required for the purification process, and at the stage of final water purification, a consortium of microorganisms containing microorganisms inherent in the area and placed in the final purification module should be used. After the electrocoagulation step, water can be further purified by filtration. For this purpose, it is desirable to use a filter with a floating charge, on which a consortium of microorganisms containing microorganisms characteristic of the water withdrawal point can be placed. Positive buoyancy substances, in particular silica gel and / or activated carbon, can be used as a floating charge. After the second stage of ozonation, water can be collected in a storage tank. In the pre-treatment step, water is preferably passed through a hydrocyclone and / or coarse filter. It is preferable to use a set of metal grids as a coarse filter, to which voltage can be applied, creating an electric field that repels pollution elements. The intake of water for treatment, as well as the movement of water through the treatment system is preferably carried out by means of pumps. As fine filters, it is preferable to use a set of micromodules of hollow fibers, on the inner surface of which a consortium of microorganisms is located. The ozonation columns and the associated ozone generators are configured to control the supply of ozone to the columns. Regulation can be performed both by using partial removal of the generated ozone into the atmosphere, and by controlling the process of generating electrical parameters. In addition, the floating loading filtration module is configured to mix, preferably turbulent, purified water along with the floating load. The electrocoagulation module contains electrodes made of aluminum or aluminum alloy, connected with the possibility of changing the polarity of the electrodes.

В процессе очистки вода поступает на стадию предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц размером свыше 5 мкм. Затем при первом озонировании происходит уничтожение микроводорослей, частичное окисление органических загрязнений и окисление ионов металлов переменной валентности до высших степеней окисления. Озонированная вода поступает на стадию электрокоагуляции, где происходит электрокоагуляция органических примесей. Использование алюминиевых электродов приводит к более полной очистке воды. При использовании фильтрации с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Использование перемешивания увеличивает контакт очищаемой воды с плавающей загрузкой и расположенными на ней колониями микроорганизмов. На второй стадии озонирования происходит доокисление органических примесей и практически полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов. На последующей стадии обессоливания происходит удаление солей жесткости и солей железа. Тонкая фильтрация удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от остаточных неорганических и органических примесей посредством консорциума микроорганизмов. Финишная УФ - стерилизация очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум. In the process of purification, water enters the preliminary purification stage, at which coarse-dispersed impurities and suspended particles are separated over 5 microns in size. Then, during the first ozonation, the destruction of microalgae, partial oxidation of organic contaminants and oxidation of metal ions of variable valency to higher oxidation states occurs. Ozonated water enters the stage of electrocoagulation, where electrocoagulation of organic impurities occurs. The use of aluminum electrodes leads to a more complete water purification. When using filtering with a floating charge, coagulated organic impurities are separated, and an additional purification of water is carried out by a consortium of microorganisms. The use of mixing increases the contact of the treated water with a floating charge and the colonies of microorganisms located on it. At the second stage of ozonation, oxidation of organic impurities and the almost complete destruction of pathogens occur. At the subsequent stage of desalination, hardness salts and iron salts are removed. Fine filtering removes all contaminants that have gone into an insoluble state at the previous stages, and also additionally purifies water from residual inorganic and organic impurities through a consortium of microorganisms. Finishing UV - sterilization cleans water from microorganisms that are members of the consortium.

На чертеже приведена схема модульной установки, преимущественно используемой при реализации способа. The drawing shows a diagram of a modular installation, mainly used in the implementation of the method.

Модульная установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр 3 грубой очистки, колонну 4 первого озонирования с генератором 5 озона, модуль 6 электрокоагуляции, модуль 7 фильтрации с плавающей загрузкой, вторую колонну 8 озонирования с генератором 9 озона и деструктором 10 озона, бак-накопитель 11, насос 12, модуль 13 обессоливания, фильтр 14 тонкой очистки, УФ-реактор 15 и силовой модуль 16. Погружной насос 1, гидроциклон 2 и фильтр 3 грубой очистки входят в состав модуля 17 предварительной очистки. Колонна 4 первого озонирования, колонна 8 второго озонирования, генераторы 5 и 9 озона, а также деструктор 10 озона входят в состав модуля 18 озонирования. Фильтр 14 тонкой очистки и УФ-реактор 15 составляют модуль 19 финишной очистки. Силовой модуль 16 электрически соединен с насосами 1 и 12, генераторами 5 и 9 озона, деструктором 10 озона, модулями 6 и 13 и УФ-реактором 15. 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 floating filter module 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 are part of the pre-cleaning module 17. Column 4 of the first ozonation, column 8 of the second ozonation, ozone generators 5 and 9, as well as the ozone destructor 10 are part of the ozonation module 18. The fine filter 14 and the UV reactor 15 constitute the finishing module 19. The power module 16 is electrically connected to pumps 1 and 12, ozone generators 5 and 9, ozone destructor 10, modules 6 and 13, and a UV reactor 15.

В качестве модуля электрокоагуляции и модуля обессоливания предпочтительно использовать электролизеры с алюминиевыми электродами. В качестве силового модуля может быть использована дизель-генераторная установка или линия электропитания. Предпочтительно использовать электролизеры и УФ-реактор, выполненные с возможностью изменения режимов работы. As the electrocoagulation module and the desalination module, it is preferable to use electrolyzers with aluminum electrodes. As a power module, a diesel generator set or a power line can be used. It is preferable to use electrolyzers and a UV reactor configured to change operating modes.

Реализация изобретения происходит следующим образом. The implementation of the invention is as follows.

Предварительно определяют содержание удаляемых с использованием озона примесей в подлежащей очистке воде. С учетом проведенных измерений определяют необходимую концентрацию озона, которая должна быть генерирована в первой и второй колоннах озонирования. Preliminarily determine the content of impurities removed using ozone in the water to be treated. Based on the measurements, the necessary ozone concentration is determined, which should be generated in the first and second ozonation columns.

Очищаемую воду из источника (открытый водоем или артезианская скважина) посредством насоса 1 подают в гидроциклон 2, где происходит отделение взвешенных частиц, размер которых превышает 5 мкм, и грубодисперсных примесей. После гидроциклона 2 вода поступает в фильтр 3 грубой очистки, где происходит отделение нерастворимых примесей и, в случае использования металлических сеток и подачи на них электрического потенциала, частичное удаление ионов металлов. В очищенную подобным образом воду в колонне 4 первого озонирования вводят озон с концентрацией примерно 0,001 кг/м³, определенную на первом этапе. Происходит уничтожение болезнетворных микроорганизмов, уничтожение микроводорослей, окисление ионов металлов в высшие степени окисления и частичное окисление органических соединений, присутствующих в воде. Вода, содержащая остаточные количества озона, из колонны 4 озонирования поступает в модуль 6 электрокоагуляции, в котором происходит коагуляция коллоидных органических соединений. Присутствие остаточных количеств озона усиливает процесс коагуляции. При перемещении очищаемой воды от колонны 4 к модулю 7 происходит самопроизвольное распадение озона, и вода, поступившая в модуль 7, практически озона не содержит. Это приводит к появлению на плавающей загрузке, в качестве которой использован активированный уголь, консорциума микроорганизмов. Консорциум может быть внесен на плавающую загрузку искусственно или быть выделен в ходе работы установки. Плавающая загрузка практически полностью задерживает коагулированные органические соединения. Во второй колонне озонирования 8 в очищаемую воду вводят озон с концентрацией 0,0013 кг/м³, которая определена на первом этапе, при этом происходит доокисление органических примесей и полное уничтожение болезнетворных микроорганизмов и микроорганизмов консорциума, размещенного на плавающей загрузке и с потоком воды поступившего во вторую колонну озонирования. По возможности на выходе колонны 8 проводят контроль концентрации остаточного озона. В том случае, если концентрация достаточно высока и может вызвать гибель консорциума микроорганизмов, размещенного в блоке финишной очистки 19, то проводят, с использованием деструктора 10 озона, разложение излишков озона. На второй стадии озонирования происходит окисление оставшихся органических загрязнений. Практически очищенная от органических загрязнений вода поступает в модуль 13 обессоливания. Модуль обессоливания практически полностью удаляет соли жесткости и соединения группы железа. После модуля 13 обессоливания вода поступает в модуль 14 финишной очистки, в котором механически и под действием консорциума микроорганизмов происходит окончательное выделение нерастворимых и растворимых примесей до уровня, соответствующего питьевой воде. УФ-реактор, расположенный на выходе модуля 14, очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум.The purified water from the source (open pond or artesian well) is pumped into a hydrocyclone 2 through a pump 1, where suspended particles, the size of which exceeds 5 microns, and coarse impurities are separated. After hydrocyclone 2, water enters the coarse filter 3, where insoluble impurities are separated and, in the case of using metal grids and applying electric potential to them, partial removal of metal ions. Into a similarly purified water in the column 4 of the first ozonation, ozone is introduced with a concentration of about 0.001 kg / m ³ determined in the first step. The destruction of pathogens, the destruction of microalgae, the oxidation of metal ions to higher oxidation states and the partial oxidation of organic compounds present in water. Water containing residual amounts of ozone from the ozonation column 4 enters the electrocoagulation module 6, in which coagulation of colloidal organic compounds occurs. The presence of residual amounts of ozone enhances the coagulation process. When moving the purified water from column 4 to module 7, spontaneous decomposition of ozone occurs, and the water entering module 7 practically does not contain ozone. This leads to the appearance of a consortium of microorganisms on a floating load, which is used activated carbon. The consortium can be artificially brought to a floating load or can be allocated during the installation. Floating loading almost completely delays coagulated organic compounds. In the second ozonation column 8, ozone with a concentration of 0.0013 kg / m ³ , which was determined in the first stage, is introduced into the water to be purified, while the organic impurities are oxidized and the microorganisms and microorganisms of the consortium are completely destroyed and placed on a floating charge and with the flow of water received into the second ozonation column. If possible, the output of the column 8 controls the concentration of residual ozone. In that case, if the concentration is high enough and can cause the death of a consortium of microorganisms located in the finishing unit 19, then the ozone excess is decomposed using the ozone destructor 10. At the second stage of ozonation, the remaining organic pollutants are oxidized. Almost purified from organic contaminants, the water enters the desalination module 13. The desalination module almost completely removes hardness salts and compounds of the iron group. After the desalination module 13, water enters the final purification module 14, in which mechanically and under the influence of a consortium of microorganisms the final isolation of insoluble and soluble impurities takes place to a level corresponding to drinking water. The UV reactor located at the output of module 14 purifies the water from the microorganisms that make up the consortium.

Использование способа позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат, с низкой себестоимостью и высокого качества. Using the method allows the production of drinking water without high capital costs, with low cost and high quality.

Claims

1. A method of water purification, including pre-treatment, the first stage of ozonation, electrocoagulation, the second stage of ozonation and finishing treatment, characterized in that the content of ozone-degradable impurities is preliminarily determined, the amount of ozone generated in the first and second stages of ozonation exceeds the required amount by no more than 7%, moreover, at the finish, they are cleaned by a consortium of microorganisms containing microorganisms inherent in the area and placed in the finishing module.

2. The method according to claim 1, characterized in that after the stage of electrocoagulation, additional cleaning is carried out using a filter with a floating load.

3. The method according to claim 2, characterized in that silica gel and / or activated carbon is used as a floating load.

4. The method according to claim 1, characterized in that after the second stage of ozonation, water is collected in a storage tank.

5. The method according to p. 1, characterized in that at the stage of pre-treatment, water is passed through a hydrocyclone and / or rough filter.

6. The method according to claim 1, characterized in that a set of grids is used as a coarse filter.

7. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of finishing the water is sequentially passed through a fine filter containing a consortium of microorganisms and a UV reactor.

8. The method according to p. 7, characterized in that as a fine filter using a set of micromodules of hollow fibers.

9. A modular water purification device comprising a water pre-treatment module, an ozonation module, an electrocoagulation module, a floating filter module, a desalination module, a finishing module and a power module, the pre-treatment module being located between the source of water and the input of the ozonation module containing the first and second ozonation columns connected in series to which the first and second ozone generators are connected respectively, between the ozonation columns the electrocoagulation module and the filter module with a floating charge are connected, the output of the ozonation module is connected to the input of the desalination module, the output of which is connected to the input of the finishing module containing a fine filter and a UV reactor connected in series, the power module is electrically connected to ozone generators, the electrocoagulation module , a desalination module and a finishing module, characterized in that the ozonation columns and ozone generators are configured to control the supply of ozone to Olona filtering module with floating configured to mixing of treated water with the floating load, and a module electrocoagulation comprises electrodes made of aluminum or aluminum alloy and are connected with the possibility of changing the polarity of the electrodes.

10. The device according to claim 9, characterized in that the floating loading filtration module is configured to turbulently mix.

11. The device according to claim 9, characterized in that it further comprises a storage tank and / or pump, sequentially located after the second ozonation column.

12. The device according to p. 9, characterized in that the pre-treatment module contains a pump, a hydrocyclone and / or a coarse filter installed in series.

13. The device according to claim 9, characterized in that as a fine filter used micromodules of hollow fibers, on the inner surface of which there is a consortium of microorganisms.