RU2170712C2

RU2170712C2 - Apparatus for obtaining potable water

Info

Publication number: RU2170712C2
Application number: RU2000123097A
Authority: RU
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Алмазъ"
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: reactant-free water treatment. SUBSTANCE: apparatus has coarse purification unit, ozonation unit with ozone generator, coagulation unit, filter with floating charge, accumulating tank and fine purification unit, with mentioned units and floating charge being positioned in succession, and power unit, to which ozone generator is connected. Apparatus may be used for supplying of potable water to consumers positioned in temporary residence places or to consumers that do not need significant amounts of potable water, in particular, small-scale city designing and building objects. Apparatus may be also used in extreme situations, in particular, in case of sudden disconnection of consumer from water supply main. EFFECT: increased efficiency and improved quality of potable water. 14 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. 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.

Известна, в частности, блочная установка для очистки воды (RU, патент 2096342, C 02 F 1/78, 1997), содержащая блок (модуль) предварительной очистки, блок (модуль) озонирования, выполненный в виде первой и второй колонн озонирования, блок (модуль) электрокоагуляции, подключенный между колоннами озонирования, блок (модуль) финишной очистки, содержащий узел тонкой фильтрации и УФ - реактор, и силовой блок (модуль). При использовании установки исходную воду предварительно очищают с использованием блока предварительной 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, пригодная для питья, все же процесс нельзя признать оптимальным, поскольку практически полностью исключена очистка воды микроорганизмами. Использование двух стадий озонирования 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, все же в процессе эксплуатации было выяснено, что при незначительном количестве загрязнений и вызванном им малом расходе озона микроорганизмы в блоках оборудования погибают практически полностью и не участвуют в очистке воды. Кроме того, при этом происходит значительное воздействие озона на оборудование, что сокращает время работы оборудования и, следовательно, себестоимость очищаемой воды. Known, in particular, a block installation for water purification (RU, patent 2096342, C 02 F 1/78, 1997), containing a block (module) pre-treatment, block (module) ozonation, made in the form of the first and second columns of ozonation, block electrocoagulation (module) connected between the ozonation columns, a finishing block (module) containing a fine filtration unit and a UV reactor, and a power block (module). When using the installation, the source water is pre-treated using a pre-treatment unit. Pre-treated water is ozonated in two stages, between which water is treated by electrocoagulation, after the second stage of ozonation, salts are removed from the water, followed by final cleaning and UV - disinfection. Although the result is water suitable for drinking, the process cannot be considered optimal, since water purification by microorganisms is almost completely excluded. The use of two stages of ozonation 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, consequently, 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 destruction operation, unreacted ozone after the second stage of ozonation, it was found during operation that with a small amount of pollution and caused by Due to their low consumption of ozone, microorganisms in the equipment blocks 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 operating time of the equipment and, therefore, the cost of the treated water.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке безреагентной установки очистки воды, позволяющей повысить качество получаемой воды. The technical problem solved by the present invention is to develop a reagent-free water treatment plant, which allows to improve the quality of the resulting water.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении возможности очистки значительно загрязненной воды до квалификации "питьевая" при снижении ее себестоимости. The technical result obtained as a result of the implementation of the invention consists in providing the possibility of purifying significantly contaminated water to qualify as "drinking" while reducing its cost.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать установку, содержащую последовательно установленные блок предварительной очистки, колонну озонирования с генератором озона, блок коагуляции, фильтр с плавающей загрузкой, блок тонкой очистки, а также силовой блок, к которому подключен генератор озона, причем она дополнительно содержит накопительный бак, установленный между фильтром с плавающей загрузкой и блоком тонкой очистки. Блок предварительной очистки выполнен с возможностью, по меньшей мере, удаления механических частиц размером свыше 20 мкм, высота столба воды в колонне озонирования составляет не менее 4 метров. Накопительный бак выполнен с возможностью возвращения воздушно-озоновой смеси в любой из предыдущих блоков очистки, причем указанное возвращение осуществляют как за счет избыточного давления, создаваемого подушкой, так и за счет насоса, установленного на магистрали возврата. Блок тонкой очистки выполнен с возможностью отделения механических частиц свыше 5 мкм. Установка может дополнительно содержать камеру хлопьеобразования, расположенную между блоком коагуляции и фильтром с плавающей загрузкой, причем камера хлопьеобразования выполнена таким образом, что время нахождения в ней воды составляет не менее 4 минут. В установке может быть использован блок электрокоагуляции, причем площадь электродов электрокоагулятора составляет 1 м² на расход очищаемой воды от 0,5 до 1,5 м³/ч, или блок коагуляции с использованием жидкостных коагулянтов. Установка может также дополнительно содержать блок обессоливания, установленный между блоком предварительной очистки и колонной озонирования. Предпочтительно блок обессоливания выполнен в виде электролизера и соединен с силовым блоком. Установка может дополнительно содержать перед и/или после фильтра с плавающей загрузкой аналогичные колонны озонирования, генераторы озона которых подключены к силовому блоку. Преимущественно накопительный бак выполнен с возможностью тангенциального ввода воды. При этом обычно накопительный бак выполнен таким образом, что время нахождения воды в накопительном баке составляет не менее 20 мин. Предпочтительно дополнительно на выходе блока тонкой очистки установлен блок УФ - обработки, подключенный к силовому блоку. Обычно мощность блока УФ - обработки составляет до 20 Вт на 1 м³/ч. Преимущественно блок предварительной очистки содержит гидроциклон и/или фильтр грубой очистки и/или маслоотделитель, а блок тонкой очистки выполнен в виде намотанного патронного фильтра или в виде модуля полых волокон. На выходе установки может быть установлен узел дополнительного обеззараживания, предпочтительно выполненный в виде блока хлорирования или фторирования.In order to achieve the indicated technical result, it is proposed to use a unit containing a pre-treatment unit, an ozonation column with an ozone generator, a coagulation unit, a floating filter, a fine filter, and also a power unit to which an ozone generator is connected, and it additionally contains a storage unit a tank installed between a floating filter and a fine block. The preliminary cleaning unit is configured to at least remove mechanical particles larger than 20 microns in size, the height of the water column in the ozonation column is at least 4 meters. The storage tank is configured to return the air-ozone mixture to any of the previous purification units, the specified return being carried out both due to the excess pressure created by the cushion, and due to the pump installed on the return line. The fine block is made with the possibility of separating mechanical particles over 5 microns. The installation may further comprise a flocculation chamber located between the coagulation unit and the filter with a floating charge, and the flocculation chamber is designed so that the residence time of water in it is at least 4 minutes. An electrocoagulation unit can be used in the installation, moreover, the area of the electrocoagulator electrodes is 1 m ² for the flow rate of purified water from 0.5 to 1.5 m ³ / h, or a coagulation unit using liquid coagulants. The installation may also further comprise a desalination unit installed between the pre-treatment unit and the ozonation column. Preferably, the desalination unit is in the form of an electrolyzer and is connected to a power unit. The installation may additionally contain, before and / or after the floating-loading filter, similar ozonation columns, the ozone generators of which are connected to the power unit. Advantageously, the storage tank is configured to tangentially introduce water. In this case, the storage tank is usually designed in such a way that the residence time of the water in the storage tank is at least 20 minutes. Preferably, in addition to the output of the fine block, a UV processing unit is connected to the power block. Typically, the power of the UV processing unit is up to 20 W per 1 m ³ / h. Advantageously, the preliminary cleaning unit comprises a hydrocyclone and / or a coarse filter and / or an oil separator, and the fine cleaning unit is made in the form of a wound cartridge filter or in the form of a hollow fiber module. An additional disinfection unit may be installed at the outlet of the installation, preferably made in the form of a chlorination or fluorination unit.

Установка работает следующим образом. В процессе очистки вода поступает на стадию предварительной очистки, на которой происходит отделение грубодисперсных примесей и взвешенных частиц размером свыше 20 мкм. Затем при озонировании происходит уничтожение микроводорослей, частичное окисление органических загрязнений и окисление ионов металлов переменной валентности до высших степеней окисления. Озонированная вода поступает на стадию коагуляции, где происходит коагуляция органических примесей. При использовании фильтрации с плавающей загрузкой отделяют скоагулированные органические примеси, а также производят дополнительную очистку воды консорциумом микроорганизмов. Очищенная подобным образом вода поступает в накопительный бак. Не прореагировавший ранее озон, получившийся в результате разложения озона кислород и ранее растворенные в воде газы собираются в виде газовой подушки в верхней части накопительного бака. По газовой магистрали указанные газы могут быть переведены в любой из ранее использованных блоков очистки. Это позволяет исключить деструктор озона из конструкции накопительного бака, что уменьшает себестоимость установки, а также уменьшить концентрацию генерированного в колонне озона. Указанная подача может быть осуществлена посредством насоса, установленного на указанной магистрали. Тонкая фильтрация удаляет все загрязнения, перешедшие на предыдущих стадиях в нерастворимое состояние, а также производит дополнительную очистку воды от взвешенных частиц размером более 5 мкм и остаточных неорганических и органических примесей посредством консорциума микроорганизмов. Installation works as follows. In the process of purification, water enters the pre-treatment stage, at which coarse impurities and suspended particles are separated in size over 20 microns. Then, during ozonation, the destruction of microalgae occurs, partial oxidation of organic contaminants and oxidation of metal ions of variable valency to higher oxidation states. Ozonated water enters the coagulation stage, where coagulation of organic impurities occurs. 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. Water purified in this way enters the storage tank. Unreacted ozone, oxygen resulting from the decomposition of ozone, and gases previously dissolved in water are collected as a gas cushion in the upper part of the storage tank. On the gas main, these gases can be transferred to any of the previously used purification units. This eliminates the ozone destructor from the design of the storage tank, which reduces the cost of installation, as well as reduce the concentration of ozone generated in the column. The specified supply can be carried out by means of a pump mounted on the specified line. Fine filtering removes all contaminants that have gone into an insoluble state at the previous stages, and also additionally purifies water from suspended particles larger than 5 microns and residual inorganic and organic impurities through a consortium of microorganisms.

На стадии предварительной очистки возможно отделение органических гидрофобных загрязнений типа масел. При значительной минерализации исходной воды предпочтительно после блока предварительной очистки использовать блок обессоливания. При использовании камеры хлопьеобразования после блока коагуляции в указанной камере происходит практически полная коагуляция гидроксидов металлов и органических соединений. В случае значительных органических загрязнений до и/или после фильтра с плавающей загрузкой можно установить дополнительные колонны озонирования. При значительном микробиологическом загрязнении желательно на выходе установки после блока тонкой очистки установить блок УФ - обработки. Забор воды на очистку, а также движение воды по системе очистки предпочтительно осуществляют посредством насосов. At the pre-treatment stage, it is possible to separate organic hydrophobic contaminants such as oils. With significant salinity of the source water, it is preferable to use a desalination unit after the pre-treatment unit. When using the camera flocculation after the coagulation unit in the specified chamber is almost complete coagulation of metal hydroxides and organic compounds. In the case of significant organic contamination, additional ozonation columns can be installed before and / or after the filter with a floating charge. In case of significant microbiological contamination, it is advisable to install a UV processing unit at the plant outlet after the fine-cleaning unit. 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.

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

Установка содержит погружной насос 1, гидроциклон 2, фильтр 3 грубой очистки, колонну 4 озонирования с генератором 5 озона, блок 6 электрокоагуляции, камеру 7 хлопьеобразования, фильтр 8 с плавающей загрузкой, накопительный бак 9, блок 10 тонкой очистки, блок УФ - очистки 11 и силовой модуль 12. Бак 9 соединен магистралью 13 с дополнительными, газовыми, входами гидроциклона 2, колонны 4 озонирования, блока 6 электрокоагуляции и фильтра 8 с плавающей загрузкой. На указанных дополнительных входах установлены вентили 14 - 17. The installation contains a submersible pump 1, a hydrocyclone 2, a coarse filter 3, an ozonation column 4 with an ozone generator 5, an electrocoagulation unit 6, a flocculation chamber 7, a floating filter 8, a storage tank 9, a fine filter unit 10, a UV cleaning unit 11 and power module 12. Tank 9 is connected by line 13 with additional, gas, inputs of hydrocyclone 2, ozonation column 4, electrocoagulation unit 6 and filter 8 with a floating load. At these additional inputs are installed valves 14 - 17.

В качестве модуля электрокоагуляции и модуля обессоливания предпочтительно использовать электролизеры преимущественно с инертными 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 mainly with inert 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.

Установка в предпочтительном варианте реализации работает следующим образом. Installation in a preferred embodiment works as follows.

Очищаемую воду из источника (открытый водоем или артезианская скважина) посредством насоса 1 подают в гидроциклон 2 и фильтр 3 грубой очистки, где происходит отделение нерастворимых примесей свыше 20 мкм, а также, возможно, масел. В очищенную подобным образом воду в колонне 4 озонирования вводят озон с концентрацией примерно 0,001 кг/м³. Происходит уничтожение болезнетворных микроорганизмов и микроводорослей, окисление ионов металлов в высшие степени окисления и частичное окисление органических соединений, присутствующих в воде. Вода из колонны 4 озонирования поступает в модуль 6 электрокоагуляции, в котором происходит начальная коагуляция коллоидных органических соединений. Затем вода поступает в камеру хлопьеобразования 7, в которой происходит окончательное образование хлопьев указанных загрязнений. Плавающая загрузка практически полностью задерживает коагулированные органические соединения. После фильтра 8 вода поступает в накопительный бак 9 и в блок 10 тонкой очистки, в котором механически и под действием консорциума микроорганизмов происходит окончательное выделение нерастворимых и растворимых примесей до уровня, соответствующего питьевой воде. Блок 11 УФ - очистки, расположенный на выходе блока 10, очищает воду от микроорганизмов, входящих в консорциум. Газовая смесь, содержащая озон, из накопительного бака 9 по магистрали 13 через любой из вентилей 14 - 17 поступает в любой из ранее используемых блоков очистки.The purified water from the source (open pond or artesian well) is pumped into a hydrocyclone 2 and a coarse filter 3 through a pump 1, where insoluble impurities in excess of 20 microns are separated, as well as, possibly, oils. Ozone is introduced into a similarly purified water in an ozonation column 4 with a concentration of about 0.001 kg / m ³ . Destruction of pathogens and microalgae, oxidation of metal ions to higher oxidation states and partial oxidation of organic compounds present in water. Water from the column 4 ozonation enters the module 6 electrocoagulation, in which the initial coagulation of colloidal organic compounds. Then the water enters the flocculation chamber 7, in which the final formation of flocs of the indicated contaminants occurs. Floating loading almost completely delays coagulated organic compounds. After filter 8, water enters the storage tank 9 and into the fine-purification unit 10, in which, mechanically and under the influence of a consortium of microorganisms, the final isolation of insoluble and soluble impurities takes place to the level corresponding to drinking water. Block 11 UV - cleaning, located at the outlet of block 10, purifies water from microorganisms that are members of the consortium. The gas mixture containing ozone from the storage tank 9 through line 13 through any of the valves 14 - 17 enters any of the previously used cleaning units.

Использование установки позволяет производить питьевую воду без больших капитальных затрат и с низкой себестоимостью, поскольку отпадает необходимость даже в случае сильных загрязнений исходной воды дублировать блоки очистки. Using the installation allows you to produce drinking water without high capital costs and low cost, since there is no need to duplicate the treatment units even in case of severe pollution of the source water.

Claims

1. Installation of drinking water, containing sequentially installed pre-treatment unit, an ozonation column with an ozone generator, a coagulation unit, a floating filter, a fine filter unit, as well as a power unit to which an ozone generator is connected, characterized in that it further comprises an accumulation tank installed between the filter with a floating charge and the fine cleaning unit, and the preliminary cleaning unit is configured to at least remove mechanical particles the size of yshe 20 m, the water column height in the column ozonation is not less than 4 m, the storage tank is configured to return a gas mixture containing ozone, in any of the preceding block, and the block fine filter arranged to mechanical separation of particles over 5 microns.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it further comprises a flocculation chamber located between the coagulation unit and the filter with a floating charge, and the flocculation chamber is made in such a way that the residence time of water in it is at least 4 m.

3. The installation according to claim 1, characterized in that the used block electrocoagulation, and the area of the electrodes of the electrocoagulator is 1 m ² for the flow of purified water from 0.5 to 1.5 m ³ / h

4. Installation according to claim 1, characterized in that it further comprises a desalination unit installed between the pre-treatment unit and the ozonation column.

5. Installation according to claim 4, characterized in that the desalination unit is made in the form of an electrolyzer and is connected to a power unit.

6. Installation according to claim 1, characterized in that it further comprises, before and / or after the floating-loading filter, similar ozonation columns, the ozone generators of which are connected to the power unit.

7. Installation according to claim 1, characterized in that the pressure tank is configured to tangentially introduce water.

8. Installation according to claim 7, characterized in that the pressure tank is made in such a way that the residence time of water in the pressure tank is at least 20 minutes.

9. Installation according to claim 1, characterized in that in addition to the output of the fine cleaning unit, a UV processing unit is installed connected to the power unit.

10. Installation according to claim 9, characterized in that the power of the UV processing unit is up to 20 W per 1 m ³ / h.

11. Installation according to claim 1, characterized in that. that the pre-treatment unit contains a hydrocyclone and / or a coarse filter and / or an oil separator.

12. Installation according to claim 1, characterized in that the fine-cleaning unit is made in the form of a wound cartridge filter or as a module of hollow fibers.

13. Installation according to claim 1, characterized in that an additional disinfection unit is installed at the output of the installation.

14. Installation according to item 13, wherein the disinfection unit is made in the form of a chlorination or fluorination unit.