WO2023204727A1 - Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации - Google Patents

Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации Download PDF

Info

Publication number
WO2023204727A1
WO2023204727A1 PCT/RU2022/000299 RU2022000299W WO2023204727A1 WO 2023204727 A1 WO2023204727 A1 WO 2023204727A1 RU 2022000299 W RU2022000299 W RU 2022000299W WO 2023204727 A1 WO2023204727 A1 WO 2023204727A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
ultrafiltration
ozone
ejector
ultrafiltration device
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/000299
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Валерьевич ТАТЕОСОВ
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич ТАТЕОСОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2022110402A external-priority patent/RU2795583C1/ru
Application filed by Дмитрий Валерьевич ТАТЕОСОВ filed Critical Дмитрий Валерьевич ТАТЕОСОВ
Publication of WO2023204727A1 publication Critical patent/WO2023204727A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/16—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds

Definitions

  • the invention relates to the field of water purification, namely to methods and devices for its purification using the ultrafiltration method and is intended primarily for purifying water with organic contaminants.
  • a water purification plant including ultrafiltration devices with membrane ceramic elements, an ozonizer, an ejector and a mixing chamber. Using these devices, water is purified by supplying water simultaneously with the ozone mixture into the mixing chamber, and then into two sequentially installed ultrafiltration apparatuses [2].
  • the closest (prototype) in terms of the set of essential features to the claimed invention is a method of purifying water with organic impurities by ultrafiltration, consisting of preliminary preparation of water for ultrafiltration, which consists of preliminary purification, for example, on a mesh filter, ozonation while simultaneously mixing by recirculation in a contact container , as well as during the process of ultrafiltration itself [3].
  • This method is implemented on a device containing a pre-cleaning device, a water-jet ejector, a contact tank, and an ultrafiltration device, which are sequentially organized into a single technological chain.
  • the disadvantages of the method and, accordingly, the device for its implementation is the contamination of the membrane surface with oxidation products of organic impurities and, as a result, a decrease in their filtering ability, which leads to the need for additional cleaning measures or restoration of membrane functionality.
  • the solved problem of the claimed invention is to eliminate the shortcomings of the above technical solution and achieve a technical result in reducing the degree of contamination of the surface of ultrafiltration membranes with oxidation products of organic and organochlorine impurities (organic impurities or organics), which leads to an increase in the efficiency of water purification and a reduction in the number of measures for cleaning the membranes .
  • the technical result should also be considered an expansion of the arsenal of technical means for purifying water with organic impurities using the ultrafiltration method, as well as devices for its implementation.
  • Preliminary preparation is carried out, for example, by filtration on mechanical filters, chemical treatment, oxidation, settling. These techniques can be used in different variations and sequences. Among them, oxidation with ozone with simultaneous stirring should be highlighted, which allows for the oxidation of organic impurities in water and transforms them into a colloidal viscous (slime-like) state. In this state, these impurities can already be separated. In addition, ozonation solves the problem of disinfection from bacteria and viruses.
  • the most effective way of ozonation is to supply the ozone mixture into the volume of water being treated through a water-jet ejector (ejector).
  • the water to be treated with ozone is usually located in a contact container.
  • Other known methods of ozonation - parallel supply of gas and liquid components or bubbling is less effective, although possible.
  • Ozone-air or ozone-oxygen mixtures are usually used as ozone mixtures, depending on the degree of water contamination and the size of its volume.
  • the use of an ejector allows you to adjust the direction of the jet, the intensity of the flow, as well as the gas-liquid ratio.
  • water-jet ejector in the present invention we mean an ejector when implementing a pressure line for injection with water, while an ozone gas mixture is supplied through the suction line.
  • the suction line is located on the side of the pressure line. This line is connected to the receiving chamber of the ejector, in which a vacuum is created due to the high-speed flow of water from the ejector pressure line. Due to this vacuum, the ozone gas mixture is absorbed and subsequently mixed with water.
  • Water treated with ozone in a contact tank, together with oxidation products of organic impurities, is sent to an ultrafiltration device (ultrafiltration module).
  • This water enters the inlet compartment (receiving chamber) of the ultrafiltration device through an ejector, which is a device for inlet of filtered water into the inlet compartment of the ultrafiltration device.
  • the ozone mixture again enters through the suction pipe of the ejector.
  • the ejector is adjustable, i.e. with the ability to regulate the flow rate of the pressure water flow and the flow of the sucked ozone mixture, as well as the pressure in the receiving chamber. In some cases, it is possible to make an ejector with two suction pipes for introducing additional components.
  • water can be introduced into the ultrafiltration device using a group of ejectors.
  • One of the benefits of this is the increased ozonation of water, as well as the rate of filtration.
  • additional oxidation of organic impurities occurs in the receiving chamber of the ultrafiltration device. This can be facilitated by the turbulent regime of filtered water formed at the outlet of the ejector, which is achieved by increasing the pressure of the discharge flow.
  • organic oxidation products formed in the contact container and in the receiving chamber of the ultrafiltration device accumulate in the receiving chamber, which complicates the filtration process. For this reason, an outlet line is organized from the volume of the receiving chamber of the ultrafiltration device (filter) with connection to the contact tank.
  • a second recirculation line is obtained according to the following scheme: output from the filter receiving chamber - entrance to the contact tank and then through the contact tank to the ejector at the filter inlet. Additionally, in some cases, it is advisable to install a trap for organic oxidation products and/or drains on this line in a technologically determined place. In particular, it is advisable to do this in the case of small volumes of the receiving chamber of the ultrafiltration device. All lines of the technological scheme, inputs and outputs to its devices are equipped with shut-off and control valves.
  • the approximate conditions for filtration on ultramembranes are as follows: differential pressure 0.05 - 0.6 MPa, flow rate of the ozone-air mixture through the ejector 0.3 - 30 m 3 /hour, dissolved ozone content in water 0.01 - 1.0 g/m 3 , degree of water purification up to 92%.
  • catholyte from an external electrolyzer can be introduced into the receiving chamber of the ultrafiltration device to create an environment with a pH from 8.0 to 11.0.
  • a serious problem with the efficiency of filtration on an ultrafiltration device is contamination of the surface of ultrafiltration membranes with viscous oxidation products of organic matter, which are predominantly colloidal formations. These products stick to the surface of the membranes and clog the pores, which prevents filtration. It is known from practice that sticking of viscous products on membranes is prevented organization of high-speed and/or turbulent mode of liquid movement in the receiving chamber of the filter due to the mechanical churning of these products by the liquid flow. This process is significantly enhanced in the case of a special organization of bubble mode in these liquid flows, i.e. creating a significant number of bubbles in the flow of filtered water or organizing a water-bubble flow.
  • Such an effective bubble mode of knocking down viscous organic oxidation products from the surface of ultrafiltration membranes is achieved using a water-jet ejector with the following parameters: water flow through the water-jet ejector is from 0.5 to 45 m 3 /hour, the flow of ozone-air or ozone-oxygen mixture is from 0.3 to 30 / m 3 / hour, the ratio of the diameter of the suction flow nozzle to the diameter of the water flow injection nozzle is from 0.35 to 1.0, the pressure in the ejector discharge line is varied in the range from 0.2 to 1.6 MPa , the vacuum in the receiving chamber of the water-jet ejector relative to atmospheric pressure is in the range from 0.03 to 0.098 MPa.
  • An even greater increase in cleaning efficiency can be achieved by using a group of ejectors located in optimal locations. Such places, for example, are the location between tubular membranes or the direction corresponding to the flow around the surface of the membrane.
  • Effective flow of water-bubble flow around the surface of the membranes is achieved by the optimal location of the ejector, as well as the additional implementation of separators and flow guides, which direct the water-bubble flow directly to the surface of the membranes, while regulating the flow rate.
  • the efficiency of cleaning the surface of membranes is also increased by the use of ceramic materials based on oxides, for example, based on silicon and titanium oxides, as materials for their manufacture. This can be explained by the low physicochemical affinity of organic oxidation products for these oxides, which follows from the practice of using ceramic ultrafiltration membranes.
  • the design of the contact tank is a chamber with inputs for source water and an ejector, as well as a second recycling line; the tank also contains an outlet to the pipeline directed to the ultrafiltration device.
  • the ultrafiltration device is a container, mostly cylindrical, inside which tubular membranes made of titanium and silicon oxides are placed.
  • the pore size of the membranes ranges from 0.001 to 0.1 microns.
  • the total filtering surface of the membranes ranges from 0.15 to 2 m2 for one tubular membrane or up to 24 m2 for the entire device, which is made mainly with 12 membranes.
  • the container of the filtration device has partitions that, together with membranes, divide its space into a receiving chamber and a filtrate compartment.
  • This container has inlets for placing an ejector and two outlets for connecting the second recycling pipeline and the filtrate outlet pipeline. If more than one ejector is used, then a corresponding number of inputs are made in the tank.
  • These structures and structural elements can be made of stainless and polymer, as well as composite materials.
  • water flow through the water jet ejector ranges from 0.5 to 45 m 3 /hour
  • the consumption of ozone-air or ozone-oxygen mixture ranges from 0.3 to 30 m 3 /hour
  • the pressure in the receiving chamber of the water-jet ejector is in the range from 0.2 to 1.6 MPa.
  • the given essential features are distinctive from the closest technical solution, etc. each of them is not contained in the totality of essential features of the prototype, i.e. is not present in the list of features implemented in the prototype and is not their characteristic.
  • the indicated essential features distinguishing from the prototype, including their characteristics, ensure the achievement of the declared technical result when using other essential features of the invention specified in the description.
  • the set of essential features of the claimed invention which makes it possible to achieve the declared technical result, differs from the set of essential features of analogues, a prototype, as well as other known sources of data, i.e. the use of this set of essential features to obtain the stated technical result is not known.
  • the claimed invention is not known from the prior art.
  • the method described above for purifying water with organic impurities by ultrafiltration involves the implementation of a device, the design elements of which were described above when describing this method, namely: a device for purifying water with organic impurities by ultrafiltration, including an ozonation device, a contact tank, a recycling line and the device itself ultrafiltration.
  • the device includes an additional recycling line from the ultrafiltration device with return through the contact tank, as well as an additional ozonation device (additional devices) at the inlet to the ultrafiltration device in the form of at least one water-jet ejector, in which the working diameter of the suction nozzle is related to the working diameter of the nozzle discharge lines in the range of values from 0.35 to 1.0, while these nozzles provide the ability to carry out a flow rate of ozone-air or ozone-oxygen mixture for each ejector in an amount from 0.3 to 30 m 3 /hour and a water flow rate of from 0.5 to 45 m 3 /hour, which makes it possible to create a water-bubble flow in the receiving chamber of the filter, enveloping the surface of the membranes.
  • additional ozonation device additional devices
  • the above-described device for purifying water with organic impurities using the ultrafiltration method characterized in that a catholyte supply line is made into the receiving chamber of the ultrafiltration device from an external electrolyzer to create an alkaline environment in the filtered water.
  • the claimed invention “Method for purifying water with organic impurities by ultrafiltration and a device for its implementation” is carried out as follows.
  • the implementation of the method begins with cleaning from coarse impurities using filters or mechanical cleaning devices.
  • the water is sent to a contact container, where it is ozonated 1 in order to oxidize organic impurities and disinfect while simultaneously mixing by recirculating 2 according to the scheme: exit from the container - entrance to the container.
  • the ozone-treated water is sent to an ultrafiltration device for further purification (ultrafiltration stage) 3.
  • Water supply to the device ultrafiltration is carried out through a water-jet ejector 31.
  • an ozone-air or ozone-oxygen mixture 32 is supplied through the ejector.
  • additional components 33 can be supplied through an additional ejector pipe or other device.
  • Part of the filtered water is removed from the receiving chamber of the device into a contact container , thus implementing the second recirculation line 34 according to the scheme: exit from the filter receiving chamber - entrance to the contact tank and then through the contact tank to the ejector at the filter inlet.
  • the second recirculation line On the recirculation line, separation of oxidation products of organic impurities is organized using a special trap 35.
  • a filtrate line 36 is removed. Ultrafiltration is carried out through tubular-shaped ceramic membranes 4 with a pore size of 0.01-0.1 microns.
  • a directed water-bubble flow 42 is organized, which knocks off the oxidation products of organic impurities 43 from the surface of the membranes.
  • the approximate conditions for filtration on ultramembranes are as follows: differential pressure 0.05 - 0.6 MPa, flow rate of the ozone-air mixture through ejector 0.3 - 30 m 3 /hour), dissolved ozone content in water 0.01-1.0 g/m 3 , degree of water purification up to 92%.
  • the total filtering surface of the membranes ranges from 0.15 to 2 m2 (up to 24 m2 for the entire ultrafiltration device).
  • the water intended for purification is first passed through a mechanical filter and then sent to a contact tank for ozonation.
  • Ozonation is carried out either by bubbling through a layer of water or using a water-jet ejector installed at the entrance to the container.
  • water is mixed in a contact container with the ozone mixture using recycling through an external circuit according to the scheme: exit from the container - entrance to the container.
  • the water thus ozonized is sent to an ultrafiltration device.
  • At the entrance to this device there is a water-jet ejector, with the help of which additional ozonation of water is carried out with an ozone-air or ozone-oxygen mixture.
  • the source water had the following characteristics: iron content 1.5 mg/dm 3 , manganese content from 0.3 mg/dm 3 , petroleum products 0.1 mg/dm 3 , ammonia 2.5 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 6 mg Og/dm 3 , presence of traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • the said water was directed into a contact container with a volume of 400 l, where an ozone-air mixture with an ozone content of 8 mg/l was bubbled through it. From the container, ozonized water was sent to an ultrafiltration device. At the same time, at the outlet of the container, part of the flow was taken and directed through an external pipeline again to the entrance to the container, thus carrying out mixing.
  • the water consumption was 2 m 3 /hour.
  • the differential pressure of filtration through the membranes was 0.2 MPa, the filtration surface of the membranes was 2.0 m 2 .
  • the water had the following characteristics: iron content 0.2 mg/dm 3 , manganese content from 0.1 mg/dm 3 , petroleum products 0.01 mg/dm 3 , ammonia 1.6 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 4 mg Og/dm 3 , no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once a week.
  • the vacuum in the receiving chamber of the water-jet ejector relative to atmospheric pressure is in the range from 0.03 to 0.098 MPa. Example 2.
  • the source water had characteristics similar to those specified in example 1. Water purification was also carried out according to the method specified in example 1. However, in addition to this, part of the filtered water was discharged from the receiving chamber back to the contact tank through a separate pipeline, implementing a second recycling circuit. Periodically, slimy organic oxidation products were drained from the trap. In the receiving chamber in the near-membrane layer, a water-bubble flow was carried out, cleaning the surface of the membranes, as judged by visual observations through a special transparent window.
  • the water-bubble mode was carried out by maintaining the following characteristics: water flow was 0.5 m 3 /hour, ozone-air mixture flow rate was 0.3 m 3 /hour, while the diameter of the suction nozzle was 3 mm, and the diameter of the discharge nozzle was 3 mm , the vacuum in the receiving chamber of the water-jet ejector relative to atmospheric pressure was 0.03 MPa, the content of dissolved ozone in water was 0.01 g/m 3 , the differential filtration pressure through the membranes was 0.05 MPa, the filtration surface of the membranes was 0.15 m 2 (for one tubular membrane).
  • the water had the following characteristics: iron content 0.01 mg/dm 3 , manganese content from 0.01 mg/dm 3 , petroleum products 0.01 mg/dm 3 , ammonia 0.5 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 1 mg Og/dm 3 , no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • the inlet compartment of the ultrafiltration device and its membranes are cleaned once every 4 months.
  • the source water had characteristics similar to those specified in example 1. Water purification was also carried out according to the method specified in example 1. However, in addition to this, part of the filtered water was discharged from the receiving chamber back to the contact tank through a separate pipeline, implementing a second recycling circuit. A separation trap was installed on this line oxidation products of organic impurities. Periodically, slimy organic oxidation products were drained from the trap. In the receiving chamber in the near-membrane layer, a water-bubble flow was carried out, cleaning the surface of the membranes, as judged by visual observations through a special transparent window.
  • the water-bubble mode was carried out by maintaining the following characteristics: water flow was 45 m 3 /hour, ozone-air mixture flow rate was 30 m 3 /hour, while the diameter of the suction nozzle was 20 mm, and the diameter of the discharge nozzle was 56 mm, vacuum in the receiving chamber of the water-jet ejector relative to atmospheric pressure was 0.098 MPa, the differential pressure of filtration through the membranes was 0.6 MPa, the filtration surface of the membranes was 24 m 2 (for 12 tubular membranes). Water was introduced through a group of ejectors in the amount of 6.
  • the water had the following characteristics: iron content 0.02 mg/dm 3 , manganese content from 0.03 mg/dm 3 , petroleum products 0.01 mg/dm 3 , ammonia 0.6 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 1.5 mg Og/dm 3 , no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • iron content 0.02 mg/dm 3
  • manganese content from 0.03 mg/dm 3
  • petroleum products 0.01 mg/dm 3
  • ammonia 0.6 mg/dm 3 0.6 mg/dm 3
  • permanganate oxidation from 1.5 mg Og/dm 3
  • no traces of chlorine and organochlorine compounds no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • the source water had the following characteristics: iron content 15 mg/dm 3 , manganese content from 1 mg/dm 3 , petroleum products 0.5 mg/dm 3 , ammonia 7 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 10 mg Og/dm 3 , presence traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • Water purification was also carried out according to the method specified in example 2. However, in addition to this, part of the purified water passed through an electrolyzer and catholyte was supplied to the contact tank through a separate pipeline, which increased the pH to 8.5. In the receiving chamber in the near-membrane layer, a water-bubble flow was carried out, cleaning the surface of the membranes, as judged by visual observations through a special transparent window.
  • the water-bubble mode was carried out by maintaining the following characteristics: the water flow rate was 3 m 3 /hour, the ozone-air mixture flow rate was 1 m 3 /hour, while the diameter of the suction nozzle was 6 mm, and the diameter of the nozzle discharge - 8 mm, the vacuum in the receiving chamber of the water-jet ejector relative to atmospheric pressure was 0.05 MPa, the differential filtration pressure through the membranes was 0.2 MPa, the filtration surface of the membranes was 1 2 .
  • the water had the following characteristics: iron content 0.01 mg/dm 3 , manganese content from 0.01 mg/dm 3 , petroleum products 0.01 mg/dm 3 , ammonia 0.3 mg/dm 3 , permanganate oxidation from 1.5 mg Og/dm 3 , no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • iron content 0.01 mg/dm 3
  • manganese content from 0.01 mg/dm 3
  • petroleum products 0.01 mg/dm 3
  • ammonia 0.3 mg/dm 3 ammonia 0.3 mg/dm 3
  • permanganate oxidation from 1.5 mg Og/dm 3
  • no traces of chlorine and organochlorine compounds no traces of chlorine and organochlorine compounds.
  • the claimed invention is a technical solution, because represents a solution to the problem of achieving the stated technical result by implementing a method that consists in carrying out actions on material objects using material means.
  • the material objects are water and ozone gas mixtures. Actions are carried out on these material objects: water supply, water treatment with ozone, water purification by filtration, flow separation, regulation of the supply and consumption of water and ozone mixtures. All actions on the specified material objects are performed in time and in a certain sequence. Moreover, the totality of these actions - the essential features of this invention - is technologically and functionally interconnected and united by a single creative concept.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам и устройствам очистки воды с наличием органических загрязнений. Техническим результатом изобретения является снижения степени загрязнения поверхности мембран ультрафильтрации. Технический результат достигается за счет очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, который состоит из подготовки воды, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации. Воду подают в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоновой смеси через эжектор, в то же время организуют второй цикл рециклирования. В примембранном пространстве устройства ультрафильтрации организуют скоростной газо-жидкостной режим с образованием пузырьков. При этом расход воды через эжектор составляет от 0,5 до 45 м3/час, расход озоновой смеси от 0,3 до 30 м3/час, давление в линии нагнетания эжектора в интервале значений от 0,2 до 1,6 Мпа. Указанный способ осуществляют с помощью устройства, включающего устройство озонирования, контактную емкость, линию рециклирования и собственно устройство ультрафильтрации, а также по меньшей мере одного водоструйного эжектора на входе в устройство ультрафильтрации.

Description

Название изобретения
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ МЕТОДОМ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ
Область техники
Изобретение относится к области очистки воды, а именно к способам, а также устройствам ее очистки с помощью метода ультрафильтрации и предназначено, прежде всего для очистки воды с органическими загрязнениями.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время известно множество способов и устройств очистки воды для определенных целевых нужд, позволяющих добиться заданной степени очистки. Во многих случаях эффективно решить эту задачу удается с помощью использования метода ультрафильтрации [1].
Часто перед ультрафильтрацией воды и/или на первичных этапах ее обработки целесообразно одновременно проводить обеззараживание, которое во многих случаях проводят с помощью озонирования. Так, например, известна установка очистки воды, включающая ультрафильтрационные аппараты с мембранными керамическими элементами, озонатор, эжектор и смесительную камеру. С помощью этих устройств осуществляют очистку воды путем подачи воды одновременно с озоновой смесью в смесительную камеру, а потом в два последовательно установленных ультрафильтрационных аппарата [2]. Однако в случае наличия в воде органических примесей (а они в ней находятся почти всегда) они окисляются озоном с образованием вязких продуктов реакции (слизи), которые загрязняют - обволакивают поверхность мембран, забивают поры и снижают эффективность фильтрации. Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящий из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в предварительной очистке, например, на сетчатом фильтре, озонировании при одновременном перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации [3]. Указанный способ реализуют на устройстве, содержащем устройство предварительной очистки, водоструйный эжектор, контактную емкость, устройство ультрафильтрации, которые последовательно организованы в единую технологическую цепочку. Недостатками способа и соответственно устройства для его осуществления является загрязнение поверхности мембран продуктами окисления органических примесей и вследствие этого снижение их фильтрующей способности, что приводит к необходимости дополнительных мероприятий очистки или восстановления работоспособности мембран.
Решаемая задача и достигаемый технический результат
Решаемой задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении снижения степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических и хлорорганических примесей (органических примесей или органики), что приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран. Кроме того, техническим результатом следует считать также расширение арсенала технических средств способов очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления.
Раскрытие изобретения
Достижения указанного технического результата в заявляемом изобретении достигают за счет осуществления способа очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящего из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации через мембраны. Вместе с этим осуществляют подачу воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоновоздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор, организуют второй цикл рециркуляции через устройство ультрафильтрации в контактную емкость и снова в устройство ультрафильтрации, устанавливают в примембранном пространстве устройства ультрафильтрации скоростной и/или турбулентный газо-жидкостной режим с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком, при установлении расхода воды через водоструйный эжектор в интервале значений от 0,5 до 45 м3/час, расхода озоновоздушной или озоно-кислородной смеси в интервале значений от 0,3 до 30 м3/час, а также давления в линии нагнетания эжектора в интервале значений от 0,2 до 1,6 Мпа.
Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание способа.
В процессе очистки воды с использованием ультрафильтрации сначала осуществляют ее предварительную подготовку, целью которой, в основном, является очистка от грубых механических загрязнений и снижение количества других загрязнений, в том числе гомогенных, что позволяет осуществлять последующую ультрафильтрацию с большей эффективностью. Предварительную подготовку осуществляют, например, фильтрацией на механических фильтрах, химической обработкой, окислением, отстаиванием. Эти приемы можно использовать в разных вариантах и последовательностях. Среди них следует выделить окисление озоном с одновременным перемешиванием, что позволяет провести окисление, находящихся в воде органических примесей и переводит их в коллоидное вязкое (слизеобразное) состояние. В таком состоянии эти примеси можно уже отделить. Кроме того, озонирование решает задачу обеззараживания от бактерий и вирусов.
Как показывает практика, наиболее эффективным способом озонирования является подача озоновой смеси в объем обрабатываемой воды через водоструйный эжектор (эжектор). Подлежащая обработке озоном вода, находится, как правило, в контактной емкости. Другие известные способы озонирования - параллельная подача газовых и жидкостных компонентов или барботаж менее эффективны, хотя и возможны. В качестве озоновых смесей обычно используют озоно-воздушную или озоно-кислородную смеси, в зависимости от степени загрязнения воды и величины ее объема. Кроме того, использование эжектора позволяет регулировать направление струи, интенсивность потока, а также соотношение газ-жидкость. Большей эффективности озонирования удается достичь за счет использования приема рециклирования через контактную емкость по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Для выполнения рециклирования организуют внешнюю, относительно контактной емкости, трубопроводную линию. В результате озонирования воды в емкости в ней уже образуются продукты окисления органики. Однако полного окисления органических примесей воды в контактной емкости, как правило, достичь не удается. Под водоструйным эжектором в настоящем изобретении понимаем эжектор при осуществлении напорной линии нагнетания водой, при этом по всасывающей линии подводят озоновую газовую смесь. Всасывающую линию выполняют сбоку от напорной линии. Эту линию подсоединяют к приемной камере эжектора, в которой создают разряжение за счет скоростного потока воды напорной линии эжектора. За счет этого разряжения осуществляют всасывание озоновой газовой смеси и ее последующее смешение с водой.
Обработанную озоном в контактной емкости воду вместе с продуктами окисления органических примесей направляют в устройство ультрафильтрации (модуль ультрафильтрации). Эта вода поступает в отделение входа (приемную камеру) устройства ультрафильтрации через эжектор, являющийся устройством входа фильтруемой воды в отделение входа устройства ультрафильтрации. Одновременно через всасывающий патрубок эжектора опять-таки поступает озоновая смесь. Преимущественно эжектор выполняют регулируемым, т.е. с возможностью регулирования расхода напорного водяного потока и потока всасываемой озоновой смеси, а также давления в приемной камере. В ряде случаев возможно выполнение эжектора с двумя всасывающими патрубками для введения дополнительных компонентов. По конструктивным и технологическим причинам воду можно вводить в устройство ультрафильтрации с помощью группы эжекторов. Одним из преимуществ этого является усиления озонирования воды, а также скорости фильтрации. В приемной камере устройства ультрафильтрации происходит дополнительное окисление органических примесей. Этому может способствовать турбулентный режим фильтруемой воды, образующийся на выходе из эжектора, чего достигают увеличением давления потока нагнетания. Таким образом, в приемной камере накапливаются продукты окисления органики, образующиеся в контактной емкости и в приемной камере устройства ультрафильтрации, что затрудняет процесс фильтрации. По этой причине из объема приемной камеры устройства ультрафильтрации (фильтра) организуют линию отвода с присоединением к контактной емкости. В результате этого получают вторую линию рециркуляции по схеме: выход из приемной камеры фильтра - вход в контактную емкость и далее через контактную емкость к эжектору на входе в фильтр. Дополнительно на этой линии в технологически обусловленном месте в ряде случаев целесообразно устанавливать ловушку для продуктов окисления органики и/или слив. В частности, это целесообразно делать в случае небольших объемов приемной камеры устройства ультрафильтрацции. Все линии технологической схемы, входы и выходы в ее устройства оборудованы запорной и регулировочной арматурой. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0,05 - 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 0,3 - 30 м3/час, содержание растворенного озона в воде 0,01- 1 ,0 г/м3, степень очистки воды до 92%.
Известно, что в щелочной среде более полно происходит окисление органических примесей, поэтому для реализации этого свойства в приемной камере целесообразно создавать щелочную среду [4]. Для этого в приемную камеру устройства ультрафильтрации могут вводить католит из внешнего электролизера до создания среды с pH от 8,0 до 11 ,0.
Серьезной проблемой эффективности фильтрации на устройстве ультрафильтрации является загрязнение поверхности ультрафильтрационных мембран вязкими продуктами окисления органики, которые преимущественно являются коллоидными образованиями. Эти продукты залипают на поверхности мембран и закупоривают поры, что препятствует фильтрации. Из практики известно, что залипанию вязких продуктов на мембранах препятствует организация скоростного и/или турбулентного режима движения жидкости в приемной камере фильтра за счет механического сбивания этих продуктов потоком жидкости. Этот процесс значительно усиливается в случае специальной организации в указанных потоках жидкости пузырькового режима, т.е. создания в потоке фильтруемой воды значительного количества пузырьков или организации водно-пузырькового потока. Причем организация такого режима необходима прежде всего в примембранном пространстве, т.е. в пространстве, прилегающем к поверхности мембран. Вследствие этого образуют газо-жидкостной поток, в котором газ находится в виде большого количества пузырьков, которые сбивают вязкие налипания на поверхности мембран при одновременном воздействии скоростного потока воды. Эффективность очистки мембран от налипания вязких продуктов окисления органики за счет их сбивания при обтекании поверхности мембран водно-пузырьковым потоком доказана на практике. Такого эффективного пузырькового режима сбивания вязких продуктов окисления органики с поверхности ультрафильтрационных мембран достигают при использовании водоструйного эжектора при следующих параметрах: расход воды через водоструйный эжектор составляет от 0,5 до 45 м3/час, расход озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси составляет от 0,3 до 30 / м3/час, соотношение диаметра сопла потока всасывания к диаметру сопла нагнетания водяного потока составляет от 0,35 до 1 ,0, давление в линии нагнетания эжектора изменяют в интервале значений от 0,2 до 1 ,6 Мпа, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа. Еще большего повышения эффективности очистки можно добиться использованием группы эжекторов, расположенных в оптимальных местах. Такими местами, например, является расположение между трубчатыми мембранами или направление соответствующее огибанию потоком поверхности мембраны.
Эффективного обтекания поверхности мембран водно-пузырьковым потоком добиваются оптимальным расположением эжектора, а также дополнительным выполнением разделителей и направляющих потока, которые направляют водно-пузырьковый поток непосредственно на поверхность мембран, при этом регулируют скорость потока. Повышает эффективность очистки поверхности мембран также использование в качестве материалов их изготовления керамических материалов на основе оксидов, например, на основе оксидов кремния и титана. Это можно объяснить низким физико-химическим сродством продуктов окисления органики к этим оксидам, что следует из практики применения керамических ультрафильтрационных мембран.
Конструкция контактной емкости представляет собой камеру со входами для исходной воды и эжектора, а также второй линии рециклирования, емкость также содержит выход в трубопровод, направляемый в устройство ультрафильтрации. Устройство ультрафильтрации представляет собой емкость, преимущественно цилиндрическую, внутри которой размещены трубчатые мембраны, выполненные из оксидов титана и кремния. Размер пор мембран составляет от 0,001 до 0,1 мкм. Общая фильтрующая поверхность мембран составляет от 0,15 до 2 м2 если для одной трубчатой мембраны или до 24 м2 для всего устройства, которое выполняют преимущественно с 12 мембранами. Емкость устройства фильтрации имеет перегородки, которые вместе с мембранами разделяют ее пространство на приемную камеру и отделение фильтрата. Данная емкость имеет входы для размещения эжектора и два выхода для присоединения трубопровода второго рециклирования и трубопровода выхода фильтрата. Если используют не один эжектор, то в емкости выполняют соответствующее количество входов. Указанные конструкции и конструкционные элементы могут быть изготовлены из нержавеющих и полимерных, а также композиционных материалов.
Отличительными от наиболее близкого технического решения, существенными признаками, заявляемого изобретения или их характеристиками являются:
- подача воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоновоздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор,
- организация через устройство ультрафильтрации и контактную емкость второго цикла рециркуляции,
- осуществление в примембранном пространстве скоростного и/или турбулентного газо-жидкостного режима с обтеканием поверхности мембраны воднопузырьковым потоком, при осуществлении следующих газо-жидкостных режимов:
- расход воды через водоструйный эжектор составляет от 0,5 до 45 м3/час,
- расход озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси составляет от 0,3 до 30 м3/час,
-- давление в приемной камере водоструйного эжектора находится в интервале от 0,2 до 1 ,6 Мпа.
Приведённые существенные признаки являются отличительными от наиболее близкого технического решения, тж. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой. Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки, в том числе их характеристики, обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании.
Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемое изобретение не известно из уровня техники.
В ходе изучения уровня техники способов очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления не выявлены технические решения, существенные признаки которых по отдельности или в какой-либо совокупности совпадают с отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличительных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.
Следует также обратить внимание, что использование всей заявленной совокупности существенных признаков, в том числе совокупности отличительных признаков, для получения заявленного технического результата не следует явным образом для специалистов из уровня техники, т. к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.
Действительно, снижение степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических примесей за счет сбивания этих продуктов с поверхности мембран ультрафильтрации водно-пузырьковым потоком, что в свою очередь приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран не следуют для специалистов явным образом из уровня техники за счет использования указанных выше отличительных существенных признаков.
Приведенные технические решения являются, относительно подтвержденного достижения заявленного технического результата, нестандартными и неизвестными решениями. В дополнение к этому эти решения или эти совокупности существенных признаков следует рассматривать наряду с использованием других существенных признаков, заявленных в формуле изобретения, в единой совокупности.
Повышение эффективности технического результата заявленного способа достигают в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его выполнения:
1. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что в приемной камере устройства ультрафильтрации создают щелочную среду в интервале pH от 8,0 до 11 ,0 за счет введения католита из внешнего электролизера.
2. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что фильтрацию в устройстве ультрафильтрации осуществляют через ультрафильтрационные мембраны, изготовленные из смеси оксидных материалов на основе оксида титана и оксида кремния.
3. Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что давление в приемной камере водоструйного эжектора находится в интервале значений от 0,03 до 0,098 МПа.
Описанный выше способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации предполагает осуществление устройства, элементы конструкции которого были описаны выше при описании этого способа, а именно: устройство для очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, включающее устройство озонирования, контактную емкость, линию рециклирования и собственно устройство ультрафильтрации. Кроме этого устройство включает дополнительную линию рециклирования от устройства ультрафильтрации с возвратом через контактную емкость, а также дополнительное устройство (дополнительные устройства) озонирования на входе в устройство ультрафильтрации в виде по меньшей мере одного водоструйного эжектора, в котором рабочий диаметр всасывающего сопла относится к рабочему диаметру сопла линии нагнетания в интервале значений от 0,35 до 1 ,0, при этом эти сопла обеспечивают возможности осуществления расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси для каждого эжектора в количестве от 0,3 до 30 м3/час и расхода воды в количестве от 0,5 до 45 м3/час, что дает возможность создать в приемной камере фильтра водно-пузырьковый поток, обволакивающий поверхность мембран.
Повышение эффективности технического результата заявленного устройства достигают в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его выполнения:
1 . Описанное выше устройство очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающееся тем, что в приемную камеру устройства ультрафильтрации от внешнего электролизера выполнена линия подведения католита для создания в фильтруемой воде щелочной среды.
2. Описанное выше устройство очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, отличающийся тем, что ультрафильтрационные мембраны в устройстве ультрафильтрации изготавливают из смеси оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния. Краткое описание чертежей
Описание заявленного способа пояснено схемой, на которой приведены следующие обозначения его процессов:
1 - обеззараживание исходной воды путем озонирования в контактной емкости,
2 - перемешивание способом рециркуляции (первичная рециркуляция),
21 - вход линии вторичной рециркуляции,
3 - ультрафильтрация,
31 - подача воды через водоструйный эжектор,
32 - подача озоновой смеси через эжектор,
33 - ввод дополнительных компонентов,
34 - выход линии вторичной рециркуляции,
35 - отделение продуктов окисления органических примесей с помощью специальной ловушки,
36 - выход линии фильтрата,
4- устройство ультрафильтрации,
41 - ультрафильтрационная трубчатая мембрана,
42 - водно-пузырьковый поток,
43 - продукты окисления органических примесей.
Варианты осуществления изобретения
Заявляемое изобретение - «Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации и устройство для его осуществления» осуществляют нижеследующим образом.
В общем случае осуществление способа начинают с очистки от грубых примесей на фильтрах или устройствах механической очистки. После этого воду направляют в контактную емкость, где осуществляют ее озонирование 1 с целью окисления органических примесей и обеззараживания при одновременном перемешивании путем рециркуляции 2 по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Обработанную озоном воду направляют в устройство ультрафильтрации для дальнейшей очистки (этап ультрафильтрации) 3. Подачу воды в устройство ультрафильтрации осуществляют через водоструйный эжектор 31. Одновременно с этим через эжектор подают озоно-воздушную или озоно-кислородную смесь 32. При этом через дополнительный патрубок эжектора или другое устройство возможна подача дополнительных компонентов 33. Из приемной камеры устройства осуществляют отвод части фильтруемой воды в контактную емкость, реализуя таким образом вторую линию рециркуляции 34 по схеме: выход из приемной камеры фильтра - вход в контактную емкость и далее через контактную емкость к эжектору на входе в фильтр. На линии рециркуляции организуют отделение продуктов окисления органических примесей с помощью специальной ловушки 35. Из отделения фильтрата устройства ультрафильтрации выводят линию фильтрата 36. Ультрафильтрацию осуществляют через керамические мембраны трубчатой формы 4 с величиной пор 0,01- 0,1 мкм. Для поддержания эффективной фильтрации в примембранном пространстве 41 организуют направленный водно-пузырьковый поток 42, который сбивает с поверхности мембран продукты окисления органических примесей 43. Ориентировочные условия осуществления фильтрации на ультрамембранах следующие: дифференциальное давление 0,05 - 0,6 МПа, расход озоновоздушной смеси через эжектор 0,3 - 30 м3/час), содержание растворенного озона в воде 0,01- 1 ,0 г/м3, степень очистки воды до 92%. Общая фильтрующая поверхность мембран составляет от 0,15 до 2 м2 (до 24 м2для всего устройства ультрафильтрации).
Описанные способ и устройство функционируют следующим образом.
Предназначенную для очистки воду сначала пропускают через механический фильтр, а затем направляют в контактную емкость для озонирования. Озонирование проводят или барботажем через слой воды или с помощью водоструйного эжектора, установленного на входе в емкость. Одновременно осуществляют перемешивание воды в контактной емкости с озоновой смесью при помощи рециклирования через внешний контур по схеме: выход из емкости - вход в емкость. Озонированную таким образом воду направляют в устройство ультрафильтрации. На входе в это устройство расположен водоструйный эжектор, с помощью которого осуществляют дополнительное озонирование воды озоно-воздушной или озоно-кислородной смесью. При этом регулированием расхода водяного и газового потоков добиваются обтекания поверхности мембран скоростным водно-пузырьковым потоком, который сбивает с поверхности мембран вязкие продукты окисления органических примесей. Из приемной камеры отбирают часть жидкости для направления в контактную емкость, осуществляя тем самым вторую линию рециклирования. На этой линии устанавливают ловушку для отделения продуктов окисления органических примесей, которые периодически сливают, т.е. выводят из технологической цепочки. Об осуществлении водно-пузырькового потока судят на основании визуального наблюдения через специальное прозрачное окно или по структуре потока через ловушку. В приемную камеру могут также вводить дополнительные компоненты, например, католит. Прошедшую мембрану воду собирают в отделении фильтрата и выводят по отдельной линии.
Пример 1 .
Исходная вода имела следующие характеристики: содержание железа 1 ,5 мг/дм3, содержания марганца от 0,3 мг/дм3, нефтепродукты 0,1 мг/дм3, аммиак 2,5 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 6 мг Ог/дм3, наличие следов хлора и хлорорганических соединений.
Указанную воду направляли в контактную емкость объемом 400 л, где через нее барбатировали озоно-воздушную смесь с содержанием озона 8 мг/л. Из емкости озонированную воду направляли в устройство ультрафильтрации. Одновременно на выходе из емкости отбирали часть потока и направляли через внешний трубопровод опять на вход в емкость, осуществляя таким образом перемешивание. Расход воды при этом составлял 2 м3/час. Дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,2 МПа, поверхность фильтрации мембран составляла 2,0 м2. На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,2 мг/дм3, содержания марганца от 0,1 мг/дм3, нефтепродукты 0,01 мг/дм3, аммиак 1 ,6 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 4 мг Ог/дм3, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений.
Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в неделю. Разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа. Пример 2.
Исходная вода имела характеристики аналогичные указанным в примере 1. Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 1. Однако дополнительно к этому часть фильтруемой воды отводилась из приемной камеры обратно в контактную емкость по отдельному трубопроводу, реализуя второй контур рециклирования. Периодически из ловушки сливали слизистые продукты окисления органики. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Воднопузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик: расход воды составлял 0,5 м3/час, расход озоно-воздушной смеси - 0,3 м3/час , при этом диаметр сопла всасывания составлял 3 мм , а диаметр сопла нагнетания - 3 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,03 МПа, содержание растворенного озона в воде 0,01 г/м3, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,05МПа , поверхность фильтрации мембран составляла 0,15 м2 (для одной трубчатой мембраны). На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,01 мг/дм3, содержания марганца от 0,01 мг/дм3, нефтепродукты 0,01 мг/дм3, аммиак 0,5 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 1 мг Ог/дм3, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений.
Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 4 месяца.
Пример 3.
Исходная вода имела характеристики аналогичные указанным в примере 1. Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 1. Однако дополнительно к этому часть фильтруемой воды отводилась из приемной камеры обратно в контактную емкость по отдельному трубопроводу, реализуя второй контур рециклирования. На этой линии была установлена ловушка для отделения продуктов окисления органических примесей. Периодически из ловушки сливали слизистые продукты окисления органики. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Водно-пузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик: расход воды составлял 45 м3/час, расход озоно-воздушной смеси - 30 м3/час , при этом диаметр сопла всасывания составлял 20 мм , а диаметр сопла нагнетания - 56 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,098 Мпа, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,6 МПа , поверхность фильтрации мембран составляла 24 м2 (для 12 трубчатых мембран). Воду вводили через группу эжекторов в количестве 6.
На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,02 мг/дм3, содержания марганца от 0,03 мг/дм3, нефтепродукты 0,01 мг/дм3, аммиак 0,6 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 1 ,5 мг Ог/дм3, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений. Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 4 месяца.
Пример 4.
Исходная вода имела следующие характеристики: содержание железа 15 мг/дм3, содержания марганца от 1 мг/дм3, нефтепродукты 0,5 мг/дм3, аммиак 7 мг/дм3 , перманганатная окисляемость от 10 мг Ог/дм3, наличие следов хлора и хлорорганических соединений.
Очистку воды также проводили по способу, указанному в примере 2. Однако дополнительно к этому, часть очищенной воды проходила через электролизер и в контактную емкость по отдельному трубопроводу подавался католит, который повышал pH до 8,5. В приемной камере в примембранном слое осуществляли водно-пузырьковый поток, очищающий поверхность мембран, о чем судили по визуальным наблюдениям через специальное прозрачное окно. Воднопузырьковый режим осуществляли за счет поддержания следующих характеристик: расход воды составлял 3 м3/час, расход озоно-воздушной смеси - 1 м3/час , при этом диаметр сопла всасывания составлял 6 мм , а диаметр сопла нагнетания - 8 мм, разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления составляло 0,05 МПа, дифференциальное давление фильтрации через мембраны составляло 0,2МПа , поверхность фильтрации мембран составляла 1 2 .
На выходе из фильтра вода имела следующие характеристики: содержание железа 0,01 мг/дм3, содержания марганца от 0,01 мг/дм3, нефтепродукты 0,01 мг/дм3, аммиак 0,3 мг/дм3, перманганатная окисляемость от 1 ,5 мг Ог/дм3, отсутствие следов хлора и хлорорганических соединений. Для поддержания параметров очистки постоянными очистку входного отделения устройства ультрафильтрации и его мембран производят 1 раз в 5 месяцев.
Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.
Промышленная применимость изобретения и достижение технического результата
Заявляемое изобретение является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем реализации способа, заключающегося в осуществлении действий над материальными объектами с помощью материальных средств. В данном случае материальными объектами являются вода, озоновые газовые смеси. Над этими материальными объектами осуществляются действия: подача воды, обработка воды озоном, очистка воды путем фильтрации, разделение потоков, регулирование подачи и расхода воды и озоновых смесей. Все действия над указанными материальными объектами выполняются во времени и в определенной последовательности. При этом совокупность указанных действий - существенных признаков данного изобретения технологически и функционально взаимосвязана и объединена единым творческим замыслом.
Данное техническое решение является промышленно применимым в различных областях народного хозяйства, где требуется вода высокой степени очистки, в частности в медицине, в различных областях химии, пищевой промышленности. Осуществление заявляемого технического решения может быть выполнено специалистами с соответствующей подготовкой. При осуществлении способа получения и продажи щелочной воды используются устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления технологической схемы изобретения являются методы механической обработки металла и пластмасс, электросварка и термическая сварка пластмасс, слесарная обработка, монтаж. Средствами осуществления являются механические средства станочное оборудование и ручной инструмент механической обработки, сварочное оборудование.
Указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения и их раскрытие позволяет сделать вывод о достижении заявленного технического результата, заключающегося в снижения степени загрязнения поверхности ультрафильтрационных мембран продуктами окисления органических примесей за счет сбивания этих продуктов с поверхности мембран ультрафильтрации водно-пузырьковым потоком, что приводит к повышению эффективности очистки воды и снижению количества мероприятий по очистке мембран.
Кроме того, техническим результатом следует считать также расширение арсенала технических средств способов очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, а также устройств для его осуществления.
Приведенные выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно- следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.
Из приведённого выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения. Список литературы
1. А. Г. Первов, А. П. Андрианов. Метод ультрафильтрации в современном водоснабжении проблемы и перспективы. [Электронный ресурс] - https://aquasorbent.ru/articles/1-metod-ultrafiltratsii-v-sovremennom- vodosnabjenii-problemyi-i-perspektivyi (дата обращения 12.04.2022).
2. И. М. Тескер, В. В. Новоженин, Ю.Н. Дубов. Патент на изобретение РФ № 2155165, МПК C02F 9/00, 16.02.2000.
3. Д.В. Татеосов. Патент на изобретение РФ № 2668036, МПК C02F 1/78, C02F 9/08, 14.02.17.
4. В. Ф. Кожинов, И. В. Кожинов. Озонирование воды. [Электронный ресурс] - URL: https://helpiks.org/2-71562.html (дата обращения 25.03.2022).

Claims

Формула изобретения
Пункт 1. Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, состоящий из предварительной подготовки воды к ультрафильтрации, заключающейся в озонировании и перемешивании методом рециркуляции в контактной емкости, а также в процессе собственно ультрафильтрации через мембраны, отличающийся тем, что осуществляют подачу воды в устройство ультрафильтрации одновременно с подачей озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси по меньшей мере через один водоструйный эжектор, организуют второй цикл рециркуляции через устройство ультрафильтрации в контактную емкость и снова в устройство ультрафильтрации, осуществляют в примембранном пространстве устройства ультрафильтрации скоростной и/или турбулентный газо-жидкостной режим с обтеканием поверхности мембраны водно-пузырьковым потоком, при установлении расхода воды через водоструйный эжектор в интервале значений от 0,5 до 45 м3/час, расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси в интервале значений от 0,3 до 30 м3/час, а также давления в линии нагнетания эжектора в интервале значений от 0,2 до 1 ,6 Мпа.
Пункт 2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что что в приемной камере устройства ультрафильтрации создают щелочную среду в интервале значений pH от 8,0 до 11 ,0 за счет введения католита из внешнего относительно устройства ультрафильтрации электролизера.
Пункт 3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что фильтрацию в устройстве ультрафильтрации осуществляют через ультрафильтрационные мембраны, изготовленные из смеси оксидных материалов на основе оксида титана и оксида кремния.
Пункт 4. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что разрежение в приемной камере водоструйного эжектора относительно атмосферного давления находится в интервале от 0,03 до 0,098 МПа.
Пункт 5. Устройство для очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации, включающее устройство озонирования, контактную емкость, линию рециклирования и собственно устройство ультрафильтрации, отличающееся тем, что включает дополнительную линию рециклирования от устройства ультрафильтрации с возвратом через контактную емкость, а также дополнительное устройство (дополнительные устройства) озонирования на входе в устройство ультрафильтрации в виде по меньшей мере одного водоструйного эжектора, в котором рабочий диаметр всасывающего сопла относится к рабочему диаметру сопла линии нагнетания в интервале значений от 0,35 до 1 ,0, при этом эти сопла обеспечивают возможности осуществления расхода озоно-воздушной или озоно-кислородной смеси для каждого эжектора в количестве от 0,3 до 30 м3/час и расхода воды в количестве от 0,5 до 45 м3/час, что дает возможность создать в приемной камере фильтра водно-пузырьковый поток, обволакивающий поверхность мембран.
Пункт 6. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что в приемную камеру устройства ультрафильтрации от внешнего электролизера выполнена линия подведения католита для создания в фильтруемой воде щелочной среды.
Пункт 7. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что ультрафильтрационные мембраны в устройстве ультрафильтрации изготавливают из смеси оксидных материалов на основе оксидов титана и кремния.
PCT/RU2022/000299 2022-04-18 2022-10-03 Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации WO2023204727A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022110402 2022-04-18
RU2022110402A RU2795583C1 (ru) 2022-04-18 Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023204727A1 true WO2023204727A1 (ru) 2023-10-26

Family

ID=88420190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/000299 WO2023204727A1 (ru) 2022-04-18 2022-10-03 Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023204727A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004136183A (ja) * 2002-10-16 2004-05-13 Fuji Electric Systems Co Ltd 水処理方法および装置
RU87421U1 (ru) * 2009-03-26 2009-10-10 Дмитрий Дмитриевич Медведев Устройство для очистки сточной воды
KR20100127234A (ko) * 2008-03-21 2010-12-03 메타워터 가부시키가이샤 재생수의 제조 방법
RU150512U1 (ru) * 2014-07-29 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Строительная Компания "РосПромИнжиниринг" Установка каталитической очистки воды
RU2668036C2 (ru) * 2017-02-14 2018-09-25 Дмитрий Валерьевич Татеосов Установка очистки и обеззараживания воды

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004136183A (ja) * 2002-10-16 2004-05-13 Fuji Electric Systems Co Ltd 水処理方法および装置
KR20100127234A (ko) * 2008-03-21 2010-12-03 메타워터 가부시키가이샤 재생수의 제조 방법
RU87421U1 (ru) * 2009-03-26 2009-10-10 Дмитрий Дмитриевич Медведев Устройство для очистки сточной воды
RU150512U1 (ru) * 2014-07-29 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Строительная Компания "РосПромИнжиниринг" Установка каталитической очистки воды
RU2668036C2 (ru) * 2017-02-14 2018-09-25 Дмитрий Валерьевич Татеосов Установка очистки и обеззараживания воды

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9352989B2 (en) Water treatment apparatus and method
KR100459861B1 (ko) 금속함유폐수의 처리방법 및 금속함유폐수의 처리장치
JP5908186B2 (ja) 膜を用いた水処理方法および水処理装置
US7651612B2 (en) Device for the purification of contaminated liquid
WO2023204727A1 (ru) Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации
RU2795583C1 (ru) Способ очистки воды с органическими примесями методом ультрафильтрации и устройство для его осуществления
RU2789531C1 (ru) Способ получения воды с заданными свойствами и устройство для его осуществления
RU2736050C1 (ru) Установка для очистки сточных, дренажных и надшламовых вод промышленных объектов и объектов размещения отходов производства и потребления
WO2023204726A1 (ru) Способ получения воды с заданными свойствами и устройство для его осуществления
US11091828B2 (en) Systems for removing impurities from galvanizing flux solution
AU2019242446B2 (en) Separation of ozone oxidation in liquid media into three unit operations for process optimization
RU2795908C1 (ru) Автомат для получения и продажи щелочной воды
KR100377481B1 (ko) 오존을 이용한 폐수 처리 장치 및 그 처리 방법
RU2010014C1 (ru) Установка для очисткм природных вод
RU2006110501A (ru) Способ очистки воды от вредных примесей и установка очистки для осуществления способа
CN215756787U (zh) 一种气浮臭氧陶瓷膜组合水处理系统
JPH09108672A (ja) 並行２段膜分離型浄化槽
CN217808828U (zh) 一种蛋白质分离器及系统
JP4025972B2 (ja) 排水の高度処理方法及び高度処理装置
CN214167506U (zh) 一种油田采出水净化及脱气处理装置
RU2794657C1 (ru) Фильтрационная озоно-мембранная система очистки и обеззараживания воды
CN212403483U (zh) 一种无机膜用于盐水精制装置
JPS61146397A (ja) し尿処理方法及びその装置
CN209797692U (zh) 一种用于生物制药的污水净化装置
RU2170712C2 (ru) Установка получения питьевой воды

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22938673

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1