PL B1. PANUSZEWSKI ANDRZEJ, Warszawa, PL KOZAK TADEUSZ, Zielonka, PL BUP 16/05

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C02F 9/00 ( ) C02F 1/42 ( ) C02F 1/28 ( ) C02F 1/72 ( ) (54) Sposób uzdatniania wody (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 16/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/12 (73) Uprawniony z patentu: PANUSZEWSKI ANDRZEJ, Warszawa, PL KOZAK TADEUSZ, Zielonka, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ANDRZEJ PANUSZEWSKI, Warszawa, PL TADEUSZ KOZAK, Zielonka, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Grażyna Padee PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób uzdatniania wody. Jakość wody, która może być używana do celów spożywczych, gospodarczych i technologicznych jest ściśle określona przepisami, a także wymaganiami odbiorców. Woda surowa, pozyskiwana z różnorodnych źródeł, takich jak wody powierzchniowe lub studnie, częstokroć nie spełnia wymagań stawianych wodzie pitnej. Dlatego musi być poddawana uzdatnianiu. Problem uzdatniania wody pojawia się również w sytuacjach awaryjnych, takich jak: katastrofa ekologiczna (np. powódź, wyciek z zakładów chemicznych itp.), atak terrorystyczny, działania zbrojne itd., gdy zostaną zanieczyszczone lub skażone źródła wody pitnej. Woda pochodzenia naturalnego zawiera zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne. W zależności od pochodzenia i warunków lokalnych zawartość rozpuszczonych substancji stałych, tzw. TDS (Total Dissloved Solids) waha się od kilkudziesięciu do kilku tysięcy mg/l. Woda zawiera zazwyczaj kationy: wapniowy Ca 2+, magnezowy Mg 2+, sodowy Na + i w mniejszym stopniu potasowy K + i amonowy NH 4+, a także aniony: wodorowęglanowy HCO - 3, chlorkowy Cl -, siarczanowy SO , azotanowy NO 3 i fosforanowy PO 3-4. Zawartość innych kationów i anionów jest śladowa i świadczy o przemysłowym zanieczyszczeniu wód. W wodach głębinowych, pomijając solanki i wody mineralne, zwykle absolutnymi dominantami są kationy wapnia i magnezu oraz anion wodorowęglanowy. Inne występujące w wodzie zanieczyszczenia to substancje organiczne, przeważnie kwasy humusowe i fulwowe, a także produkty działalności gospodarczej i przemysłowej człowieka, jak detergenty, fenole, pestycydy itp. Uzdatnianie wody ma na celu usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych, jak szlamy, zawiesiny i inne, organicznych i chemicznych, w tym odżelazianie i odmanganianie, a także usunięcie niepożądanych, a niekiedy wręcz toksycznych składników, takich jak kationów metali ciężkich (np. żelaza Fe 2+, manganu Mn 2+, ołowiu Pb 2+, kadmu Cd 2+, rtęci Hg 2+ itp.), czy różnorakich szkodliwych anionów (np.: fluorków F -, siarczków S 2-, chromianów CrO 2-4, azotanów NO - 3, azotynów NO - 2 itp). Pierwszym ze znanych procesów uzdatniania wody jest filtracja, zazwyczaj połączona z odżelazianiem i odmanganianiem. Filtracja wody ma na celu usuniecie zanieczyszczeń mechanicznych, tj. cząstek stałych, w postaci zawiesin, mułów itp. Dokonuje się jej poprzez zastosowanie odpowiednich filtrów, od typowo mechanicznych, poprzez filtry ze złożem filtrującym, najczęściej z wypełnieniem żwirowo-piaskowym. Filtracja zazwyczaj jest połączona z odżelazianiem i odmanganianiem. Żelazo i mangan występują niemal zawsze w wodach pochodzenia naturalnego. Proces ich usuwania polega na utlenianiu dwuwartościowych kationów żelaza Fe 2+ i manganu Mn 2+, do wyższych stopni utlenienia. Wytrącone w wyniku tego procesu wodorotlenki tych metali (na wyższym stopniu utlenienia +3) zostają następnie odfiltrowane. Tradycyjnie utlenianie prowadzi się przez napowietrzanie (aerację) wody. Znana jest też metoda polegająca na filtracji wody na złożach mających właściwości utleniające, np. zeolity typu greensand. Stosuje się także dodawanie chemicznych środków utleniających. Są nimi zazwyczaj; podchloryn sodowy NaClO, nadmanganian potasowy KMnO 4, a także takie gazy, jak chlor Cl 2, ditlenek chloru CIO 2 oraz ozon O 3. Utlenianie chemiczne ma tę zaletę, że jego dodatkowym skutkiem jest dezynfekcja wody, czyli zabicie lub inaktywacja obecnych w wodzie mikroorganizmów. Woda oczyszczona na drodze filtracji mechanicznej jest zdatna do picia jedynie wtedy, gdy nie występują inne ponadnormatywne zanieczyszczenia, jak np. szkodliwe aniony i kationy, czy zbyt wysokie ChZT. Ponadto w wielu przypadkach nie udaje się osiągnąć wymaganej normami granicy zawartości żelaza i manganu. Stopień dezynfekcji jest niewielki i w przypadku ponadnormatywnej obecności bakterii i wirusów proces ich nie usuwa. Wyższy stopień oczyszczenia wody osiąga się stosując utlenianie, jednak i w tym przypadku w wodzie pozostają np. szkodliwe kationy i aniony. W wodzie, po usunięciu zanieczyszczeń mechanicznych, żelaza i manganu, mogą znajdować się zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne. Zanieczyszczenia organiczne są to zawarte w wodzie związki organiczne, pochodzenia naturalnego lub wprowadzone do niej wskutek działalności gospodarczej i przemysłowej człowieka. Do zanieczyszczeń pochodzenia naturalnego należą związki wydalane jako produkty metabolizmu organizmów żywych: roślin, zwierząt i mikroorganizmów, a także produkty rozkładu ich szczątków, jak np w procesach gnilnych. Należą do nich min. kwasy humusowe i fulwowe, kompleksujące żelazo i mangan, co powoduje później problemy z odżelazianiem i odmanganianiem wody. Zanieczyszczenia tego

3 PL B1 3 typu mogą nadawać wodzie nieprzyjemny smak i zapach, ale na ogół nie stanowią większego zagrożenia dla zdrowia odbiorców wody. O wiele groźniejsze są zanieczyszczenia będące produktem działalności człowieka. Należą do nich pestycydy, detergenty, węglowodory ropopochodne i chlorowane oraz inne związki chemiczne wprowadzane do środowiska naturalnego w ściekach i odpadach przemysłowych, np. fenole. Praktycznie jedyną powszechnie stosowaną metodą usuwania z wody zanieczyszczeń organicznych jest filtracja z zastosowaniem węgla aktywnego jako złoża filtrującego. Węgiel aktywny w poważnym stopniu adsorbuje związki organiczne. Wadą tego sytemu jest to, że złoże węgla aktywnego po wyczerpaniu jego zdolności adsorpcyjnych jest praktycznie nieregenerowalne i musi być wymienione. Stosuje się także usuwanie zanieczyszczeń organicznych na syntetycznych sorbentach organicznych, którymi są żywice jonowymienne, kationitowe, anionitowe lub obojętne. Niekiedy usuwa się te zanieczyszczenia dodatkowo przez utlenianie, w obecności środków utleniających, takich jak nadmanganian, podchloryn, gazowy chlor itp., powodujących degradację nawet wysokocząsteczkowych związków organicznych. Zanieczyszczenia nieorganiczne wody to przede wszystkim zanieczyszczenia typu jonowego. Niebezpieczne są kationy metali ciężkich, a szczególnie niektórych z nich, jak np. ołów, rtęć, kadm. Zanieczyszczona woda zawierać może także szkodliwe aniony, zwłaszcza chromiany, cyjanki, azotyny. Do usuwania zanieczyszczeń nieorganicznych wykorzystuje się głównie techniki wymiany jonowej i techniki membranowe. Wymianę jonową na żywicach jonowymiennych, stosuje się do zmiękczania wody, tj. usuwania kationów wapnia i magnezu, do selektywnego usuwania azotanów, jak również metali ciężkich, fluorków i siarczków. Techniki membranowe mogą być wykorzystywane z wysokim stopniem skuteczności do usuwania niemal wszystkich zanieczyszczeń obecnych w wodzie, jednak mają również znaczące ograniczenia. Woda przed podaniem na membranę musi być bardzo starannie wstępnie oczyszczona z zanieczyszczeń mechanicznych, odżelaziona, odmanganiona, a ponadto zmiękczona. Odwrócona osmoza prowadzi do stosunkowo głębokiej demineralizacji wody (usuwa się ponad 95% rozpuszczonych substancji), co z kolei jest wysoce niekorzystne dla organizmów żywych. Dlatego też dla celów spożywczych woda po procesie odwróconej osmozy musi być po procesie uzdatniania dodatkowo domineralizowywana. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest sposób uzdatniania wody do picia, polegający na jednoczesnym usuwaniu z niej ponadnormatywnych ilości związków manganu przy zastosowaniu autokatalitycznego utleniania i sorpcji oraz azotu amonowego na drodze nitryfikacji biologicznej. Zgodnie z tym sposobem związki manganu i azot amonowy usuwa się jednocześnie przez poddanie uzdatnianej wody filtracji w sposób ciągły przez złoże piroluzytowe zalane, o ściśle określonym uziarnieniu i wysokości. Filtrację prowadzi się w kierunku z dołu reaktora ku górze, z równoczesnym wprowadzaniem sprężonego powietrza wprost do reaktora współprądowo lub przeciwprądowo w stosunku do kierunku filtracji wody. W polskim opisie patentowym nr przedstawiony jest sposób jednoczesnego demineralizowania i odtleniania wody naturalnej. Sposób ten polega na tym, że wodę zawierającą kwasy mineralne wprowadzone do wody naturalnej w wyniku jej odkationowania na kationicie mocno kwasowym i po desorpcji dwutlenku węgla, przepuszcza się w sposób ciągły przez dwie warstwy silnie zasadowego anionitu, górną w formie siarczynowej i dolną w formie wodorotlenowej. Z polskiego opisu zgłoszeniowego nr P znane jest urządzenie do oczyszczania i dozowania wody, które zawiera obudowę i elementy zasilania oraz wlot na niefiltrowaną wodę, wylot wody oczyszczonej, wymienny filtr wraz z głębinowymi warstwami filtracyjnymi i błoną mikroporowatą, umieszczony pomiędzy wlotem i wylotem. Poza tym urządzenie jest wyposażone w elementy do przenoszenia wody przez filtr w stałym tempie, elementy do pomiaru czasu, jaki upłynął od zainstalowania filtra oraz elementy monitorowania objętości wody, jaka przepłynęła przez filtr i stałego tempa przepływu. Urządzenie ma również kontrolkę informującą o przekroczeniu dopuszczalnych parametrów progowych na podstawie wyników pomiarów. W korzystnym wykonaniu urządzenie zawiera elementy do automatycznego blokowania przepływu wody przez filtr w momencie, gdy zostaną przekroczone wymagane parametry czystości wody. Polski opis patentowy nr dotyczy mikrostacji uzdatniania wody zawierającej co najmniej trzy kolumny, z których dwie pierwsze stanowią podzespół kolumn filtracyjnych lub sorpcyjnych, a trzecia jest kolumną dezynfekcyjną połączoną z podzespołem pierwszych kolumn szeregowo, przy czym kolumna dezynfekcyjna zawiera promiennik ultrafioletowy zamocowany nad lustrem wody. Obudowa kolumny dezynfekcyjnej ma ściankę wewnętrzną wyposażoną w warstwę odblaskową,

4 4 PL B1 a we wnętrzu tej kolumny są zamocowane wzajemnie przesunięte przegrody prostopadłe do kierunku strumienia wody. Znane są kontenerowe urządzenia do uzdatniania wody. Jedno z nich, według polskiego opiau patentowego nr przeznaczone jest zwłaszcza do usuwania związków lotnych chloru oraz fenoli. Urządzenie zestawione jest we fragmentach konstrukcji ze znanych zespołów zapewniających kolejne fazy oczyszczania wody pitnej. W kolumnie zawierającej wypełnienie z tworzyw sztucznych, nad dyszą rozbryzgującą osadzony jest demister i filtr wypełniony węglem aktywnym, na którym zamocowany jest wentylator zasysający. Wypełnienie z tworzyw sztucznych zasypane jest w ułożonych warstwami koszach, pomiędzy którymi utworzone są przestrzenie powietrzne. Z kolei kontenerowa stacja uzdatniania wody według polskiego zgłoszenia P ma wewnątrz obudowy zatapialną pompę wraz z ciśnieniowym zbiornikiem połączone z zespołem filtrów wstępnego oczyszczania połączonych szeregowo. Zespół filtrów składa się z filtra sedymentacyjnego, odżelaziającego i sedymentacyjno-węglowego. Ten zespół filtrów jest następnie połączony z filtrem do dezynfekcji wody w postaci sterylizatora usuwającego bakterie. Na wyjściu stacji znajduje się filtr osmotyczny. Żadna ze znanych metod uzdatniania wody nie jest wystarczająco skuteczna w przypadku konieczności oczyszczenia wody bardzo zanieczyszczonej, zawierającej zanieczyszczenia różnego rodzaju. Ponadto zwykle dopasowuje się metodę do konkretnego rodzaju wody, która ma być uzdatniana. Tymczasem do oczyszczania wody w sytuacji awaryjnej, takiej jak np. powódź, konieczna jest metoda uniwersalna, taka, której skuteczność nie będzie uzależniona od rodzaju zanieczyszczeń zawartych w wodzie. Wydaje się, że uniwersalny charakter metody może zapewnić połączenie kilku znanych metod i takie próby są podejmowane. Jednak i tu napotyka się poważne problemy. Na przykład żywice jonowymienne stosowane w technice wymiany jonowej są selektywne, co ogranicza zasadniczo możliwość ich stosowania w charakterze złóż uniwersalnych, usuwających z równą skutecznością różnego rodzaju kationy i aniony. Konieczne jest zatem stosowanie wielu różnorodnych złóż jonowymiennych, w celu zapewnienia usuwania każdego potencjalnego zanieczyszczenia. Ponadto połączenie w jednym urządzeniu elementów służących wykorzystaniu wielu różnych metod oczyszczania musi w konsekwencji prowadzić do znaczącego zwiększenia jego wymiarów. Kolejnym problemem jest ten, że niektóre zanieczyszczenia usuwa się w procesach przebiegających w długim czasie. Dotyczy to szczególnie amoniaku, który usuwa się przez utlenienie np. podchlorynem NaClO. Ilość środka utleniającego możliwa do zaakceptowania z punktu widzenia parametrów wody po oczyszczeniu jest niewielka, co znacząco wpływa na spowolnienie całego procesu. Powoduje to także brak synchronizacji pomiędzy poszczególnymi etapami uzdatniania, z których jedne przebiegają z dużą szybkością, a inne bardzo powoli. Kolejny problem to nierównomierne zużywanie się poszczególnych złóż, w zależności od różnego i nieprzewidywalnego składu oczyszczanej wody. Celem wynalazku było opracowanie skutecznego i szybkiego sposobu uzdatniania wody, pobranej z ekstremalnie zanieczyszczonych źródeł. Sposób uzdatniania wody według wynalazku polega na tym, że wodę wstępnie utlenia się i dezynfekuje za pomocą środka utleniającego dodawanego w ilości od 10 do 100 ppm, po czym wodę poddaje się filtracji mechanicznej, a następnie procesowi oczyszczania na szeregowo połączonych kolumnach filtracyjnych. Na pierwszej kolumnie, wypełnionej manganowym zeolitem typu greensand, przeprowadza się proces odżelaziania i odmanganiania z jednoczesnym usunięciem pozostałości zanieczyszczeń mechanicznych. Na drugiej kolumnie, wypełnionej silnie kwaśną porowatą kationową żywicą jonowymienną w formie soli sodowej Na + przeprowadza się proces usuwania kationów wapnia Ca 2+ i magnezu Mg 2+, amoniaku i metali ciężkich. Na trzeciej kolumnie, wypełnionej słabo kwaśną porowatą kationową żywicą jonowymienną w formie soli sodowej Na +, przeprowadza się proces usuwania metali ciężkich i pozostałych kationów. Na czwartej kolumnie, wypełnionej mieszaniną dwóch silnie zasadowych anionowych żywic jonowymiennych, usuwa się pozostałe zanieczyszczenia organiczne, azotyny, azotany fosforany i inne aniony. Do tak oczyszczonej wody dodaje się środek mineralizujący, następnie wodę podaje się na złoże z węglem aktywnym na kolumnie piątej, po czym wodę poddaje się ewentualnie dezynfekcji przy użyciu promieniowania UV. Zgodnie z wynalazkiem środek utleniający zawiera nadmanganian potasu w ilości od 10 do 80 g/dm 3 uzdatnianej wody, sól cynku w ilości od 10 do 150 g/dm 3 uzdatnianej wody i kwas organiczny lub nieorganiczny w ilości od 0,1 do 50 g/dm 3 uzdatnianej wody, a środek mineralizujący składa się z soli magnezowych lub mieszaniny soli magnezowych i wapniowych, przy czym środek mineralizujący dodaje się w takiej ilości, aby twardość wody uzdatnionej wynosiła od 60 do 100 ppm CaCO 3.

5 PL B1 5 Korzystnie proces filtracji mechanicznej przeprowadza się w co najmniej dwóch etapach. Korzystnie w pierwszym etapie filtracji mechanicznej usuwa się zanieczyszczenia mechaniczne większe niż 150 μm, w drugim etapie zanieczyszczenia większe niż 90 μm, a w trzecim większe niż 30 μm. Korzystnie jest, jeżeli dodatkowo przeprowadzi się etap filtracji mechanicznej wstępnej przed pompą. Korzystnie żywice anionowe w kolumnie czwartej stosuje się w stosunku 2:3. Korzystnie środek utleniający składa się z nadmanganianu potasu KMnO 4, siarczanu cynku ZnSO 4 i kwasu organicznego lub nieorganicznego. Korzystnie środek utleniający składa się z nadmanganianu potasu w ilości od 10 do 50 g, siarczanu cynku w ilości od 10 do 150 g i kwasu organicznego ilości od 0,1 do 50 g na 1 dm 3 roztworu. Korzystnie jako kwas organiczny stosuje się kwas adypinowy. Korzystnie środek mineralizujący zawiera siarczan magnezu jako sól magnezową. Korzystnie środek mineralizujący zawiera mieszaninę chlorku magnezu i chlorku wapnia. Korzystnie do środka utleniającego i/lub mineralizującego dodaje się substancje barwiące, mające na celu stałe monitorowanie stopnia sprawności kolumny węglowej. Złoża umieszczone w kolumnach można poddawać regeneracji, korzystnie w systemie przeciwprądowym. Złoża w pierwszej kolumnie korzystnie odpłukuje się metodą płukania wstecznego z użyciem wody, a złoża w kolumnach drugiej, trzeciej i czwartej z użyciem roztworu chlorku sodu lub kwaśnego węglanu sodu. Sposób według wynalazku może być wykorzystywany w urządzeniu składającym się z filtra mechanicznego, korzystnie połączonych szeregowo dwóch filtrów mechanicznych, ewentualnie uzupełnionych o filtr wstępny, kolumny pierwszej wypełnionej zeolitem typu greensand, kolumny drugiej wypełnionej porowatą, kationową żywicą jonowymienną, korzystnie silnie kwaśną, kolumny trzeciej wypełnionej porowatą kationową żywicą jonowymienną, korzystnie słabo kwaśną, kolumny czwartej wypełnionej mieszaniną anionowych żywic jonowymiennych, kolumny piątej wypełnionej węglem aktywnym. Przewód, którym przepływa oczyszczana woda, na wejściu wyposażony ewentualnie w filtr wstępny, połączony jest z pompą zasilającą, następnie do przewodu dołączona jest pompa dozująca roztwór środka utleniającego, pomiędzy kolumną czwartą i piątą dołączona jest pompa dozująca roztwór środka mineralizującego, a na wyjściu ewentualnie źródło promieniowania UV. Urządzenie zawiera także zbiorniki na środek utleniający i mineralizujący oraz zespół elektryczny, służący do zasilania mechanizmów napędowych oraz oświetlenia. Urządzenie umieszczone jest w obudowie posiadającej otwór wlotowy i otwór wylotowy, korzystnie zaopatrzonej w mechanizm jezdny. Korzystnie filtr wstępny jest przystosowany do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych większych niż 150 μm, filtr pierwszy jest przystosowany do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych większych niż 90 μm, a filtr drugi jest przystosowany do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych większych niż 30 μm. Proces uzdatniania wody sposobem według wynalazku przebiega z bardzo wysoką wydajnością, sięgającą 900 dm 3 /h. Jest to wydajność, która istotnie przewyższa wydajność znanych technologii i urządzeń. Tak wysoką wydajność uzyskano dzięki określonemu połączeniu metod usuwania zanieczyszczeń na kolumnach z odpowiednio dobranym wypełnieniem i określonemu składowi dwóch preparatów dodawanych do strumienia wody w trakcie procesu oczyszczania. Pierwszy środek ma właściwości silnie utleniające. Specjalnie dobrany skład preparatu zapewnia, że spełnia on jednocześnie następujące funkcje: inaktywacja mikroorganizmów, utlenianie dwuwartościowego żelaza i manganu na wyższy stopień utlenienia, utlenienie zanieczyszczeń organicznych, kompleksowanie amoniaku. Ta ostatnia funkcja preparatu jest szczególnie istotna - przekształcenie amoniaku w kompleks pozwała na usunięcie go w dalszym etapie na kolumnie kationitowej ze znacznie większą prędkością przepływu, dostosowaną do szybkości całego procesu. Użycie w preparacie nadmanganianu potasu w przewidzianej zgodnie z wynalazkiem ilości, pozwala na skuteczne przeprowadzenie procesu utleniania, a jego nadwyżka regeneruje złoże zeolitu w kolumnie pierwszej, dzięki czemu złoże może pracować w procesie ciągłym. Kwas organiczny podwyższa efektywność działania nadmanganianu potasu i koryguje ph. Środek drugi ma właściwości mineralizujące. Jest to sól magnezowa lub mieszanina soli wapnia i magnezu. Ponieważ na kolumnie drugiej następuje zmiękczenie wody, tj. usunięcie kationów wapnia i magnezu, a woda pitna powinna charakteryzować się określoną minimalną twardością, to wodę uzdatnioną trzeba wzbogacić w te kationy.

6 6 PL B1 Kolejność operacji zgodna z wynalazkiem oraz miejsce dozowania środków do obiegu wody ma zasadnicze znaczenie dla efektywności uzdatniania wody. Zwykle wstępną operacją w procesach uzdatniania wody jest jej zmiękczanie, ponieważ twarda woda zdecydowanie zmniejsza skuteczność procesu filtracji oraz usuwania manganu. Zgodnie ze sposobem według wynalazku etap zmiękczania wody przeprowadza się po etapie filtracji i usuwania manganu i żelaza, co nieoczekiwanie wpływa pozytywnie na wynikową skuteczność całego procesu. W sposobie według wynalazku, dzięki dozowaniu środka utleniającego, następuje w sposób ciągły i równoczesny odżelazienie i odmanganienie wody, jej wstępna dezynfekcja, częściowe utlenienie zanieczyszczeń organicznych, przeprowadzenie amoniaku w kompleks, a także dodatkowa filtracja mechaniczna cząstek < 30 μm. Skompleksowany amoniak jest usuwany z dużą szybkością na kolumnie kationitowej, razem z metalami ciężkimi. Ponadto sekwencja operacji według wynalazku uwzględnia wzajemne oddziaływania zanieczyszczeń występujących w wodzie oraz ich interakcje ze złożami zawartymi w kolumnach. Przekształcenie części zanieczyszczeń w formy łatwiejsze do usunięcia lub nieprzeszkadzające usuwaniu innych zanieczyszczeń, za pomocą specjalnie dobranych preparatów dodawanych w określonych etapach procesu, oraz wynikająca stąd kolejność etapów są nowymi i nieoczywistymi cechami rozwiązania według wynalazku. Sposób według wynalazku jest uniwersalnym systemem uzdatniania wody. Zapewnia jednoczesne usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych, kationów, w tym kationów metali ciężkich, anionów, w tym azotanów, azotynów, fosforanów, chromianów, siarczków, fluorków, a także amoniaku i zanieczyszczeń organicznych. Sposobem według wynalazku usuwa się szkodliwe kationy i aniony, zamieniając je poprzez wymianę jonową na sole sodowe oraz wodorowęglanowe. Spada zawartość chlorków i siarczanów, stabilizuje się zawartość wapnia i magnezu (twardość wody), usuwa się bakterie i inne organizmy. Dzięki temu sposób może być wykorzystywany do uzdatniania wody pochodzącej z bardzo zanieczyszczonych źródeł. Po oczyszczeniu uzyskuje się wodę zdatną do picia. Dodatkową zaletą jest możliwość oceny efektywności oczyszczania wody przez stały monitoring, polegający na obserwacji barwy wody wypływającej po oczyszczeniu. Przebarwienie wody wskazuje na to, że woda jest niedostatecznie oczyszczona, jak również na którym etapie procesu uzdatnianie jest niewystarczające. Ten efekt jest wynikiem dodatku do wody barwnych związków o różnym zabarwieniu. Barwne związki dodaje się razem z pierwszym i drugim preparatem. Urządzenie do realizacji sposobu jest niewielkie - może być wykonane w wersji, w której obudowa jest prostopadłościanem o długości najdłuższej krawędzi nie przekraczającej 1,5 m. Dzięki umieszczeniu i zamocowaniu wszystkich elementów urządzenia w sztywnej obudowie urządzenie można łatwo transportować i ustawiać w dowolnym miejscu. Zaletą urządzenia jest również to, że wypełnienie kolumn może być regenerowane po zużyciu, bez konieczności wymiany. Regenerację może przeprowadzić użytkownik we własnym zakresie. Urządzenie może być wyposażone dodatkowo w zestaw testów paskowych lub w systemy analityczne pozwalające na szybkie oznaczanie parametru twardości wody pobieranej i uzdatnionej, w celu określenia sprawności jonowymiennej urządzenia. Urządzenie nadaje się do stosowania w sytuacjach awaryjnych, np. w czasie powodzi, okresowego zatrucia wody, jak również jako lokalna stacja uzdatniania wody do celów pitnych i gospodarczych, a także do celów przemysłowo-technologicznych. Podstawowe zastosowanie urządzenia to uzdatnianie wody w sytuacjach awaryjnych. W takich sytuacjach, zamiast dowozić wodę, można dostarczyć urządzenie i produkować wodę zdatną do picia na miejscu. Urządzenie może być również przydatne w sytuacji, gdy nie ma dostępu do energii elektrycznej, ponieważ jest przystosowane do przyłączenia agregatu prądotwórczego. Urządzenie może być zainstalowane jako lokalna stacja uzdatniania wody, zarówno w niewielkim zespole mieszkaniowym, jak i niedużym zakładzie produkcyjnym, hotelu czy restauracji. Wydajność urządzenia wynosi od dm 3 /dobę do dm 3 /dobę, w zależności od gabarytów zastosowanych kolumn filtracyjnych i ilości znajdujących się w tych kolumnach złóż. W przypadku konieczności uzyskania wody o innych parametrach niż woda do celów pitnych, urządzenie można w łatwy sposób przystosować do spełnienia tych wymagań, poprzez odpowiedni dobór złóż filtracyjnych. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy realizacji sposobu, a fig. 2 schemat urządzenia do realizacji sposobu. Wszystkie elementy i zespoły urządzenia są umieszczone w obudowie 16, wykonanej na metalowej ramie. Ściany obudowy są wykonane z blachy lub siatki metalowej. Obudowa 16 jest osadzona na obrotowych kółkach 17 i jezdnych rolkach 18. Woda do uzdatnienia, pobierana z dowolnego źródła, jest doprowadzana zasysającym wężem elastycznym. Wąż ten jest wyposażony na wejściu w filtr

7 PL B1 7 gąbkowy, zabezpieczający przed zassaniem zanieczyszczeń o wymiarach powyżej 150 μm, mogących zatkać przewód, i dołączony do zaworu odcinającego 20, zamocowanego w ścianie obudowy 16. Do tego zaworu jest podłączony przewód 19 doprowadzający wodę do uzdatnienia. Przepływ wody jest wymuszony pompą zasilającą 1, wyposażoną w silnik elektryczny, minihydrofor i wyłącznik ciśnieniowy. Do zanieczyszczonej wody dodawany jest środek utleniający, zawierający nadmanganian potasu w ilości 10 g/dm 3, siarczan cynku w ilości 30 g/dm 3 i kwas adypinowy w ilości 40 g/dm 3. Środek posiada intensywną fioletową barwę. Środek ten jest doprowadzany do przewodu 19 ze zbiornika 8 poprzez pompę dozującą 7, która sterowana jest wodomierzem kontaktowym. Środek dodaje się w ilości około 1 dm 3 /m 3 wody. Następnie wodę przepływającą przewodem 19 poddaje się procesowi filtracji na filtrze wstępnym 2, zatrzymującym zawiesiny powyżej 90 μm i na filtrze dokładnym 4, zatrzymującym zawiesiny powyżej 30 μm. W kolejnym etapie woda, poprzez wodomierz 3, doprowadzana jest do zespołu połączonych szeregowo kolumn filtracyjnych 11, 12, 13, 14, 15, w których, w trakcie przypływu wody, następuje jej zasadnicze oczyszczenie. Kolumny mają ksztah butli, z których każda jest wyposażona w zawór doprowadzający i odprowadzający. W kolumnie 11 złoże stanowi manganowy zeolit typu greensand (np. Relite M.-50 lub Purolite MZ 10). W kolumnie 11 przebiega proces usuwania wodorotlenków manganu i żelaza oraz dodatkowo utlenianie i zatrzymywanie resztek manganu i żelaza oraz zanieczyszczeń mechanicznych. W kolumnie 12 złoże stanowi silnie kwaśna porowata kationowa żywica jonowymienna w formie soli sodowej Na + (np. Relite CFZ, Amberlite MR200). W kolumnie 12 przebiega proces usuwania zanieczyszczeń organicznych oraz usuwania kationów wapnia i magnezu, poprzez zamianę ich na kationy sodowe, czyli proces zmiękczania wody. W kolumnie 13 złoże stanowi słabo kwaśna, porowata, kationowa żywica jonowymienna (np Amberlite IRC 86 lub Lewatit CNP, lub Relite CNS lub Relite CND, lub Wofatit CA20). W kolumnie 13 przebiega proces usuwania metali ciężkich i pozostałych kationów. W kolumnie 14 złoże stanowi mieszanina dwóch anionowych żywic jonowymiennych (np. jednej z żywic z grupy: Amberlite IRA 900 lub IRA 910 Relite 3AZ lub D-182, lub IMAC HP 661 z jedną z żywic z grupy; Relite A 490 lub A 520E lub IMAC 555). W kolumnie 14 przebiega proces usuwania szkodliwych anionów. Kolumna 15 jest wypełniona węglem aktywnym (np. Relite P60) i przebiega w niej proces usuwania pozostałych zanieczyszczeń. Do wody, przed wprowadzeniem jej do kolumny 15, dodaje się środek mineralizujący będący mieszaniną chlorku magnezu i chlorku wapnia w ilości 1,0 dm 3 /m 3 uzdatnianej wody, o barwie intensywnie żółtej. Preparat mineralizuje wodę i nadaje jej wymagany stopień twardości. Preparat ten dozuje się ze zbiornika 6 poprzez pompę dozującą 5 w ilości około 1 dm 3 /m 3 wody. Z kolumny 15 woda jest odprowadzana przewodem 19, na którym jest zainstalowana lampa UV 10, służąca do dezynfekcji uzdatnionej wody oraz zawór odcinający 21. Urządzenie jest zaopatrzone w bezpieczny zespół elektryczny, wyposażony w wyłącznik przeciwporażeniowy, system zabezpieczenia pompy zasilającej 1, pomp dozujących 5 i 6 oraz wodomierza 3. Tablica rozdzielcza układu elektrycznego znajduje się wewnątrz obudowy 16. Sposób i urządzenie opisane powyżej zostało przebadane w Instytucie Ochrony Środowiska (temat naukowy nr 70-OW-BW-7083). Do urządzenia wprowadzono zanieczyszczoną wodę, która przepływała przez urządzenie z prędkością liniową ok. 30 m/h Parametry wody zanieczyszczonej wprowadzonej do urządzenia i parametry wody oczyszczonej sposobem według wynalazku przedstawiono w Tabeli. Parametry Jednostki T a b e l a Wartość Parametru Dopływ Odpływ Spadek % Dopuszczalna wartość dla wody pitnej Odczyn ph ph 7,6 7,5-6,5-9,5 Barwa mg Pt/l 25 < Mętność mg SiO 2 /l 6 < 1 83,3 < 1 Zapach organolept. Z 2S akcept. 100 akceptowalny Amoniak Mg NH 4 /l 3,6 0,26 92,8 0,5 Azotany mg NO 3 /I 45,6 12,4 72,8 50

8 8 PL B1 ciąg dalszy Tabeli Azotyny mg NO 2 /I 0,16 0,09 43,8 0,1 Chlorki mg Cl/l 75,4 11,8 84,4 250 Fosfor ogólny mg P 2 O 5 /I 1,1 0,14 96,0 5 Siarczany mg SO 4 /I 144,9 72,1 50,2 250 Zawiesiny og. mg/l 15,6 0,8 94,9 niewidoczne Utlenialność mg O 2 /I 10,4 0,64 93,8 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób uzdatniania wody, z zastosowaniem filtracji mechanicznej i wymiany jonowej na żywicach jonowymiennych oraz środka utleniającego zawierającego nadmanganian potasu, jak również środka mineralizującego, w którym wodę wstępnie utlenia się i dezynfekuje za pomocą środka utleniającego dodawanego w ilości od 10 do 100 ppm, po czym wodę poddaje się filtracji mechanicznej, a następnie procesowi oczyszczania na szeregowo połączonych kolumnach filtracyjnych, przy czym na pierwszej kolumnie, wypełnionej manganowym zeolitem typu greensand, przeprowadza się proces odżelaziania i odmanganiania z jednoczesnym usunięciem pozostałości zanieczyszczeń mechanicznych, na drugiej kolumnie, wypełnionej silnie kwaśną porowatą kationową żywicą jonowymienną w formie soli sodowej Na + przeprowadza się proces usuwania kationów wapnia Ca 2+ i magnezu Mg 2+, amoniaku i metali ciężkich, na trzeciej kolumnie, wypełnionej słabo kwaśną porowatą kationową żywicą jonowymienną w formie soli sodowej Na +, przeprowadza się proces usuwania metali ciężkich i pozostałych kationów, na czwartej kolumnie, wypełnionej mieszaniną dwóch silnie zasadowych anionowych żywic jonowymiennych, usuwa się pozostałe zanieczyszczenia organiczne, azotyny, azotany fosforany i inne aniony, po czym do tak oczyszczonej wody dodaje się środek mineralizujący, następnie wodę podaje się na złoże z węglem aktywnym na kolumnie piątej, po czym wodę poddaje się ewentualnie dezynfekcji przy użyciu promieniowania UV, znamienny tym, że środek utleniający zawiera nadmanganian potasu w ilości od 10 do 80 g/dm 3 uzdatnianej wody, sól cynku w ilości od 10 do 150 g/dm 3 uzdatnianej wody i kwas organiczny lub nieorganiczny w ilości od 0,1 do 50 g/dm 3 uzdatnianej wody, a środek mineralizujący składa się z soli magnezowych lub mieszaniny soli magnezowych i wapniowych, przy czym środek mineralizujący dodaje się w takiej ilości, aby twardość wody uzdatnionej wynosiła od 60 do 100 ppm CaCO Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces filtracji mechanicznej przeprowadza się w co najmniej dwóch etapach. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w pierwszym etapie filtracji mechanicznej usuwa się zanieczyszczenia mechaniczne większe niż 150 μm, w drugim etapie zanieczyszczenia większe niż 90 μm, a w trzecim większe niż 30 μm. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że żywice anionowe w kolumnie czwartej stosuje się w stosunku 2:3. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek utleniający składa się z nadmanganianu potasu KMnO 4, siarczanu cynku ZnSO 4 i kwasu organicznego lub nieorganicznego. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że środek utleniający składa się z nadmanganianu potasu w ilości od 10 do 50 g, siarczanu cynku w ilości od 10 do 150 g i kwasu organicznego ilości od 0,1 do 50 g na 1 dm 3 roztworu. 7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że jako kwas organiczny stosuje się kwas adypinowy. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek mineralizujący zawiera siarczan magnezu jako sól magnezową. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek mineralizujący zawiera mieszaninę chlorku magnezu i chlorku wapnia. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do środka utleniającego i/lub mineralizującego dodaje się substancje barwiące.

9 PL B1 9 Rysunki

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)