PL B1. INSTAL WARSZAWA SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL BUP 21/13

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C02F 1/42 ( ) C02F 9/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób ograniczenia ubocznych produktów dezynfekcji z wody przeznaczonej do picia (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 21/13 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/16 (73) Uprawniony z patentu: INSTAL WARSZAWA SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH STANIASZEK, Warszawa, PL ALICJA STĘPNIEWSKA, Warszawa, PL RYSZARD WASIAK, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jerzy Woźnicki

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób ograniczenia zawartości ubocznych produktów dezynfekcji (UPD) z wody przeznaczonej do picia zwłaszcza związków chloroorganicznych powstałych w reakcjach chloru i jego pochodnych z zanieczyszczeniami pochodzenia naturalnego i antropogenicznego, głównie dla ujęć wody powierzchniowej, [z wykorzystaniem żywic jonowymiennych]. Znane są technologie uzdatniania wody dla celów komunalnych oparte na koagulacji i filtracji piaskowej, które usuwają związki organiczne obecne w postaci rozpuszczonej i koloidalnej. Powszechnie wykorzystuje się również procesy wielostopniowego ozonowania i filtracji na węglu aktywnym. Ozonowanie rozbija substancje chemiczne zawarte w wodzie na mniejsze cząstki, a na węglu aktywnym następuje ich adsorpcja. Filtracja przez granulowany węgiel aktywny usuwa rozpuszczoną materię organiczną na drodze biologicznej bądź sorpcyjnej, jednakże stopień usuwania tej materii jest często niezadowalający z punktu widzenia ostatniego etapu uzdatniania wody dezynfekcji związkami chloru (CI 2, CIO 2 lub CI 2 + CIO 2 ). W przypadku stosowania do dezynfekcji chloru, wymogiem ustawowym jest aby na końcówkach sieci stężenie chloru wodzie było nie wyższe niż 0,3 mg/dm 3 przy jednoczesnym braku zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Aktywne dezynfekcyjnie formy chloru to HOCl i CIO- nazywane chlorem wolnym. Związki chloru powstałe w wyniku jego reakcji z zanieczyszczeniami organicznymi nazywane są chlorem związanym. Są one nieużyteczne z punktu widzenia potencjału dezynfekcyjnego za to jest wśród nich wiele substancji uznanych jako szkodliwe oraz pogarszające smak i zapach wody uzdatnionej, na przykład: trójhalometany, kwasy halooctowe, chloraminy. Obecność związków organicznych w wodzie powoduje także powstawanie chlorynów, chloranów i bromianów. Im wyższe stężenie rozpuszczonej materii organicznej tym efekt ten jest wyraźniejszy tzn. tym więcej chloru związanego i większe zużycie chloru wolnego. Jeżeli stężenie substancji organicznych w uzdatnianej wodzie jest zbyt wysokie, to na końcówkach sieci stężenie chloru wolnego jest niewystarczające, co grozi zanieczyszczeniem mikrobiologicznym oraz wysoką zawartością UPD. Jest to realny problem z którym boryka się szereg wodociągów szczególnie w okresie letnim. Znanym sposobem usuwania materii organicznej z wody jest wymiana jonowa na specjalnie dobranych żywicach jonowymiennych (jonitach), zwanych łapaczami organiki. Do prowadzenia procesu wykorzystuje się tradycyjnie kolumny wypełnione jonitem okresowo regenerowane roztworem solanki. W ten sposób uzdatnia się wodę na potrzeby przemysłu, bardzo rzadko na potrzeby komunalne, głównie ze względu na wysokie koszty. Koszty o których mowa spowodowane są koniecznością budowy złożonego systemu pompowania oraz stawaniem dużych, gabarytowych urządzeń oraz koniecznej infrastruktury, w tym hali i rurociągów. Sposób ograniczenia zawartości ubocznych produktów dezynfekcji z wody przeznaczonej do picia poprzez zastosowanie żywicy jonowymiennej w ciągu technologicznym uzdatniania wody, zawierający etap dodawania żywicy jonowymiennej do uzdatnianej wody, etap mieszania żywicy z wodą, a następnie etap separacji jonitu z wody, po czym część żywicy poddaje się procesowi regeneracji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że żywicę jonowymienną wprowadza się bezpośrednio do rurociągu z uzdatnianą wodą na początku strefy mieszania, przy czym proces mieszania jonitu z wodą prowadzi się w dalszej części rurociągu na odcinku o wysokim indeksie mieszania, a wydzielony w strefie separacji jonit zawraca się w większej części na początek strefy mieszania i ponownie wprowadza do uzdatnianej wody, a mniejszą część odprowadza się do regeneracji w zbiornikach regeneracyjnych, przy czym zawróconą do strefy mieszania część jonitu uzupełnia się o zregenerowany jonit w ilości analogicznej do ilości żywicy odprowadzonej do regeneracji, zaś roztwór poregeneracyjny oczyszcza się z materii organicznej i wykorzystuje ponownie do regeneracji żywicy jonowymiennej. Korzystnym jest, jeżeli proces mieszania jonitu z wodą prowadzi się na odcinku o wysokim indeksie mieszania przez czas od 1 do 5 minut przy prędkości przepływu co najmniej 1 m/s i liczbie Reynoldsa powyżej Korzystnym jest, jeżeli stężenie zawiesiny żywicy w obiegu na odcinku o wysokim indeksie mieszania wynosi od 30 do 150 dm 3 /m 3. Korzystnym jest, jeżeli ilość żywicy odprowadzonej do regeneracji ze strefy separacji wynosi od 1 do 5% żywicy jonowymiennej wprowadzonej do rurociągu na początku strefy mieszania. Korzystnym jest, jeżeli żywicę jonowymienną wprowadza się do rurociągu na początku strefy mieszania poprzez układ inżektorowy zapewniający transport hydrauliczny jonitu.

3 PL B1 3 Korzystnym jest, jeżeli do układu inżektorowego, złożonego z inżektora i pompy napędowej, jest przyłączony separator ze strefy separacji i zbiorniki regeneracyjne, w których prowadzi się proces regeneracji żywicy, przy czym inżektor zasila się przez pompę napędową strumieniem wody pobranej z rurociągu za separatorem w ilości nieprzekraczającej 10% wody przepływającej przez strefę separacji. Korzystnym jest także, jeżeli że żywicę jonowymienną wprowadza się do rurociągu z wodą w strefie mieszania następującej w ciągu technologicznym po strefie filtracji piaskowej. Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość jego implementacji w istniejących substancjach budowlanych oraz przy wykorzystaniu istniejącej infrastruktury bez potrzeby ich rozbudowy i bez konieczności inwestycji w obiekty o dużej kubaturze, a także rezygnacja z dodatkowego stopnia pompowania głównego strumienia wody uzdatnianej. Ponadto, stosując niniejszy sposób nie stwarza się zagrożeń ekologicznych ponieważ roztwór poregeneracyjny jest wykorzystywany ponownie w procesie regeneracji, w przeciwieństwie do tradycyjnych stacji uzdatniania wody. Rozwiązanie według wynalazku jest objaśnione w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie ciąg technologiczny uzdatniania wody pomiędzy ujęciem a zbiornikiem wody czystej, a fig. 2 przedstawia układ rozdzielczo-odbiorczy jonitu przyłączony do rurociągu pomiędzy strefą filtracji piaskowej a strefą ozonowania. Jak przedstawiono na fig. 1 i fig. 2, woda z ujęcia po ozonowaniu wstępnym jest poddawana koagulacji i sedymentacji a następnie filtrowana w strefie filtracji piaskowej. Tak oczyszczona woda przepływa przez strefę mieszania, w której do wody jest dodawana żywica jonowymienna. Żywicę jonowymienną wprowadza się bezpośrednio do rurociągu z uzdatnianą wodą na początku strefy mieszania, przy czym proces mieszania jonitu z wodą prowadzi się w dalszej części rurociągu na odcinku 1 o wysokim indeksie mieszania. Na tym odcinku następuje mieszanie jonitu z wodą z jednoczesnym procesem wymiany jonowej. W wyniku kontaktu żywicy z pakietami wody i intensywnego mieszania następuje ograniczenie zawartości ubocznych produktów dezynfekcji (UPD). Następnie na etapie separacji następuje wydzielenie jonitu ze strumienia przepływającej wody. Wydzielony w strefie separacji jonit zawraca się w większej części na początek strefy mieszania i ponownie wprowadza do uzdatnianej wody, a mniejszą część odprowadza się do regeneracji w zbiornikach regeneracyjnych 5. Ponadto zawróconą do strefy mieszania część jonitu uzupełnia się o zregenerowany jonit w ilości analogicznej do ilości żywicy odprowadzonej do regeneracji. Na dalszych etapach uzdatniania wody, woda ze strefy separacji przepływa przez strefę ozonowania i filtracji na węglu, skąd trafia do zbiornika wody czystej, a żywicę jonowymienną odprowadzoną do zbiorników regeneracyjnych 5 poddaje się procesowi regeneracji, w celu ponownego w prowadzenia do strefy mieszania. Roztwór poregeneracyjny także podlega regeneracji poprzez oczyszczenie z materii organicznej, głownie węgla organicznego, po czym jest wykorzystywany ponownie do regeneracji żywicy jonowymiennej. Umiejscowienie strefy mieszania w ciągu technologicznym uzdatniania wody, łącznie z układem rozdzielczo-odbiorczym jonitu zawierającym instalację do regeneracji żywicy i roztworu, jest oznaczone na fig. 1 linią przerywaną. Jak przedstawiono na fig. 2, układ rozdzielczo-odbiorczy jonitu obejmuje odcinek 1 o wysokim indeksie mieszania, stanowiący część rurociągu w strefie mieszania poprzedzającej strefę separacji, układ inżektorowy, oraz instalację do regeneracji żywicy i roztworu. Na końcu odcinka 1 znajduje się separator 2. Żywicę jonowymienną wprowadza się do rurociągu na początku strefy mieszania poprzez układ inżektorowy zapewniający transport hydrauliczny jonitu. Układ inżektorowy składa się z inżektora 3 zasilanego pompą napędową 4. Do inżektora 3 jest przyłączony separator 2 ze strefy separacji i zbiorniki regeneracyjne 5. Siłę napędową inżektora 3 stanowi strumień wody pobierany z rurociągu pompą napędową 4 za separatorem 2 w ilości nieprzekraczającej 10% wody w strumieniu głównym przepływającym przez strefę separacji. W separatorze 2 następuje rozdzielenie głównego strumienia wody w rurociągu od jonitu. Wydzielony w strefie separacji jonit jest zawracany w większej części na początek strefy mieszania i ponownie wprowadzany do uzdatnianej wody za pomocą układu inżektorowego. Mniejszą część wydzielonego w strefie separacji jonitu odprowadza się do regeneracji w zbiornikach regeneracyjnych 5. W jednym zbiorniku 5 gromadzona jest żywica nasycona materią organiczną, a drugi zbiornik stanowi zasobnik żywicy zregenerowanej. Żywica poddawana jest regeneracji w zbiornikach regeneracyjnych 5 przy pomocy właściwego dla danego gatunku żywicy roztworu solanki doprowadzanego ze zbiorników solanki 6. Zregenerowana żywica kierowana jest ponownie na ssanie inżektora 3, skąd jest podawana na początek strefy mieszania razem z jonitem zawróconym ze strefy separacji. Natomiast roztwór poregeneracyjny spływa do zbiornika eluatu, w którym materia organiczna jest usuwana znanymi metodami

4 4 PL B1 z roztworu, a oczyszczony z materii organicznej roztwór poregeneracyjny jest wykorzystywany ponownie do regeneracji żywicy jonowymiennej. Strumienie żywicy kierowanej do regeneracji i zregenerowanej są w przybliżeniu równe. W sposobie według wynalazku do prowadzenia procesu używano żywicy jonowymiennej o silnie zasadowych grupach funkcyjnych o powinowactwie do anionów kwasów humusowych i fulwowych. Czas kontaktu żywicy z wodą w strefie intensywnego mieszania na odcinku 1 o wysokim indeksie mieszania wynosił od 1 do 5 minut, przy prędkości przepływu co najmniej 1 m/s i stężeniu zawiesiny żywicy od 30 do 150 dm 3 /m 3. Liczba Reynoldsa dla danej geometrii rurociągu wynosiła na odcinku 1 powyżej Ilość żywicy odprowadzonej do regeneracji ze strefy separacji wynosiła od 1 do 5% żywicy jonowymiennej wprowadzonej do rurociągu na początku strefy mieszania. Układ inżektorowy zastosowany wkładzie rozdzielczo-odbiorczym jonitu zapewnia transport hydrauliczny jonitu, zwiększa indeks mieszania na odcinku 1 rurociągu, oraz kompensuje straty energii powstające na skutek zwiększonej prędkości liniowej wody na tym odcinku i zastosowania separatora 2. Ponadto w przeciwieństwie do złóż żywic jonowymiennych, w których wymiana jonitu następuje periodycznie, rozwiązanie według wynalazku umożliwia ciągłe dozowanie jonitu co zapewnia stałe warunki uzdatniania wody. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób ograniczenia zawartości ubocznych produktów dezynfekcji z wody przeznaczonej do picia poprzez zastosowanie żywicy jonowymiennej w ciągu technologicznym uzdatniania wody, zawierający etap dodawania żywicy jonowymiennej do uzdatnianej wody, etap mieszania żywicy z wodą, a następnie etap separacji jonitu z wody, po czym część żywicy poddaje się procesowi regeneracji, znamienny tym, że żywicę jonowymienną wprowadza się bezpośrednio do rurociągu z uzdatnianą wodą na początku strefy mieszania, przy czym proces mieszania jonitu z wodą prowadzi się w dalszej części rurociągu na odcinku (1) o wysokim indeksie mieszania, a wydzielony w strefie separacji jonit zawraca się w większej części na początek strefy mieszania i ponownie wprowadza do uzdatnianej wody, a mniejszą część odprowadza się do regeneracji w zbiornikach regeneracyjnych (5), przy czym zawróconą do strefy mieszania część jonitu uzupełnia się o zregenerowany jonit w ilości analogicznej do ilości żywicy odprowadzonej do regeneracji, zaś roztwór poregeneracyjny oczyszcza się z materii organicznej i wykorzystuje ponownie do regeneracji żywicy jonowymiennej. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces mieszania jonitu z wodą prowadzi się na odcinku (1) przez czas od 1 do 5 minut przy prędkości przepływu co najmniej 1 m/s i liczbie Reynoldsa powyżej Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie zawiesiny żywicy w obiegu na odcinku (1) rurociągu wynosi od 30 do 150 dm 3 /m Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość żywicy odprowadzonej do regeneracji ze strefy separacji wynosi od 1 do 5% żywicy jonowymiennej wprowadzonej do rurociągu na początku strefy mieszania. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że żywicę jonowymienną wprowadza się do rurociągu na początku strefy mieszania poprzez układ inżektorowy zapewniający transport hydrauliczny jonitu. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że do układu inżektorowego złożonego z inżektora (3) i pompy napędowej (4) jest przyłączony separator (2) ze strefy separacji i zbiorniki regeneracyjne (5), w których prowadzi się proces regeneracji żywicy, przy czym inżektor (3) zasila się przez pompę napędową (4) strumieniem wody pobranej z rurociągu za separatorem (2) w ilości nieprzekraczającej 10% wody przepływającej przez strefę separacji. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że żywicę jonowymienną wprowadza się do rurociągu z wodą w strefie mieszania następującej w ciągu technologicznym po strefie filtracji piaskowej.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)