本發(fā)明涉及水凈化的領(lǐng)域以及用于使用超濾技術(shù)來進(jìn)行水凈化的方法和裝置，并且主要用于凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水。

背景技術(shù)：

1、目前，已知許多方法和裝置用于針對(duì)特定目標(biāo)需求的水凈化，從而允許達(dá)到期望的凈化程度。在許多情況下，該問題可通過使用超濾技術(shù)得到有效解決[1]。

2、在對(duì)水進(jìn)行的超濾之前和/或在水處理的初級(jí)步驟中同時(shí)執(zhí)行消毒通常是適當(dāng)?shù)模谠S多情況下，消毒是通過臭氧化執(zhí)行的。例如，已知一種水凈化單元，該水凈化單元包括具有膜陶瓷元件的超濾裝置、臭氧發(fā)生器、噴射器和混合室。這些裝置用于通過將水與臭氧混合物同時(shí)進(jìn)料到混合室中，然后進(jìn)料到兩個(gè)按順序安裝的超濾裝置中[2]。然而，如果水中存在有機(jī)雜質(zhì)(并且它們幾乎始終存在)，則該有機(jī)雜質(zhì)會(huì)被臭氧氧化從而形成黏性反應(yīng)產(chǎn)物(黏液)，該黏性反應(yīng)產(chǎn)物污染或涂覆膜表面，堵塞孔并降低過濾效率。

3、就基本特征集合而言，本公開的最接近的原型是一種通過超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的方法，該方法由初步制備用于超濾的水以及該超濾過程本身組成，該初步制備由例如在網(wǎng)狀過濾器上進(jìn)行的初步凈化以及在接觸槽中進(jìn)行的臭氧化和在該接觸槽中通過再循環(huán)同時(shí)進(jìn)行的混合組成[3]。使用包括初步凈化裝置、噴水噴射器、接觸槽、超濾裝置的裝置來執(zhí)行所述方法，這些裝置按順序地布置在單個(gè)技術(shù)鏈中。該方法及其相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)裝置的缺點(diǎn)是膜表面會(huì)被有機(jī)雜質(zhì)的氧化產(chǎn)物污染，并且因此該膜表面的過濾能力下降，從而需要附加的清潔措施或者對(duì)膜的性能進(jìn)行恢復(fù)。

4、要解決的問題和要達(dá)成的技術(shù)效果

5、要由所要求保護(hù)的本發(fā)明來解決的問題是消除上文提及的技術(shù)解決方案的缺點(diǎn)以及達(dá)成在降低超濾膜表面被有機(jī)雜質(zhì)和有機(jī)氯雜質(zhì)(有機(jī)雜質(zhì)或有機(jī)物)的氧化產(chǎn)物污染的程度(這實(shí)現(xiàn)了水凈化效率的提高以及膜清潔措施數(shù)量的減少)方面的技術(shù)效果。另外，擴(kuò)展針對(duì)通過超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的技術(shù)手段的范圍也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是技術(shù)成果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、所要求保護(hù)的本發(fā)明的所述技術(shù)效果是通過實(shí)現(xiàn)一種通過超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的方法來達(dá)成，該方法由初步制備用于超濾的水以及通過膜進(jìn)行的超濾過程本身組成，該初步制備由在接觸槽中進(jìn)行的臭氧化和在該接觸槽中通過再循環(huán)進(jìn)行的混合組成。除此之外，通過至少一個(gè)噴水噴射器將水進(jìn)料到超濾裝置中，同時(shí)進(jìn)料臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物，通過該超濾裝置來設(shè)立進(jìn)入該接觸槽中并且返回到該超濾裝置中的第二再循環(huán)環(huán)路，在該超濾裝置的近膜空間中確立氣-液流的高速和/或湍流模式，在膜表面之上帶有水-氣泡流，其中將通過該噴水噴射器的水的流速確立在0.5m3/小時(shí)至45m3/小時(shí)的范圍內(nèi)，將該臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物的流速確立在0.3m3/小時(shí)至30m3/小時(shí)的范圍內(nèi)，并且將噴射器壓力管線中的壓力確立在0.2mpa至1.6mpa的范圍內(nèi)。

2、為了清楚且更徹底地理解本公開的描述，下文提供了在上文使用的概念和術(shù)語的細(xì)節(jié)和公開內(nèi)容以及對(duì)方法的描述。

3、在使用超濾的水凈化過程中，首先執(zhí)行水的初步制備，其目的主要是從粗機(jī)械雜質(zhì)中凈化水，并減少一定量的其他雜質(zhì)(包括均質(zhì)雜質(zhì))，從而允許隨后的超濾具有更高的效率。例如，通過機(jī)械過濾器過濾、化學(xué)處理、氧化、沉淀來執(zhí)行初步制備。這些程序可以按不同的變型和順序來執(zhí)行。其中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)臭氧氧化和同時(shí)進(jìn)行的混合，從而允許氧化水中的有機(jī)雜質(zhì)，并使該雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為膠狀黏性(黏液樣)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，這些雜質(zhì)已經(jīng)可被分離。另外，臭氧化解決了對(duì)細(xì)菌和病毒進(jìn)行消毒的問題。

4、實(shí)踐表明，最有效的臭氧化方法是通過噴水噴射器(噴射器)將臭氧混合物進(jìn)料到一定量的正在被處理的水中。要用臭氧處理的水通常位于接觸槽中。其他已知的臭氧化、氣體組分和液體組分的并行進(jìn)料或鼓泡的方法雖然是可能的，但效率較低。臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物通常用作臭氧混合物，這取決于水污染的程度和水量。另外，噴射器的使用允許調(diào)節(jié)噴射的方向、流速和氣-液比。根據(jù)以下方案，通過使用通過接觸槽的回收技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高效率的臭氧化：從槽的出口—到槽的入口。為了進(jìn)行回收，在接觸槽外部布置了管道。由于槽中水的臭氧化，該槽中已經(jīng)形成了有機(jī)物氧化的產(chǎn)物。然而，水中有機(jī)雜質(zhì)的完全氧化通常無法在接觸槽中實(shí)現(xiàn)。在本公開中，噴水噴射器是指一種噴射器，其中通過泵送水來實(shí)現(xiàn)壓力管線，同時(shí)通過吸入管線來進(jìn)料臭氧氣體混合物。將吸入管線構(gòu)造在壓力管線的一側(cè)。將該管線連接到噴射器的接納室，在該接納室中，通過噴射器壓力管線的高速水流產(chǎn)生真空。由于該真空，吸入臭氧氣體混合物，然后與水混合。

5、在接觸槽中通過臭氧處理的水與有機(jī)雜質(zhì)的氧化產(chǎn)物一起被進(jìn)料到超濾裝置(超濾模塊)中。該水通過噴射器進(jìn)入超濾裝置的入口部分(接納室)，該噴射器是用于經(jīng)過濾的水進(jìn)入超濾裝置的入口部分中的裝置。同時(shí)，臭氧混合物再次通過噴射器的吸入支管進(jìn)料。有利的是，噴射器被構(gòu)造成是可調(diào)節(jié)的，即能夠調(diào)節(jié)壓力水流的速率和吸入的臭氧混合物的流速以及接納室中的壓力。在一些情況下，可構(gòu)造具有兩個(gè)吸入管的噴射器，用于引入附加的組分。出于設(shè)計(jì)和技術(shù)原因，可使用一組噴射器將水供應(yīng)到超濾裝置中。該方法的優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了水的臭氧化以及過濾速率。

6、在超濾裝置的接納室中，會(huì)發(fā)生有機(jī)雜質(zhì)的附加氧化?？赏ㄟ^在噴射器出口處形成的過濾水的湍流模式來促進(jìn)該附加氧化，湍流模式是通過增加泵送流的壓力來實(shí)現(xiàn)的。因此，在接納室中，在接觸槽和超濾裝置的接納室中形成的有機(jī)物氧化的產(chǎn)物積聚，從而使得過濾過程變得復(fù)雜。為此，從超濾裝置(過濾器)的接納室開始設(shè)立連接至接觸槽的排水管線。因此，根據(jù)以下方案提供了第二再循環(huán)管線：從過濾器的接納室的出口—到接觸槽的入口，然后通過接觸槽到過濾器入口處的噴射器。此外，在一些情況下，在該管線的技術(shù)確定點(diǎn)安裝用于有機(jī)物氧化的產(chǎn)物的捕集器和/或排水管是適當(dāng)?shù)?。特別地，在超濾裝置的接納室體積小的情況下，采用該方法是適當(dāng)?shù)?。技術(shù)過程的所有管線、其裝置的入口和出口都配備有切斷閥和控制閥。通過超濾膜過濾的大致條件如下：差壓為0.05mpa至0.6mpa，臭氧-空氣混合物通過噴射器的流速為0.3m3/小時(shí)至30m3/小時(shí)，水中溶解的臭氧含量為0.01g/m3至1.0g/m3，水凈化的程度高達(dá)92％。

7、眾所周知，在堿性條件下，有機(jī)雜質(zhì)的氧化進(jìn)行得更徹底，因此，為了實(shí)現(xiàn)該特征，在接納室中創(chuàng)造堿性條件是適當(dāng)?shù)腫4]。為此，可將來自外部電解劑的陰極電解液引入超濾裝置的接納室中，以獲得ph為8.0至11.0的條件。

8、關(guān)于超濾裝置過濾效率的挑戰(zhàn)性問題是超濾膜表面被有機(jī)物氧化的黏性產(chǎn)物污染，該黏性產(chǎn)物主要是膠體物質(zhì)。這些產(chǎn)品會(huì)粘附在膜表面并堵塞孔，從而阻礙過濾。從實(shí)踐中可知，通過在過濾器接納室中提供液體流的高速和/或湍流模式來防止黏性產(chǎn)物粘附到膜上，這是由于這些產(chǎn)物會(huì)被液體流機(jī)械地沖掉。在所述流中有意產(chǎn)生氣泡模式的情況下，即在要過濾的水流中產(chǎn)生大量氣泡或形成水-氣泡流的情況下，該過程得到顯著增強(qiáng)。此外，首先需要在近膜空間中(即在鄰近膜表面的空間中)產(chǎn)生這種模式。因此，形成了氣-液流，其中氣體呈多個(gè)氣泡的形式，這些氣泡與高速水流的同時(shí)作用一起沖掉了膜表面上的黏性黏液。通過與膜表面周圍的水-氣泡流一起沖掉有機(jī)物氧化的黏性產(chǎn)物從而對(duì)膜上的黏性產(chǎn)物進(jìn)行清潔的效率在實(shí)踐中已經(jīng)得到證明。能夠有效地將有機(jī)物氧化的黏性產(chǎn)物從超濾膜的表面沖掉的該氣泡模式通過使用具有以下參數(shù)的噴水噴射器來實(shí)現(xiàn)：通過噴水噴射器的水流為0.5m3/小時(shí)至45m3/小時(shí)，臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物的流速為0.3m3/小時(shí)至30m3/小時(shí)，吸入流的噴嘴直徑與壓力水流的噴嘴直徑之間的比例為0.35至1.0，噴射器壓力管線中的壓力在0.2mpa至1.6mpa的范圍內(nèi)改變，該噴水噴射器的接納室中的真空相對(duì)于大氣壓在0.03mpa至0.098mpa的范圍內(nèi)。通過使用一組放置在最佳點(diǎn)的噴射器，可更大程度地提高清潔效率。例如，這種點(diǎn)是管狀膜之間的位置或與膜表面周圍的流動(dòng)相對(duì)應(yīng)的方向。

9、通過噴射器的最佳放置以及通過進(jìn)一步提供分離器和將水-氣泡流引向膜表面的導(dǎo)流裝置，同時(shí)控制流速，實(shí)現(xiàn)了膜表面周圍的高效的水-氣泡流。

10、通過使用基于氧化物的陶瓷材料(例如，氧化硅和氧化鈦)，還提高了膜表面清潔的效率。這可用有機(jī)物氧化的產(chǎn)物對(duì)這些氧化物的低物理化學(xué)親和力來解釋，這是從使用陶瓷超濾膜的實(shí)踐中得出的。

11、接觸槽被設(shè)計(jì)成具有用于進(jìn)料水和噴射器入口的腔室以及第二回收管線，該槽還包含進(jìn)入通向超濾裝置的管道中的出口。超濾裝置是有利地為圓柱形的槽，在該槽內(nèi)部布置有由氧化鈦和氧化硅制成的管狀膜。膜的孔徑為0.001m至0.1μm。對(duì)于一個(gè)管狀膜而言，膜的總過濾面積為0.15m2至2m2，或者對(duì)于整個(gè)裝置而言高達(dá)24m2，該裝置被有利地構(gòu)造有12個(gè)膜。過濾裝置腔室具有分區(qū)，這些分區(qū)與膜一起將其體積分成接納室和濾液隔室。該腔室具有用于布置噴射器的入口和兩個(gè)用于連接第二回收管道和濾液出口管道的出口。如果使用多于一個(gè)噴射器，則該腔室具有對(duì)應(yīng)數(shù)量的入口。所述設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)元件可由不銹鋼和聚合物以及復(fù)合材料制成。

12、與最接近的技術(shù)解決方案不同，所要求保護(hù)的本發(fā)明的基本特征或其特性是：

13、-通過至少一個(gè)噴水噴射器將水進(jìn)料到超濾裝置中，同時(shí)進(jìn)料臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物，

14、-通過超濾裝置和接觸槽來提供第二再循環(huán)環(huán)路，

15、-在近膜空間中提供高速和/或湍流氣-液模式，在膜表面周圍有水-氣泡流，其中提供以下氣-液模式：

16、--通過噴水噴射器的水的流速為0.5m3/小時(shí)至45m3/小時(shí)，

17、--臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物的流速為0.3m3/小時(shí)至30m3/小時(shí)，

18、--噴水噴射器的接納室中的壓力在0.2mpa至1.6mpa的范圍內(nèi)。

19、上文提及的基本特征與最接近的技術(shù)解決方案不同，因?yàn)槊總€(gè)基本特征均不包括在原型基本特征集合中，即不存在于原型中提供的特征列表中，并且不是其特性。如上所示，當(dāng)使用描述中規(guī)定的本發(fā)明的其他基本特征時(shí)，與原型不同的、包括其特性的所述基本特征會(huì)達(dá)成所要求保護(hù)的技術(shù)效果。

20、因此，顯示出所要求保護(hù)的本發(fā)明的允許達(dá)成所聲明的技術(shù)效果的基本特征集合不同于類似物、原型以及其他已知數(shù)據(jù)來源的基本特征集合，即，使用所述基本特征集合來獲得所要求保護(hù)的技術(shù)效果是未知的。換句話說，所要求保護(hù)的本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)中是未知的。

21、在搜索通過現(xiàn)有技術(shù)的超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的過程中，未識(shí)別出技術(shù)解決方案，其基本特征(無論是單獨(dú)的還是在任何組合中)都與所要求保護(hù)的本發(fā)明的區(qū)別性基本特征相一致并且允許達(dá)成所要求保護(hù)的技術(shù)效果。因此，確認(rèn)了不知道所要求保護(hù)的本發(fā)明的區(qū)別性基本特征對(duì)所要求保護(hù)的技術(shù)效果的影響。

22、還應(yīng)當(dāng)注意，使用包括區(qū)別性特征集合在內(nèi)的整個(gè)所要求保護(hù)的基本特征集合來獲得所要求保護(hù)的技術(shù)效果對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)人員來說不是顯而易見的，因?yàn)樗皇乾F(xiàn)有技術(shù)和/或技術(shù)人員的一般知識(shí)中包括的信息的組合、變更或聯(lián)合使用。

23、實(shí)際上，由于使用了上文提及的區(qū)別性基本特征，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)人員來說，由于通過水-氣泡流從超濾膜表面沖掉有機(jī)雜質(zhì)的氧化產(chǎn)物而導(dǎo)致的超濾膜表面被這些產(chǎn)物污染程度的降低(進(jìn)而導(dǎo)致水凈化效率的提高和膜清潔措施數(shù)量的減少)并不明顯。

24、關(guān)于所聲明的技術(shù)效果的確認(rèn)達(dá)成，所述技術(shù)解決方案是非標(biāo)準(zhǔn)且未知的解決方案。另外，這些解決方案或基本特征的這些組合應(yīng)當(dāng)與權(quán)利要求中規(guī)定的其他基本特征的使用一起在單個(gè)集合中進(jìn)行考慮。

25、所要求保護(hù)的方法的技術(shù)效果中的效率增加是在對(duì)該方法的以下修改中達(dá)成的，其特征為該方法的特定實(shí)現(xiàn)情況：

26、1.通過超濾技術(shù)來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述方法，其特征在于，通過進(jìn)料來自外部電解劑的陰極電解液，在超濾裝置的接納室中產(chǎn)生ph范圍為8.0至11.0的堿性條件。

27、2.通過超濾技術(shù)來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述方法，其特征在于，通過由基于氧化鈦和氧化硅的氧化物材料的混合物制成的超濾膜來執(zhí)行該超濾裝置中的過濾。

28、3.通過超濾技術(shù)來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述方法，其特征在于，噴水噴射器的接納室中的壓力在0.03mpa至0.098mpa的范圍內(nèi)。

29、通過超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述方法涉及提供一種裝置，該裝置的設(shè)計(jì)元件在上文與對(duì)所述方法的描述一起描述，即：一種用于通過超濾來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的裝置，該裝置包括臭氧化裝置、接觸槽、回收管線和該超濾裝置本身。另外，該裝置包括從該超濾裝置開始并通過該接觸槽返回的附加的回收管線，以及在該超濾裝置的入口處的呈至少一個(gè)噴水噴射器形式的附加的臭氧化裝置(附加裝置)，其中吸入噴嘴的工作直徑與壓力管線噴嘴的工作直徑之比在0.35至1.0的范圍內(nèi)，其中所述噴嘴能夠?qū)⒂糜诿總€(gè)噴射器的臭氧-空氣或臭氧-氧氣混合物的流速確立在0.3m3/小時(shí)至30m3/小時(shí)的范圍內(nèi)，并且將水的流速確立在0.5m3/小時(shí)至45m3/小時(shí)的范圍內(nèi)，從而提供在過濾器接納室中、在膜的表面周圍產(chǎn)生水-氣泡流的可能性。

30、所要求保護(hù)的裝置的技術(shù)效果中的效率增加是在對(duì)該方法的以下修改中達(dá)成的，其特征為該方法的特定實(shí)施例：

31、1.通過超濾技術(shù)來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述裝置，其特征在于，提供了從外部電解劑到超濾裝置的接納室的陰極電解液供應(yīng)管線以在要過濾的水中產(chǎn)生堿性條件。

32、2.通過超濾技術(shù)來凈化具有有機(jī)雜質(zhì)的水的上述裝置，其特征在于，超濾裝置中的超濾膜由基于氧化鈦和氧化硅的氧化物材料的混合物制成。