УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/28 B01D39/00 

Изобретение относится к устройствам для очистки воды, в частности к устройствам для очистки питьевой воды. Такие устройства могут быть использованы как в условиях домашнего хозяйства для очистки питьевой воды из городского водопровода, так и в ряде других случаев при заборе воды из накопительной емкости. Устройство может использоваться в различных отраслях народного хозяйства, например, в пищевой, фармацевтической промышленностях, в медицине, например, при стерилизации медицинской посуды, инструмента и т.д. а также может быть использовано в экстремальных условиях, например, на судах, в походных условиях, аварийных ситуациях.

Водопроводная вода, особенно питьевая из домашнего водопровода, зачастую поступает потребителю неудовлетворительного качества. В ряде случаев вода имеет высокую жесткость, неприятный вкус, запах хлора и органических примесей. Известны случаи повышенного содержания в воде вредных органических примесей (фенола, нефтепродуктов и др.), а также их хлорпроизводных. Особую проблему составляет повышенное содержание в воде железа, особенно высокодисперсного.

Известны устройства, которые представляют собой приспособления для присоединения к кранам воды в домашнем хозяйстве или автономным емкостям и содержат различные материалы в определенных комбинациях для удаления из воды примесей: катионов, анионов, органических веществ, бактерий, микроорганизмов. Все устройства, как правило, содержат последовательно расположенные слои материалов для фильтрации, дезодорации, стерилизации, снижения жесткости воды.

Однако все эти устройства не обеспечивают очистку воды с повышенным содержанием коллоидного железа.

Известно устройство для очистки воды, представляющее собой патрон с арматурой для насадки на водопроводный кран. Патрон содержит кожух с входным и выходным патрубками, в котором последовательно в направлении движения водного потока размещены слои материалов для очистки воды от примесей предварительным воздействием нейтрального материала, затем адсорбцией, стерилизацией, действием ионообменной смолы.

В частности, в одном из вариантов фильтра последовательно размещены распределительная пластина, адсорбент для тонкой механической очистки на основе активированного угля с термопластичным связующим полипропиленом и частицами мелкодисперсного серебра, два последующих слоя предназначены для удаления бактерий и микроорганизмов и выполнены из активированного угля различной пористости с распределенным в нем мелкодисперсным серебром, затем слой ионообменного материала в Н-форме для умягчения воды, послеадсорбционный слой для повторной очистки активированный уголь с большой пористостью и, наконец, прокладка из спрессованного угля.

Описанный фильтр может быть использован в домашнем хозяйстве. Однако вызывает сомнение, что этот фильтр будет эффективен при очистке воды с повышенным содержанием железа, особенно в виде коллоидно-дисперсных взвесей.

Цель изобретения разработка такого устройства, которое, удовлетворяя современным требованиям (достаточно высокая скорость фильтрации и высокий ресурс), способно эффективно очищать воду с повышенным содержанием железа, особенно в форме коллоидно-дисперсных взвесей.

Одним из вариантов решения задачи может быть устройство, в котором последовательно размещены следующие слои:
нейтральный волокнистый материал, например волокнистый полипропилен, либо слабоосновный сорбент на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна, либо сочетание этих материалов;
сильноосновный анионит на осмнове полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола;
смесь волокнистого активированного угля и гранулированного сорбента, взятых в весовом соотношении (3:1)-(1:1);
нейтральный волокнистый полимерный материал, например, волокнистый полипропилен, либо волокнистый активированный уголь, либо сочетание этих материалов.

Слой смеси волокнистого активированного угля и гранулированного сильноосновного сорбента служит для удаления из воды органических примесей и микрочастиц. Весовое соотношение волокнистого активированного угля к ионообменному материалу в этом слое целесообразно применять в интервале (3:1)-(1:1). При уменьшении количества активированного угля ухудшается очистка от органических примесей и микрочастиц, при увеличении количества активированного угля снижается скорость фильтрации.

В качестве гранулированного сорбента могут быть использованы, например, аниониты марок АВ-17, АВ-15, АВ-19, АВ-29, а также катионит КУ-2.

В случаях, когда очищаемая вода имеет повышенную жесткость, между отдельными слоями целесообразно размещать слои слабоосновного сорбента на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна.

В предлагаемом устройстве упомянутый слой служит для удаления катионов и может быть размещен между слоями предварительной очистки и сильноосновного анионита, или между слоями активированного угля и повторной очистки.

В случае очистки воды в экстремальных условиях, когда последняя загрязнена микроорганизмами, целесообразно после слоя предварительной очистки от железа сильноосновного анионита на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола размещать стерилизующий слой.

В качестве стерилизующего слоя могут быть использованы металлический иод, металлический иод, смешанный с активированным углем, активированный уголь, насыщенный иодом, или анионит, насыщенный иодом.

Одним из таких вариантов может быть устройство, в котором после слоя очистки воды от железа на слое сильноосновного волокнистого анионита последовательно размещены следующие слои:
гранулированный сильноосновный анионит, насыщенный иодом;
смесь активированного угля и регулированного сильноосновного сорбента, взятых в весовом соотношении (3:1)-(1:1);
сильноосновный анионит на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола;
слабоосновный сорбент на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна;
нейтральный волокнистый полимерный материал или волокнистый активированный уголь.

Указанное размещение слоев для обработки воды в этом варианте обеспечивает вполне определенную последовательность удаления из воды загрязняющих примесей. Первоначально удаляются механические примеси, а также крупные включения с размером частиц более 10 мкм на слое предварительной обработки, при этом, если присутствует слой слабоосновного волокнистого сорбента, например ФИБАН АК-22, то происходит частичное удаление катионов. Затем на слое сильноосновного анионита, например волокнистого ФИБАН А-1, происходит удаление анионов нитратов, нитритов, причем одновременно из воды удаляется железо в виде коллоидно-дисперсных взвесей. Очищенная от железа и анионов вода поступает в следующую зону слой, содержащий гранулированный сильноосновный анионит, насыщенный йодом, например анионит АВ-17-10, насыщенный йодом, где происходит стерилизация (убиваются бактерии, вирусы и другие микроорганизмы). Известно, что аниониты аналогичной структуры сильноосновные анионообменные смолы с четвертичными аммониевыми группами в форме трийодида обладают сильными бактерицидными свойствами в воде. Стерилизация происходит с помощью свободного йода, который выделяется при прохождении потока воды через йодированный анионит. Далее слоем волокнистого активированного угля, смешанного с гранулированным анионитом, осуществляется очистка потока воды от органических примесей и, наконец, на нескольких последовательно размещенных слоях сильноосновного волокнистого анионита, слабоосновного волокнистого сорбента, нейтрального волокнистого полимерного материала или активированного угля происходит окончательная доочистка воды.

Предварительное удаление железа, анионов, в том числе ионов хлора позволило создать благоприятные условия для гарантированной стерилизации свободным йодом.

Использование материалов в виде волокон позволило повысить скорость фильтрации и создать высокоресурсные устройства для очистки питьевой воды.

На чертеже схематично изображен один из вариантов предлагаемого устройства.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с нижней крышкой 2 и патрубком для входа 3 очищаемой воды и верхней крышкой 4 с патрубком 5 для выхода очищенной воды, распределительными пластинами 6. Внутри корпуса 1 по ходу перемещения очищаемой воды размещены следующие слои: 7 волокнистый полимерный материал для удаления микрочастиц; 8 сильноосновный анионит на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола, для удаления анионов, нитратов, нитритов, железа; 9 йодированный гранулированный сорбент для стерилизации; 10 смесь волокнистого активированного угля и гранулированного сильноосновного сорбента для удаления органических примесей.

Последующая доочистка происходит на следующих слоях: 11 сильноосновный анионит на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола; 12 слабоосновный волокнистый сорбент на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна; 13 нейтральный волокнистый полимерный материал; 14 активированный уголь.

Устройство работает следующим образом.

Устройство присоединяют к водопроводному крану через переходник и направляют через него воду.

При работе устройства основные физико-химические и биологические показатели определялись по методикам, рекомендованным ГОСТ 2874-82.

П р и м е р 1. Патрон содержит (по ходу перемещения потока воды) распределитель потока, 2 см волокнистого полипропилена, 6 см сильноосновного волокнистого анионита ФИБАН А-1, 14 см смеси волокнистого активированного угля и гранулированного сорбента (КУ-2) в весовом соотношении 1:1, 2 см волокнистого полипропилена, распределитель потока.

Пропускалась вода из автономной емкости. Содержание железа 0,5 мг/л, запах 3-4 балла, цветность 40 град, мутность более 1,5 мг/л.

Скорость фильтрации 30 мл/с. После очистки 2000 л воды физико-химические характеристики очищенной воды следующие: содержание железа следы, запах 0, цветность 10 град, мутность 0,5 мг/л.

П р и м е р 2. Патрон содержит (по ходу перемещения потока воды) распределитель потока, 1 см слабоосновного волокнистого сорбента на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна ФИБАН АК-22, 7 см сильноосновного волокнистого анионита ФИБАН А-1, 10 см смеси волокнистого активированного угля и гранулированного сорбента АВ-17-8, взятых в весовом соотношении 2:1, 2 см волокнистого слабоосновного сорбента на основе модифицированного полиакрилонитрильного волокна ФИБАН АК-22, 2 см волокнистого полипропилена, 2 см волокнистого активированного угля, распределитель потока.

Пропускалась вода из автономной емкости с показателями, указанными в примере 1.

Скорость фильтрации 40 мл/с. После очистки 2000 л воды физико-химические характеристики воды: содержание железа 0,1 мг/л, запах 0, цветность 5 град, мутность 0,5 мг/л.

П р и м е р 3. Патрон содержит (по ходу перемещения потока) распределитель потока, 1 см нейтрального волокнистого полипропилена, 1 см волокнистого слабоосновного сорбента ФИБАН АК-22, 5 см сильноосновного волокнистого анионита ФИБАН А-1, 2 см сильноосновного анионита АВ-17-10, насыщенного иодом, 5 см смеси волокнистого активированного угля и гранулированного сорбента АВ-17-10, взятых в весовом соотношении 3:1, 6 см сильноосновного анионита ФИБАН А-1, 3 см слабоосновного волокнистого сорбента ФИБАН АК-22, 1 см нейтрального волокнистого полипропилена, распределитель потока.

Через патрон пропускалась мытьевая судовая вода из ахтерпика со скоростью 50 мл/с.

Физико-химические характеристики обрабатываемой воды до и после фильтрации представлены в табл.1.

Профильтрованная вода удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82.

Вирулицидное действие устройства определялось после пропускания различных количеств воды. В испытаниях использован вакцинный штамм ЖЭВ-7 энтеровируса, моделирующий кишечные вирусы (полиовирусы, коксаки, ЕСНО, гепатита А и др.). Результаты испытаний приведены в табл.2.

П р и м е р 4. Патрон содержит (по ходу перемещения воды) распределитель потока, 1 см волокнистого слабоосновного анионита ФИБАН АК-22, 5 см сильноосновного волокнистого анионита ФИБАН А-1, 1 см волокнистого слабоосновного анионита ФИБАН АК-22, 1 см гранулированного сильноосновного анионита АВ-17-10, насыщенного йодом, 1 см слабоосновного волокнистого анионита ФИБАН АК-22, 7 см смеси активированного угля и гранулированного сильноосновного сорбента АВ-17-10, взятых в весовом соотношении 2:1, 6 см сильноосновного волокнистого анионита ФИБАН А-1, 1 см слабоосновного волокнистого анионита ФИБАН АК-22, 3 см волокнистого полипропилена, распределитель потока.

Пропускалась вода с показателями, представленными в табл.3. Скорость фильтрации 50 мл/с. Физико-химические и биологические показатели воды определялись после пропускания различных количеств.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет очищать воду от микрочастиц, в том числе от коллоидного железа, удаляет запахи, придает воде прозрачность и бесцветность, хорошо очищает от микроорганизмов. Исследования показали также, что фильтр не накапливает радиоактивных элементов и не представляет радиоактивной опасности.

Фильтр изготовлен из инертных материалов, разрешенных в практике хозяйственного питьевого водоснабжения.

Сущность изобретения: устройство содержит корпус с входным и выходным патрубками, распределительные пластина и многослойную сорбирующую загрузку, содержащую в первом и последнем слое волокнистый нейтральный и/или ионообменный амфотерный полимерный материал или волокнистый активированный уголь, а между ними слой сильноосновного анионита на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола и слой волокнистого активированного угля и сильноосновного или сильнокислотного ионита или гранулированного активированного угля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ, содержащее корпус с входным и выходными патрубками, распределительные пластины и многослойную сорбирующую загрузку, отличающееся тем, что загрузка содержит в первом и последнем слое волокнистый нейтральный и/или ионообменный амфотерный полимерный материал или волокнистый активированный уголь, а между ними расположены по крайней мере один слой сильноосновного анионита на основе полипропиленового волокна с привитым сополимером стирола и дивинилбензола и слой смеси волокнистого активированного угля и сильноосновного или сильнокислотного ионита или гранулированного активированного угля. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве нейтрального полимерного материала загрузка содержит волокнистый полипропилен, а в качестве амфотерного модифицированное полиакрилонитрильное волокно. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что загрузка содержит слой смеси волокнистого активированного угля и гранулированного сильноосновного или сильнокислотного ионита или гранулированного активированного угля при их массовом соотношении (1 3) 1. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что загрузка дополнительно содержит бактерицидный иодсодержащий сорбент на основе сильноосновного анионита или активированного угля.