СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК C02F9/00 B01D61/14 

Изобретение относится к способам очистки водопроводной воды и может быть использовано для защиты окружающей среды с целью обеззараживания природных, преимущественно питьевых вод.

Проблема очистки питьевой воды возникла в начале 80-х г. когда экологическая обстановка в местах водозабора заметно ухудшилась. Это выразилось в повышении содержания в воде органических примесей, ионов тяжелых металлов, нитратов, фенолов, коллоидных частиц, микробов и энтеровирусов, в частности вируса гепатита А. Вероятность нахождения энтеровирусов в воде достаточно велика, так как хлорирование воды не обеспечивает полное их уничтожение. Введение в ряде стран (например, США) вирусологических стандартов на питьевую воду сделало проблему разработки новых способов очистки водопроводной воды актуальной.

Известны способы очистки воды от вирусов (Зарубин Г.П. Новиков Ю.В. Современные методы очистки и обеззараживания воды. М. Медицина, 1976, с. 150) путем коагуляции их сернокислым алюминием, гидроокисью железа или флокуляции кремниевой кислотой, гидролиз которых приводит к образованию гидроксидов, осаждению их и высвобождению воды от вирусов.

Однако эти способы не обеспечивают полного освобождения воды от энтеровирусов и ухудшают ее органолептические свойства.

Известен способ очистки воды от вирусов путем их адсорбции на активированном угле (Am. Water Works Ass. 1969, v. 61, N 1, p. 52). Для адсорбции вирусов (бактериофага E. Coli f.2, аденовируса М 2, вируса ящура) используют предварительно высушенный при 105^оС в течение 24 ч активированный уголь с удельной поверхностью 700-900 м²/г. Обеззараживанию подвергают воду, содержащую фаг E.Coli f.2 с концентрацией 3,7х10^-8 мл. К 125 мл инфицированной воды с рН 7 добавляют 25 мг активированного угля (доза 200 мг/л) и перемешивают при 18^оС в течение 9 ч.

Недостатком этого способа является невысокая (40%) степень очистки воды.

Известен способ и устройство для получения ультрачистой воды (патент США N 4876014, С 02 F 7/00), предполагающий последовательное прохождение турбулентного потока воды под давлением через три зоны очистки, заполненные соответственно активированным углем, катионообменной смолой и анионообменной смолой, а также последующую обработку воды ультрафиолетовым излучением от источника с длиной волны 245-260 нм. Достоинством способа является высокая степень очистки воды от ионов тяжелых металлов, коллоидных частей и вирусов с поперечными размерами более 100 нм.

Недостаток способа низкая степень очистки воды от вирусов с размерами 10-30 нм.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки воды, включающий пропускание воды через активированный уголь, катионообменную смолу, анионообменную смолу и ультрафильтрационные мембраны, позволяющий получить воду, очищенную от ионов тяжелых металлов и вирусов с поперечными размерами 30-50 нм, с высокими органолептическими свойствами.

Недостаток способа невысокая степень очистки воды от энтеровирусов с размерами 10-30 нм, в частности вируса гепатита А.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды от энтеровирусов (в частности, вирусов гепатита А) с размерами частиц порядка 10 нм.

Цель достигается тем, что в способе очистки воды, включающем прохождение воды через зоны очистки с активированным углем, катионообменной смолой, анионообменной смолой и ультрафильтрационными мембранами, в качестве ультрафильтрационных мембран используются полые волокна из ароматического полиамида типа фенилон с размерами пор на боковых поверхностях менее 10 нм. При этом очищенную воду подают во внутренние полости волокон, а фильтрат удаляют через пористые отверстия с внешней боковой поверхности волокон.

Способ осуществляют следующим образом.

Очищенную воду (фиг.1) через регулируемый вентиль 1 и входную магистраль 2 последовательно пропускают через зону 3 очистки, заполненную активированным углем, зону 4 очистки с катионообменной смолой, зону 5 очистки с анионообменной смолой и зону 6 очистки с ультрафильтрационными трубчатыми мембранами 7, выполненными в виде полых волокон. В качестве угольного фильтра для зоны 3 очистки используется активированный уголь марки СКТ (АГ-3) с определенной пористой структурой, позволяющей наиболее полно проводить очистку воды перед ее поступлением в зоны с ионообменными смолами и обеспечивать надежную защиту ультрафильтрационных мембран от активного действия хлора.

В табл. 1 приведены основные параметры угольного фильтра.

Предварительно очищенная таким образом вода далее поступает в зоны 4 и 5 очистки с ионообменными смолами, в которых подвергается очистке от избыточного количества ионов тяжелых металлов. В качестве анионов и катионов используются аниониты марки. АВ-17-8 чс в Сl-форме и катиониты КУ-2-8 чс в Na-форме. После очистки от ионов тяжелых металлов вода далее поступает внутрь полых ультрафильтрационных волокон, где поток делится следующим образом: 75% воды через пористые отверстия 8 в боковых стенках волокон фильтруется и подается в выходную магистраль 9, а 25% воды, создавая смывающий поток, проходит вдоль внутренних полостей полых волокон и сбрасывается в канализацию. В качестве материала для изготовления ультрафильтрационных трубчатых мембран используется ароматический полиамид типа фенилон
HNNH устойчивый к перепаду температур в диапазоне 5-50^оС, воздействию 70%-ной H₂SO₄, концентрированной HCl, 40%-ного водного раствора КОН и ионизирующего излучения.

Следует отметить, что очистка воды от энтеровирусов при прохождении воды через ультрафильтрационные трубчатые мембраны осложняется эффектом "концентрационной поляризации", характеризующимся увеличением концентрации энтеровирусов у внутренней боковой поверхности трубчатой мембраны, вследствие преимущественного переноса через нее воды, что приводит к сокращению срока службы мембраны. В предлагаемом способе очистки водопроводной воды для увеличения срока службы ультрафильтрационных мембран используется турбулентный режим прохождения воды через внутреннюю поверхность мембраны при значении критерия Рейнольса н.м.3200. Турбулентный режим создается за счет выбора определенного соотношения между длиной и внутренним диаметром полых трубчатых волокон, равного 380:1, а также определенного давления воды на входе в зону очистки. Турбулентный режим облегчает смыв в канализацию налипших на боковые стенки энтеровирусов.

Кроме того, для полного обеззараживания воды от энтеровирусов различного типа при сохранении всех условий процесса рН среды поддерживается в пределах 6,5-7,2.

Экспериментальная проверка эффективности предлагаемого способа очистки водопроводной воды была проведена Санкт-Петербургским Центром государственного санитарно-эпидемиологического надзора и НИИ военной медицины МО.

В табл. 2 приведены результаты проверки.

В качестве модельного энтеровируса был выбран вирус полиомиелита типа 3 (вакционный штамм Сэбина), по размерам частиц (22-30 нм), соответствующий вирусу гепатита А. Вирус вносили в 10 л дистиллированной воды и тщательно перемешивали, затем отбирали 10 мл для определения исходной концентрации вируса воде. В конце процесса фильтрации отбирали 10 мл очищенной воды для вирусологического анализа (пробы 1-3).

По результатам проверки выдан сертификат качества на предлагаемый способ очистки.

Технико-экономический эффект способа очистки воды обусловлен резким повышением степени очистки воды от энтеровирусов, что позволяет использовать способ для получения воды питьевого назначения в бытовых условиях и из артезианских источников.

Способ очистки водопроводной воды от энтеровирусов может быть использован для защиты окружающей среды в целях обеззараживания природных, преимущественно питьевых вод. Сущность изобретения: способ очистки воды, включающий последовательное прохождение под давлением воды через зоны очистки с активированным углем и ионообменными смолами, введен этап очистки воды от энтеровирусов методом ультрафильтрации, путем ее пропускания под давлением в турбулентном режиме через трубчатые полимерные мембраны, выполненные в виде полых волокон, изготовленных из ароматического полиамида типа фенилон. Для более полного удаления из воды энтеровирусов способ очистки осуществляют при поддержании рН среды в пределах 6,5 7,2 в диапазоне температур воды 5 50°С. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ, включающий ее последовательное пропускание под давлением через зоны очистки активированным углем, катионообменной смолой, анионообменной смолой и ультрафильтрационными полимерными мембранами, отличающийся тем, что в качестве ультрафильтрационных полимерных мембран используют полые волокна из ароматического полиамида фенилон, при этом очищаемую воду подают во внутренние полости полых волокон, а фильтрат удаляют с их внешней боковой поверхности. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку воды ведут при поддержании pH 6,5 7,2. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обработку воды ультрафильтрационными мембранами ведут при 5 50^oС. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что соотношение длины и внутреннего диаметра полых волокон составляет 380 1.