СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 1996 года по МПК C02F9/00 C02F1/66 B01D61/16 

Изобретение относится к технологии обработки питьевой воды ультрафильтрацией от ионов тяжелых металлов, F^--ионов, органических соединений, а также микроорганизмов, и может быть использовано как для обработки воды из артезианских скважин с целью дальнейшего использования в качестве бутылированной питьевой воды, так и для обработки водопроводной воды из сети.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки питьевой воды, включающий ультрафильтрацию на мембранных фильтрах с предварительной очисткой на порошкообразном активированном угле.

Недостатком известного способа является невысокая эффективность очистки воды от ионов тяжелых металлов, а также непродолжительные сроки хранения воды.

Цель изобретения повышение эффективности очистки питьевой воды за счет снижения концентрации ионов тяжелых металлов и увеличения сроков хранения воды путем ее обеззараживания.

Цель достигается тем, что в известном способе обработки питьевой воды, включающем ультрафильтрацию на мембранных фильтрах с предварительной очисткой, предварительную очистку проводят предфильтром на основе супертонких кварцевых волокон, а ультрафильтрацию осуществляют на мембранах в углепластиковом каркасе, причем, отношение пор материала мембраны и предфильтра составляет 1:(160-3000).

Кроме того, цель изобретения получение воды с исключительно хорошими вкусовыми качествами за счет оптимальных концентраций ионов Mg²⁺, Fe³⁺, Ca²⁺, F^-.

Это достигается тем, что питьевую воду дополнительно обрабатывают Са-содержащим агентом в количестве 650-1300 мг/л, поддерживая рН 6,5-8,0.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р 1. Артезианскую воду из скважины, характеризующуюся следующими показателями: рН 7,25; F^- 2,28 мг/л; Са²⁺ 60,9 мг/л; Fe³⁺ 0,53 мг/л; Mg²⁺47,0 мг/л; Cu²⁺ 0,72 мг/л; Zn²⁺ 0,04 мг/л; Рb²⁺ 0,034 мг/л предварительно очищают, пропуская через предфильтр, представляющий собой макропористую матрицу на основе супертонких кварцевых волокон СКВ (ТУ-6-11-15-191-81) с диаметром волокон 0,8 мкм. Для скрепления волокон в жесткий каркас используют пропитку спиртовым раствором кремнийорганической смолы (ТУ-6-02-1339-86) с последующей термообработкой полученного материала при 1250^оС. В результате достигают того, что получают фильтровальный материал из спаяных волокон плотностью 0,4 г/см³, пористостью 82 об. и размером пор 8,0 мкм.

Затем вода поступает на ультрафильтрационную опытно-промышленную установку М8-УУФ-06, в которой используют пищевые трубчатые ультрафильтры с полисульфоновыми мембранами типа БТУ 0,5/2-УП-ПС с размерами пор 0,05 мкм.

Соотношение пор мембраны ультрафильтрата и предфильтра при этом составляет 1:160.

Процесс ультрафильтрации проводят при следующих технологических режимах: давление воды на входе в ультрафильтры Р_вх. 0,32 МПа, на выходе Р_вых. 0,15 МПа. Скорость потока в ультрафильтрах составляет 2,5 м³/ч или 140 л/м²· ч.

Обработанную воду помещают в стеклянную колбу и оставляют в условиях комнатной температуры для наблюдений. Одновременно ставят исходную воду без обработки (контрольная проба). Приблизительно через месяц в контрольной пробе можно заметить ухудшение свойств воды: снижение прозрачности, ухудшение вкусовых качеств. В то же время вода, прошедшая обработку, сохраняет свои органолептические свойства в течение года (см. табл.1).

Увеличение срока хранения воды объясняется снижением концентрации микроорганизмов воде, прошедшей поры ультрафильтра и адсорбирующего материала углепластикового каркаса, оказывающих стерилизующий эффект.

П р и м е р 2. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве фильтровального материала в предфильтре используют кварцевые волокна плотностью 0,3 г/см³, пористостью 86 об. и размерами пор 10 мкм. При этом размер пор полисульфоновых мембран в ультрафильтрах составляет 0,02 мкм. Таким образом, соблюдено соотношение пор мембраны и предфильтра: 1:500.

П р и м е р 3. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве исходной воды используют питьевую воду из водопроводной сети, имеющую следующие показатели: рН 7,4; Fe⁺³ 0,68 мг/л; Са²⁺ 62,0 мг/л; Mg²⁺ 48,4 мг/л; Cu²⁺ 0,92 мг/л; Zn²⁺0,06 мг/л; Pb²⁺ 0,034 мг/л; F^- 3,0 мг/л.

В предфильтре используют волокна плотностью 0,2 г/см³, пористостью 90 об. и размерами пор 15 мкм, а мембрана имеет поры 0,005 мкм. Соотношение пор в данном примере соответствует предлагаемому и составляет 1:3000.

Если соотношение пор меньше, чем 1:160, то происходит снижение эффективности очистки воды от ионов тяжелых металлов. При соотношении пор мембраны и предфильтра больше 1:3000 происходит забивание пор мембраны, вследствие чего также снижается эффективность очистки.

П р и м е р 4 (прототип). Осуществляют аналогично примеру 3, но в качестве фильтровального материала в предфильтре используют порошкообразный уголь марки ОУ. Результаты очистки питьевой воды от ионов металлов по примерам 1-4 представлены в табл.2.

П р и м е р 5. Осуществляют аналогично примеру 1, но питьевую воду перед подачей на предфильтр обрабатывают СаО (марки х/ч), концентрацией 650 мг/л при комнатной температуре и непрерывном механическом перемешивании раствора в течение 2 мин, затем для нейтрализации раствора до значения рН 7 пропускают в течение 10 мин углекислый газ.

П р и м е р 6. Осуществляют аналогично примеру 1, но для обработки воды перед подачей на предфильтр в качестве Са-содержащего агента берут СаСО₃ (предварительно прокаленный при 1100^оС) в количестве 1000 мг/л. Затем суспензию подвергают разделению фильтрованием. Фильтрат нейтрализуют 5%-ным раствором Н₂SO₄.

П р и м е р 7. Осуществляют аналогично примеру 1, но в качестве Са-содержащего агента используют Са(ОН)₂ в количестве 1300 мг/л. Затем суспензию подвергают разделению фильтрованием. Фильтрат нейтрализуют 5%-ным раствором HCl.

В случае применения Са-содержащего агента в количестве менее 650 мг/л оптимальной концентрацией ионов достичь не удается, что отрицательно влияет на вкусовые качества питьевой воды. При добавлении Са-содержащего агента более 1300 мг/л, также нарушается оптимальная концентрация ионов, при этом концентрация ионов F^- и Mg²⁺ становится ниже нормативных требований и ухудшаются вкусовые качества питьевой воды. Свойства питьевой воды по примерам 5-7 представлены в табл.3.

Сущность изобретения: способ обработки питьевой воды включает ее предварительную очистку с помощью предфильтра на основе кварцевых волокон и последующую ультрафильтрацию на мембранах, нанесенных на углепластиковый каркас, при этом отношение размеров пор материала мембраны и предфильтра составляет 1: (160 - 3000). Перед предварительной очисткой исходная вода может быть обработана содержащим кальций агентом в количестве 650 - 1300 мг/л при поддержании pH 6,5 - 8,0. 1 з. п. ф - лы, 3 табл.

1. Способ обработки питьевой воды, включающий ультрафильтрацию на мембранах с предварительной ее очисткой, отличающийся тем, что предварительную очистку питьевой воды проводят с помощью предфильтра на основе кварцевых волокон, а ультрафильтрацию осуществляют на мембранах, нанесенных на углепластиковый каркас, причем соотношение размеров пор мембраны и предфильтра составляет 1 160 3000. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что питьевую воду перед предварительной очисткой обрабатывают содержащим кальций агентом в количестве 650 1300 мг/л, поддерживая pH 6,5 8,0.