ФИЛЬТРУЮЩАЯ СРЕДА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК B01J20/02 B01J20/06 B01D39/00 

Изобретение относится к технологии очистки воды, а точнее к составам фильтрующих сред, и может быть использовано для очистки питьевой воды из водопровода и пресноводных источников в бытовых фильтрах.

Известна фильтрующая среда кондиционера питьевой воды, содержащая слой природной глины и слой из смеси катионообменной и анионообменной смол (1). Указанная среда не обеспечивает эффективной очистки жидкости от железа и тяжелых металлов.

В устройстве для очистки воды согласно (3) используют фильтрующую среду, содержащую слой активированного угля с термопластичным связующим и частицами мелкодисперсного серебра, слой ионнообменного материала, слой активного угля с большой пористостью и слой прессованного угля.

Фильтрующая среда, содержащая смесь активированного посеребренного угля в количестве 10 мас.% и карбоксильного катионита в Н⁺ форме в количестве 90 мас. % (3) обеспечивает получение воды, очищенной от хлора и органических примесей, однако сорбционная емкость по ионам железа недостаточно высока (снижение концентрации ионов железа в 2 раза наблюдается только на первых 40 л).

Известно использование активированного угля, импрегнированного серебром, в качестве фильтрующей среды бытового фильтра (4). Материал очищает воду от органических примесей и так же, как и вышеперечисленные аналоги, в недостаточной степени снижает уровень загрязненности фильтрата железом.

Последний из аналогов по числу существенных признаков является наиболее близким к заявляемому решению.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки воды от железа широкого спектра примесей.

Технический результат достигается тем, что фильтрующая среда, содержащая слой активированного угля, перед указанным слоем по ходу движения очищаемой воды дополнительно содержит слой, выполненный из гранулированной смеси карбонатов кальция и магния, покрытых пористой пленкой из оксидов магния, кальция и двухвалентного железа, при суммарном содержании в упомянутом слое оксидов магния и кальция не менее 2 мас.%, оксида железа FeO 2-3 мас.% и суммарном содержании карбонатов кальция и магния не менее 95 мас.%, при этом фильтрующая среда содержит компоненты при следующем содержании, об.%:
Гранулированная смесь - 20 - 50
Активированный уголь - 50 - 80
В одном из вариантов реализации фильтрующая среда содержит дополнительный слой ионообменной смолы, размещенной между слоем активированного угля и слоем гранулированной смеси, при следующем соотношении компонентов, об.%:
Гранулированная смесь - 20 - 50
Ионообменная смола - Не более 20
Активированный уголь - 50 - 80
В других вариантах реализации в качестве активированного угля фильтрующая среда содержит уголь активированный, импрегнированный серебром.

В качестве активированного угля можно использовать активированный кокосовый уголь, например, марки NORIT, SUTCLIF или аналогичные им. Импрегнирование угля серебром позволяет усилить бактерицидные свойства фильтра.

Дополнительно в фильтрующую среду вводят слой ионнообменной смолы - анионит, например, марки АВ 17, или катионит, например, сильнокислый марки КУ-2 и др, или их смеси, например с соотношением анионита к катиониту, равным 1: 1. Конкретный состав ионнообменной смолы и соотношение входящих в нее компонентов зависит от специфики очищаемой воды. Так, для удаления ионов бора или органики, которую не сорбирует уголь (в частности гуминовые кислоты), используют анионит, а для умягчения воды за счет поглощения ионов кальция и магния - катионит. Если вода достаточно мягкая и не содержит компонентов, удаляемых только с помощью ионнообменной смолы, то последняя отсутствует.

Гранулированную смесь получают из сырья, содержащего, по меньшей мере, один из минералов, входящих в группу, содержащую осадочные горные породы типа доломитизированных известняков, доломитовых мраморов и минералы: доломит, магнезит, кальцит, их искусственные или природные смеси, содержащие карбонаты кальция и магния в количестве не менее 95 мас.%. Измельченное сырье рассеивают на вибросите и отбирают заданную фракцию. Далее подвергают обжигу при температуре 450-600^oС в течение 1-6 час. Полученный полуфабрикат обрабатывают в проточном реакторе водными растворами железного купороса или соли Мора концентрации 3-12 г/л и медного купороса концентрации 0,3-1,5 г/л в течение 4 часов. Далее отделяют твердую фазу и сушат при Т=100-150^oС. Отмучивают материал проточной водой перед загрузкой в колонну.

Компоненты фильтрующей среды последовательно загружают в фильтр, располагая их по направлению движения воды в следующей последовательности:
1) гранулированная смесь,
2) активированный уголь или активированный уголь, импрегнированный серебром,
или
1) гранулированная смесь,
2) ионообменная смола,
3) активированный уголь или активированный уголь, импрегнированный серебром.

Далее полученную слоистую фильтрующую среду уплотняют. Загрузку компонентов производят без какой-либо дополнительной обработки. Уплотнение осуществляют с помощью вибростола в течение ~30 сек. В результате получают засыпку, обеспечивающую фильтрацию со скоростью ~1 л /мин, являющейся оптимальной для такого вида очистки, и полное удаление примесей. Результаты очистки показаны в таблице.

Отмеченные характеристики среды получены с использованием физико-химических методов анализа - эмиссионного спектрального анализа, химического анализа и др. На чертеже в графическом виде представлена зависимость эффективности очистки от железа от состава фильтрующей среды в объеме фильтрата до 1600 л, где:
- Кривая, обозначенная значком -- для угля NORIT 30х50 mesh.

- Кривая, обозначенная значком для катионита КУ-2, размер частиц 0,25-5,0 мм или DOWEX HCR-S(E).

- Кривая, обозначенная значком -- для гранулированной смеси карбонатов кальция и магния, покрытых пористой пленкой, состоящей из оксидов магния, кальция и железа, суммарное содержание карбонатов кальция и магния не менее 95 мас.%, суммарное содержание оксидов магния и кальция не менее 2 мас.%, а содержание оксида железа FeO 2-3 мас.%.

- Кривая, обозначенная значком -•- для послойной засыпки, согласно заявляемому изобретению, содержит слой активированного угля NORIT 30х50 mesh и слой гранулированной смеси.

Данные чертежа получены на колонке объемом 0,6 л, расход воды 1,0 л/мин, объемная нагрузка на колонку составляла 2700 колоночных объемов.

Как видно из представленной графической зависимости, на активированном угле превышение ПДК по железу наступает через 300 л, на гранулированной смеси и катионите - через 800 л, на послойной загрузке превышение ПДК не наступает после пропускания 1600 л. Отмеченное указывает на синергетический характер взаимодействия компонентов в слоях. В результате эффективность очистки от ионов железа повысилась в 5-7 раз.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Фильтрации подвергали воду на фильтре объемом 0,6 л, расход воды 1,0 л/мин, фильтрация снизу вверх. Объем очищенной воды составляет 1500 л. Состав фильтрующей среды по направлению движения воды:
- 1-й слой - гранулированная смесь, состав которой приведен выше, фракции 1-4 мм, твердость 3,5-4,0 по шкале Мооса, плотность 2,8-2,9 г/см³, насыпная плотность 1,20-1,25 г/см³ - 33,3 об.%;
- 2-й слой - активированный уголь NORIT 18х40 mesh AG 3N - 66,7 об.%.

Пример 2.

Фильтрацию воды проводили в условиях примера 1 с изменением состава фильтрующей среды. Состав фильтрующей среды следующий:
1-й слой - гранулированная смесь, состав которой приведен выше, фракции 1-4 мм, твердость 3,5-4,0 по шкале Мооса, плотность 2,8-2,9 г/см³, насыпная плотность 1,20-1,25 г/см³ - 20 об.%;
- 2-й слой - катионит DOWEX HCR-S(E) - 30 об.%;
- 3-й слой - импрегнированный серебром активированный уголь NORIT 18х40 mesh AG 3N - 50 об.%.

Состав исходной воды и фильтрата после фильтрации 1500 л представлены в таблице. Результаты анализа фильтратов, представленные в таблице (см. в конце описания), показывают, что заявляемая фильтрующая среда эффективно очищает воду по параметрам "мутность", "цветность" и значительно снижает концентрацию железа. В фильтрате, полученном в условиях примера 2, отсутствуют микроорганизмы и общие колиформные бактерии. Фильтраты соответствуют требованиям Санитарных правил и норм 2,1,4,559-96. Анализы воды выполнялись в соответствии со следующей нормативной документацией:
ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством.

ГОСТ 3351-74 Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности.

ГОСТ 4011-72 Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа.

ГОСТ 4974-72 Вода питьевая. Методы определения содержания марганца.

Новая фильтрующая среда эффективно удаляет железо. Одновременно с железом удаляются взвешенные частицы и природные органические вещества, придающие воде цветность.

Источники информации
1. Пат. США 4541926, С 02 F 1/28, 1985.

2. З. ЕПВ 0253132, C 02 F 9/00,1985.

3. Брита. Водофильтрационная система фирмы BRITA, ФРГ. Инструкция по эксплуатации. Выставка "Химия", М., 1989 г.

4. А.с. СССР, 971464, В 01 J 20/02, 1982 г. - прототип.

Изобретение относится к технологии очистки воды, а точнее к составам фильтрующих сред, и может быть использовано для очистки питьевой воды из водопровода и пресноводных источников в бытовых фильтрах. Фильтрующая среда, включающая активированный уголь, дополнительно содержит гранулированную смесь карбонатов кальция и магния, покрытых пористой пленкой, состоящей из оксидов магния, кальция и железа, суммарное содержание карбонатов кальция и магния не менее 95 мас.%, суммарное содержание оксидов магния и кальция не менее 2 мас.%, а содержание оксида железа FeO 2-3 мас.%, при этом указанные компоненты фильтрующей среды расположены послойно, а их содержание составляет, об. %: активированный уголь 50-80, гранулированная смесь 20-50. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки воды от железа. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Фильтрующая среда устройства для очистки воды, содержащая слой активированного угля, отличающаяся тем, что перед слоем угля по ходу движения очищаемой воды она дополнительно содержит слой, выполненный из гранулированной смеси карбонатов кальция и магния, покрытых пористой пленкой из оксидов магния, кальция и двухвалентного железа при суммарном содержании в упомянутом слое оксидов магния и кальция не менее 2 мас.%, оксида железа FeO 2-3 мас.% и суммарном содержании карбонатов кальция и магния не менее 95 мас.%, при этом фильтрующая среда содержит компоненты при следующем соотношении, об.%:

Гранулированная смесь 20-50

Активированный уголь 50-80

Гранулированная смесь 20-50

Ионообменная смола Не более 20

Активированный уголь 50-80