СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖЕСТКОЙ ВОДЫ Российский патент 2018 года по МПК C02F5/00 C02F1/42 C02F1/28 B01D39/16 B01J20/26 C02F101/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Техническое решение относится к способу очистки жесткой воды и может быть использован для умягчения и очистки от ряда неорганических и органических примесей питьевой воды как в домашних, так и в производственных условиях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На сегодняшний день существуют различные фильтрующие материалы и фильтры для очистки питьевой воды.

Известен фильтрующий материал для очистки питьевой воды (патент RU 2244561). Технический результат изобретения заключается в повышение эффективности очистки питьевой воды путем дополнительного введения в фильтрующий материал ионообменного волокнистого материала и дополнительно активированного угля. Поставленная цель достигается тем, что фильтрующий материал для тонкой очистки питьевой воды на основе активированного углеродного волокна дополнительно содержит ионообменное волокно и наполнитель - волокнистый материал или бумагу в определенном соотношении, мас. %: активированное углеродное волокно 10-85, ионообменное волокно 10-85, остальное волокнистый материал или бумага.

Известен еще один вариант фильтрующих материалов для очистки питьевой воды от ионов тяжелых металлов, радионуклидов и примесей органических веществ различного происхождения, а также микроорганизмов (патент RU 2019265). Технический результат изобретения заключается в создание фильтрующего материала для очистки питьевой воды на основе активированного углеродного волокна, который дополнительно содержит ионообменное волокно при следующем соотношении компонентов, мас. %: активированное углеродное волокно 10-85, ионообменное волокно 10-85, волокнистый материал или бумага - остальное. Для более тонкой очистки воды фильтрующий материал дополнительно содержит и активированный уголь при следующем соотношении компонентов, мас. %: активированное углеродное волокно 10-85, ионообменное волокно 10-85, активированный уголь 1-50, волокнистый материал или бумага остальное.

Известен также фильтрующий материал (патент RU 2162010), где задачей изобретения (достигаемым техническим результатом) является получение адсорбционного материала для очистки питьевой воды, позволяющего достичь одновременно снижения жесткости воды при сохранении степени очистки воды от ионов тяжелых металлов, примесей органических веществ и органолептических свойств. Поставленная задача решается описываемым адсорбционным материалом для очистки питьевой воды по одному из вариантов, состоящим из смеси гранулированного активированного угля, гранулированной ионообменной смолы и ионообменного волокна, в котором в качестве гранулированной ионообменной смолы используют карбоксилсодержащие и/или фосфорсодержащие катиониты, а в качестве ионообменного волокна - полиамфолитное волокно на основе полиакрилонитрила с сорбционной емкостью по кислотным группам не менее 1 мг-экв/г, а по основным группам не менее 0,5 мг-экв/г и длиной от 1 до 50 мм при следующем соотношении компонентов, об. %: гранулированный активированный уголь - 20-50; карбоксилсодержащие и/или, фосфорсодержащие катиониты - 5-40; полиамфолитное волокно на основе полиакрилонитрила - 10-60.

Известен фильтр (RU 2184596), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, причем входной штуцер расположен в верхней боковой части корпуса, а в нижней части корпуса установлен дополнительный штуцер для слива промывной воды, на выходном штуцере, расположенном на крышке корпуса, установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде сменного картриджа из слоев, расположенных в следующей последовательности по ходу движения жидкости с внешней поверхности к центру фильтра: слой кварцевой ткани; слой кварцевых волокон диаметром 3-5 мкм; слой кварцевых ультратонких волокон диаметром 1-1,5 мкм; слой ионообменного фильтровального полотна из хемосорбционного катионообменного волокна ВИОН КТ-1; слой углеродного активированного нетканого материала; слой кварцевой ткани при соотношении толщин слоев (2-2,5):(10-12):(8-10):(2-4):(2-4):1 соответственно, причем соотношение толщин слоев кварцевых волокон диаметром 3-5 мкм и диаметром 1-1,5 мкм выдержано в пределах (1,1-1,3):1. Изобретение обеспечивает повышение качества очистки воды, снижение эксплуатационных затрат и повышение производительности.

Известен фильтр (патент RU 153507), выполненный в виде полого корпуса, содержащего отверстия для ввода очищаемой воды внутрь корпуса и ее вывода из последнего, при этом внутри корпуса, послойно по потоку очищаемой воды, размещены первый слой водопроницаемого материала, фильтрующая загрузка, второй слой водопроницаемого материала, а в качестве фильтрующий загрузки использован адсорбционный материал, который представляет собой смесь гранулированного активированного угля, гранулированной ионообменной смолы ионообменного волокна, и дробленого жадеита, причем указанный материал также расположен послойно по потоку очищаемой воды в следующей последовательности: первый слой дробленого жадеита, смесь гранулированного активированного угля, гранулированной ионообменной смолы и ионообменного волокна, второй слой дробленого жадеита, причем размеры зерен второго слоя дробленого жадеита меньше размеры зерен первого слоя. Техническим результатом заявленного решения является повышение степени очистки воды при одновременном повышении степени рН среды до нейтрального уровня 7,0-8,0.

Известен фильтр для воды (патент RU 57142), который по своим техническим характеристикам взят за прототип. Задача технического решения является преодоление указанных недостатков, а именно увеличение емкости фильтра по солям жесткости в 5-10 раз, придание селективной способности к другим анионам и катионам, цветности, а также снижение производственных расходов, связанных с изготовлением фильтра, а точнее фильтрующего элемента. В фильтре для воды, содержащем фильтрующий элемент, средства подвода воды и отвода фильтрата, фильтрующий элемент выполнен из резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, содержащего гранулы ионообменной смолы, равномерно распределенные в объеме ПГС-полимера, при этом количество ионообменной смолы составляет 60-70% от массы ПГС-полимера.

Недостатками всех вышеперечисленных технических решений являются:

быстро вырабатывающийся ресурс фильтрующего материала, то есть в течение относительно короткого промежутка времени степень очистки по солям жесткости составляет практически 100%, затем эффективность очистки резко снижается практически до нуля процентов;

содержание малого количества солей жесткости в фильтрате на начальном этапе ресурса - употребление такой воды в питьевых целях способствует вымыванию полезных элементов, таких как кальций и магний, из организма;

очистка от активного хлора происходит только сорбционным методом, то есть методом, при котором по окончании ресурса фильтрующего материала возможно вторичное загрязнение воды ранее поглощенным активным хлором и хлорорганическими соединениями.

Задачами, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа, позволяющего:

очищать воду от солей жесткости с увеличением ресурса фильтрующего материала и с сохранением минимального полезного уровня солей жесткости в фильтрате;

очищать воду от железа;

очищать воду от остаточного активного хлора путем его химической нейтрализации, что позволяет сохранять практически абсолютную очистку от активного хлора на протяжении всего ресурса фильтра;

очищать воду от хлорорганических соединений сорбционным методом с высокой эффективностью, причем, благодаря предварительной очистке воды от активного хлора, вероятность образования новых хлорорганических соединений практически равна нулю.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поставленная задача решается за счет того, что способ очистки воды, включающий в себя картридж, состоящий из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера и отличающийся тем, что упомянутый картридж, состоящий из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, является второй ступенью очистки, при этом сама очистка воды последовательно проходит три ступени очистки, где

на первой ступени вода проходит через смесь фильтрующих материалов, по крайне мере, один из которых является слабокислотным катионитом, что позволяет очистить воду от солей жесткости и железа,

на второй ступени вода проходит через картридж, что позволяет дочистить воду от железа и взвешенных частиц, а так же химически нейтрализовать активный хлор,

а на третьей ступени вода проходит через фильтрующий материал, обладающий буферными свойствами, за счет чего происходит удаление органических и хлорорганических соединений и улучшения органолептических качеств воды.

Еще один вариантом заявляемого технического решения является то, что первая ступень очистки содержит картридж с загрузкой из смеси фильтрующих материалов, где, по крайней мере, один из компонентов представляет собой карбоксильную катионообменную смолу в кислой форме. Указанный признак позволяет достичь очистки от солей жесткости и железа, что дает возможность получить воду с минимальным остаточным полезным уровнем жесткости.

Еще один вариантом заявляемого технического решения является то, что вторая ступень очистки содержит картридж, представляющий собой смесь ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера. Указанный признак позволяет доочистить воду от остаточного железа и нейтрализовать активный хлор химическим методом, что дает возможность получить воду, не содержащую активный хлор и железо.

Еще одним вариантом заявляемого технического решения является то, что третья ступень очистки содержит фильтрующий материал, обладающий буферными свойствами, с содержанием активированного угля. Указанный признак позволяет удалить из воды загрязнения органической природы, довести уровень рН до нейтрального значения и улучшить органолептические качества воды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан фильтр для очистки воды.

На фиг. 2 показан примеры осуществления изобретения в разных регионах в приближенных к бытовым условиям эксплуатации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные в описании примеры, а также их альтернативные признаки являются лишь некоторыми из вариантов реализации настоящего изобретения и не призваны ограничивать объем защиты настоящего изобретения. Любые изменения или замены, очевидные специалисту в данной области техники, в объеме, определенном формулой настоящего изобретения, считаются включенными в объем защиты настоящего изобретения.

Заявляемое техническое решение осуществляется в способе и фильтре для него, показанном на фиг. 1, где

1 - вход воды в фильтр,

2 - выход фильтрата из фильтра;

3 - первый корпус с картриджем со смесью ионообменных смол;

4 - второй корпус с картриджем, состоящим из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера;

5 - третий корпус с картриджем из прессованного угля.

При поступлении воды в фильтр, через вход воды в фильтр (1) вода последовательно проходит три ступени очистки.

При прохождении воды через первый корпус (3) - первую ступень очистки - происходит частичное удаление из воды растворенных солей жесткости, железа и других растворенных катионов. При этом наблюдается снижение водородного показателя воды.

При прохождении такой воды через второй корпус (4) - вторую ступень фильтрации - картридж из ионообменной смолы и ПГС-полимера - происходит удаление взвешенных веществ и железа, а так же частичное удаление солей жесткости. Так же при этом происходит удаление из воды остаточного активного хлора за счет его химического взаимодействия с ПГС-полимером. При этом хлор обезвреживается до безопасных хлоридных ионов, а матрица картриджа окисляется до углекислоты. Все эти процессы так же сопряжены с частичной регенерацией фильтрпатрона от солей жесткости образовавшейся на первой стадии фильтрации кислотой. Таки образом, в процессе эксплуатации фильтра происходит практически непрерывная частичная регенерация данного фильтрпатрона.

При прохождении воды через третий корпус (5) - третья ступень - картридж из прессованного угля происходит удаление из воды растворенных органических веществ, а так же нейтрализация воды до значений водородного показателя 6,0-8,0 ед. рН.

Очищенная вода поступает в кран очищенной воды (на фиг. 1 не показан) через выход фильтрата из фильтра (2).

Примеры осуществления изобретения показаны на фиг. 2, где

Кривая 1 показывает кинетику устранения общей жесткости в ходе испытаний в Москве.

При этом исходная вода характеризовалась общей жесткостью в 7 градусов, содержание железа в этой воде составляла 0,42 мг/л, концентрация активного хлора до фильтра не превышала 0,5 мг/л. Эффективность устранения солей жесткости в ходе эксперимента менялась от 63,9% до 5,6%. Содержание железа в фильтрате на протяжении всего эксперимента не превышало 0,10 мг/л. Активный хлор в фильтрате не обнаруживался на протяжении всего эксперимента. Ресурс фильтра по солям жесткости и железу в данном эксперименте составил 2220 л.

Кривая 2 показывает кинетику устранения общей жесткости в ходе испытаний в Ростове-на Дону.

При этом вода характеризовалась общей жесткостью в 9,7 градусов жесткости, и содержанием железа в этой воде составляла 0,12 мг/л, концентрация активного хлора до фильтра не превышала 0,5 мг/л. Эффективность устранения солей жесткости в ходе эксперимента менялась от 47,4% до 7,1%. Содержание железа в фильтрате на протяжении всего эксперимента не превышало 0,03 мг/л. Активный хлор в фильтрате не обнаруживался на протяжении всего эксперимента. Ресурс фильтра по солям жесткости и железу в данном эксперименте составил 3120 л.

Кривая 3 показывает кинетику устранения общей жесткости в ходе испытаний в Краснодаре.

При этом вода характеризовалась общей жесткостью в 4,1 градусов жесткости, и содержанием железа в этой воде составляла 0,09 мг/л, концентрация активного хлора до фильтра не превышала 0,5 мг/л. Эффективность устранения солей жесткости в ходе эксперимента менялась от 88,2% до 9,1%. Содержание железа в фильтрате на протяжении всего эксперимента не превышало 0,05 мг/л. Активный хлор в фильтрате не обнаруживался на протяжении всего эксперимента. Ресурс фильтра по солям жесткости и железу в данном эксперименте составил 3960 л.

Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа очистки воды происходит очищение воды от:

солей жесткости с увеличением ресурса фильтрующего материала и с сохранением минимального полезного уровня солей жесткости в фильтрате;

железа;

остаточного активного хлора путем его химической нейтрализации, что позволяет сохранять практически абсолютную очистку от активного хлора на протяжении всего ресурса фильтра;

хлорорганических соединений сорбционным методом с высокой эффективностью, причем, благодаря предварительной очистке воды от активного хлора, вероятность образования новых хлорорганических соединений практически равна нулю.

Изобретение может быть использовано для умягчения и очистки жесткой, питьевой воды от ряда неорганических и органических примесей как в домашних, так и в производственных условиях. Для осуществления способа проводят фильтрование воды через последовательно расположенные три ступени очистки. Первая ступень включает картридж с загрузкой из смеси фильтрующих материалов, при этом по крайне мере один из компонентов представляет собой карбоксильную катионообменную смолу в кислой форме. Вторая ступень включает картридж, состоящий из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, а третья ступень содержит фильтрующий материал, обладающий буферными свойствами, содержащий активированный уголь. Способ обеспечивает эффективную очистку воды от взвешенных веществ, солей жесткости и железа, активного хлора, органических и хлорорганических соединений, а также приводит к улучшению органолептических качеств полученной воды при сохранении минимального остаточного полезного уровня жесткости. 2 ил.

Способ очистки воды, включающий в себя картридж, состоящий из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, отличающийся тем, что упомянутый картридж, состоящий из ионообменной смолы и резорцин-формальдегидного ПГС-полимера, является второй ступенью очистки, при этом сама очистка воды представляет собой последовательно расположенные три ступени очистки, где первая ступень содержит картридж с загрузкой из смеси фильтрующих материалов, при этом по крайне мере один из компонентов представляет собой карбоксильную катионообменную смолу в кислой форме, а третья ступень содержит фильтрующий материал, обладающий буферными свойствами, содержащий активированный уголь.