Сорбционно-фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды Российский патент 2022 года по МПК B01D39/16 C02F1/42 B01J41/12 B01J39/05 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к области сорбционной очистки вод, а именно к сорбционно-фильтрующим загрузкам, которые могут использоваться для очистки вод из нецентрализованных источников водоснабжения, в частности поверхностных вод, вод из родников, колодцев, а также артезианских скважин и скважин на глубокий и мелкий песок.

[03] Уровень техники

[04] Известно, что вода из нецентрализованных источников водоснабжения может содержать в своем составе органические (гумусовые вещества, которые обуславливают высокую перманганатную окисляемость воды) и неорганические примеси (железо, марганец и другие тяжелые металлы, алюминий, аммоний, сероводород (в форме гидросульфид-ионов), соли жесткости, а также механические частицы (Конынина Л.Г. Гигиена и санитария. 2016; 95 (5)). Использование воды из таких источников как для питьевых, так и для бытовых нужд требует комплексного подхода для ее очистки.

[05] В процессе очистки воды из нецентрализованных источников водоснабжения от указанных загрязнителей, сорбционно-фильтрующие загрузки должны обеспечивать одинаковую высокую эффективность комплексного удаления всех указанных выше загрязнителей, а также любых возможных их комбинаций в сочетании с высокой производительностью установок, в которых они используются.

[06] Из уровня техники известны сорбционно-фильтрующие загрузки для комплексной очистки воды из смеси материалов разных типов. В частности, из патента РФ RU2084279, 20.07.1997 известна загрузка, содержащая: микрофильтрационное волокно с размером пор 1-100 мкм или смесь данного волокна с гранулированными или волокнистыми сульфо- или карбоксильными катионитами в Na⁺или Na⁺/H⁺ формах, или смесь данного волокна с гранулированными или волокнистыми анионитами в ОН- или полийодидной формах, или карбоксильные или сульфокатиониты в Na⁺или Na⁺/H^- форме, или смесь данных катионитов и гранулированных или волокнистых анионитов в ОН^- или полийодидной формах, последовательно расположенные слои модифицированного цеолита моноклинной структуры, карбоксильных катионообменников типа ВИОН-КН-1 (1М) или КБ-ЧП-2 и активных углей, часть из которого находится в бактерицидной (серебряной) форме.

[07] Недостатком данной загрузки является низкая скорость фильтрации воды вследствие роста гидродинамического сопротивления систем на основе данной сорбционно-фильтрующей загрузки, что обусловлено наличием в составе загрузки микрофильтроционных волокон с размером пор 1-100 мкм, которые ввиду малых размер пор в процессе работы загрузки будут быстро забиваться взвешенными частицами и нерастворимыми формами железа.

[08] Из патента РФ RU2162010, 20.01.2001 известна сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая гранулированный активированный уголь, гранулированную ионообменную смолу, ионообменное волокно и активированное углеродное волокно. В качестве гранулированной ионообменной смолы применяются карбоксилсодержащие и сульфосодержащие или фосфорсодержащие катиониты или катионообменные и высокоосновные анионообменные иониты, в качестве ионообменного волокна в полиамфолитной форме используется модифицированный полиакрилонитрил 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 волокон 1-50 мм. Соотношение компонентов в загрузке составляет (об.%): гранулированный активированный уголь (0-50), карбоксилсодержащие и сульфосодержащие или фосфорсодержащие катиониты или катионообменные и высокоосновные анионообменные иониты (5-70), полиамфолитное волокно на основе полиакрилонитрила (0-60), активированное углеродное волокно (0-60).

[09] Недостатком указанной загрузки является низкая эффективность в отношении удаления солей жесткости и аммоний ионов, что обусловлено тем, что компоненты загрузки имеют разную структуру и форму: от гранул до волокон длиной 1-50 мм. Разная структура и форма не позволяет компонентам загрузки расположиться послойно в процессе эксплуатации, что приводит к пассивации поверхности карбоксилсодержащих/сульфосодержащих/ фосфорсодержащих ионитов соединениями железа. Кроме того, полиамфолитные волокнистые иониты имеют низкую эффективность удаления органических примесей.

[010] В патенте RU2174956, 10.10.2001 описана сорбционно-фильтрующая загрузка, которая включает дробленые природные минералы цеолит, кварц и шунгит с любым последовательным расположением по ходу фильтрации воды. Минимальный размер частиц используемых минералов составляет 2-5 мм, при этом рекомендуемы расход воды через указанную сорбционно-фильтрующую загрузку не должен превышать 0,5 л/мин при равном объемном соотношении минералов.

[011] Недостатками данного аналога является низкая скорость фильтрации воды (не более 0,5 л/мин) для достижения приемлемых показателей очистки воды, что обусловлено низкой пористостью и недостаточными адсорбционными свойствами используемых в загрузке природных компонентов.

[012] Из патента РФ RU2462290, 27.09.2012 известна сорбционно-фильтрующая загрузка, которая содержит слой высококислотного стиролдивинилбензольного катеонита, размещенного между двумя слоями инертных материалов. В качестве инертного материала, размещенного перед слоем катеонита по ходу очищаемой воды, используют гранулированный материал, выбранный из группы полимеров, включающей полиэтилен, полипропилен, полистирол. В качестве инертного материала, размещенного после слоя катеонита, используют материал на основе кремнезема. Композиция содержит материалы при следующем соотношении (об.%): инертный материал, размещенный перед катеонитом - 4-6, катеонит - 82-88, инертный материал, размещенный после катеонита -8-12.

[013] Недостатком данной загрузки является ее неэффективность в отношении удаления органических примесей и неорганических анионов, что обусловлено отсутствием в ее составе ионообменных материалов анионообменной природы.

[014] Известна многокомпонентная сорбционно-фильтрующая загрузка (см. патент РФ RU2240857, 27.11.2004), содержащая (мас. %) низкоосновной анионит, имеющий плотность 1,03-1,1 г/см³ - 4-12%, низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, имеющий плотность 1,03-1,1 г/см³ - 4-12%, материал природного происхождения с плотностью не менее 1,5 г/см³ - 5-10%, инертный полимерный материал с плотностью менее 1 г/см - 5-10%, высококислотный катеонит в Na⁺ и/или К⁺ форме, имеющий плотность 1,2-1,3 г/см³ остальное.

[015] Недостатком данной многокомпонентной сорбционно-фильтрующей загрузки является низкая эффективность и ресурс удаления ионов железа, марганца и других тяжелых металлов, что обусловлено природой низкоосновного анионита, импрегнированного гумусовыми веществами: для импрегнирования низкоосновного анионита используются гумусовые вещества, которые представляют собой смесь высокомолекулярных соединений непостоянного состава. Гумин и гиматомилановые кислоты, входящие в состав гумусовых веществ, являются стерически объемными соединениями, при введении которых в состав низкоосновного анионита происходит образование дополнительных стерических барьеров на поверхности анионита, что препятствует эффективному удалению ионов железа, марганца и других тяжелых металлов.

[016] Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является сорбционно-фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, описанная в патенте РФ RU 2305001, 27.08.2007. Загрузка содержит компоненты в следующем соотношении, (мас. %): низкоосновной анионит плотностью 1,03-1,1 г/см³ (0,2-15); низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами плотностью 1,1-1,2 г/см³ (0,2-15%), уголь или песок плотностью 1,8-2,0 г/см³ (4-6%), инертный полимерный материал с плотностью <1,0 г/см³ (4-6%); низкоосновной анионит плотностью 1,1-1,2 г/см³, импрегнированный железом (0,2-15%) и высокоосновной анионит плотностью 1,1-1,15 г/см³ (0,2-15%); сильнокислотный катионит в Na- и/или К-форме плотностью 1,2-1,3 г/см³ (остальное).

[017] Указанная сорбционно-фильтрующая загрузка при помещении ее в цилиндрическую емкость с последующим пропусканием через нее нескольких объемов очищаемой воды в направлении снизу вверх за счет оптимально подобранных плотностей компонентов загрузки сама по себе размещается послойно, причем таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность очистки воды при ее пропускании в направлении сверху вниз.

[018] Недостатками данной сорбционно-фильтрующей загрузки является низкая эффективность и ресурс удаления ионов железа, марганца и других тяжелых металлов, а также органических примесей и неорганических анионов, что обусловлено, во-первых, тем, что она содержит в своем составе низкоосновный анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, включая гумин и гиматомилановые кислоты, которые, как указывалось выше, способствуют образованию дополнительных стерических барьеров на поверхности анионита, и, во-вторых, низкой окисляющей способностью железосодержащего компонента (окислительно-восстановительный потенциал Fe³⁺→Fe²⁺=+0,77 В), введенного в низкоосновный анионит.

[019] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является недостаточная эффективность комплексной очистки воды.

[020] Раскрытие сущности изобретения

[021] Технический результат изобретения заключается в повышении степени комплексной очистки воды нецентрализованных источников водоснабжения от железа, марганца, алюминия, сероводорода (гидросульфид-ионов), солей жесткости, органических примесей и механических частиц при их одновременном присутствии в очищаемой воде.

[022] Указанный технический результат достигается за счет того, что сорбционно-фильтрующая загрузка содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: низкоосновный анионит макропористой структуры - 5-15; низкоосновный анионит макропористой структуры, импрегнированный фульвовой кислотой или смесью фульвовой и гуминовой кислот, и/или смесью солей этих кислот - 5-15; песок - 4-8; инертный полимерный материал с плотностью не выше плотности других компонентов загрузки - 4-8; высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный перманганат-анионами или манганат-анионами - 15-25; и сильнокислотный катионит - 29-67. Размер гранул низкоосновного анионита, импрегнированного низкоосновного анионита, сильнокислотного катеонита и импрегнированного высокоосновного анионита составляет 0,4-0,6 мм.

[023] В частных случаях реализации изобретения:

[024] - в качестве солей фульвовой и/или гуминовой кислот используют их Na+ и/или K⁺, и/или NH⁴⁺, и/или Са²⁺, и/или Mg²⁺ соли, а соотношение фульвовой и гуминовой кислот или их солей в импрегнированном ими низкоосновном макропористом анионите составляет (100-5) ÷ (0-95);

[025] - содержание фульвовой и гуминовой кислот и/или их солей в импрегнированном низкоосновном анионите составляет не менее 1 мас. %,

[026] - импрегнированный высокоосновный анионит содержит перманганат-анионы или манганат-анионы в количестве до 35% от полной обменной емкости анионита,

[027] - в качестве инертного полимерного материала использован гранулированный материал, выбранный из группы, включающей полипропилен, полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, сополимер акрилонитрила.

[028] Использование низкоосновного анионита макропористой структуры, импрегнированного фульвовой кислотой или смесью фульвовой и гуминовой кислот и/или смесью солей этих кислот для удаления из воды двух- и трехвалентных ионов металлов, в том числе железа, марганца, алюминия обусловлено тем, что данный тип анионитов (по сравнению с высокоосновными анионитами макропористой или гелевой структур) имеет более высокую полную обменную емкость (полная обменная емкость низкоосновного анионита макропористой структуры составляет не менее 1,5 мг-эквл/л, (полная обменная емкость высокоосновных анионитов макропористой или гелевой структур составляет не более 1,0 мг-экв/л). Более высокое значение полной обменной емкости позволяет ввести в состав анионита требуемое для эффективного удаления указанных выше загрязнителей количество фульвовой кислоты или ее смеси с гуминовой кислотой, или смеси их солей, оставив при этом часть анионообменных групп исходного анионита в неимпрегнированном (исходном) состоянии. Это обеспечивает сохранение функциональных свойств анионита в отношении удаления органических примесей из воды.

[029] Применение фульвовой или смеси фульвовой и гуминовой кислот и/или смеси их солей в составе анионита вместо гумусовых веществ, используемых в прототипе, обусловлено тем, что при импрегнировании гумусовыми веществами анионит наряду с фульвовой и гуминовой кислотами будет содержать гумин и гиматомилановые кислоты, что существенно снижает эффективность анионита в отношении удаления двух- и трехвалентных ионов металлов, в том числе железа, марганца, алюминия.

[030] Использование для импрегнирования соотношения фульвовая кислота ÷ гуминовая кислота (100-0)% позволяет сократить время импрегнирования при достижении требуемой эффективности полученного компонента в отношении удаления двух- и трехвалентных ионов металлов, в том числе железа, марганца и алюминия. При соотношении кислот (5-95) % требуется больше времени для осуществления процесса, однако это является более экономически выгодным ввиду высокой стоимости фульвовой кислоты и ее солей, а полученный материал сохраняет основные функциональных характеристик.

[031] При степени импрегнирования низкоосновного анионита менее 1% эффективность и ресурс в отношении очистки воды от двух- и трехвалентных ионов металлов, в том числе железа, марганца, алюминия будут низкими, что может сделать применение данной загрузки не совсем целесообразным ввиду недостаточного количества координационных центров на поверхности низкоосновного анионита.

[032] Содержание импрегнированного низкоосновного анионита в составе загрузки менее 5 мас. % не обеспечит требуемой эффективности и ресурса удаления двух- и трехвалентных ионов металлов, в том числе железа, марганца и алюминия. Содержание данного компонента более 15 мас. % обеспечивает требуемые эффективность и ресурс удаления указанных выше загрязнителей, но является экономически нецелесообразным.

[033] Использование высокоосновного анионита гелевой структуры, импрегнированного металлом-окислителем в анионной форме обусловлено тем, что данный тип анионита является более селективным в отношении импрегнирования металлом-окислителем в анионной форме, что позволяет сократить расход исходных компонентов, а также ускорить процесс импрегнирования.

[034] Для импрегнирования высокоосновного анионита используются анионные формы соединений марганца: перманганат-анионы (MnO₄^2-) или манганат-анионы (Mn(V), что обусловлено высокой окисляющей способностью данных анионов, превышающей окислительно-восстановительный потенциал Fe³⁺→Fe²⁺=+0,77 В, используемого в прототипе: окислительно-восстановительный потенциал MnO₄^2-→MnO₂=+2,257 В, MnO₄^-→MnO₂=+1,692 В, MnO₄^-→Mn²⁺=+1,52 В. Такой высокий окислительно-восстановительный потенциал перманганат-анионов (MnO₄^2-) и манганат-анионов (MnO₄^-) обеспечивает более глубокое окисление органических примесей и их последующее удаление сорбционно-фильтрующей загрузкой.

[035] Высокоосновный анионит гелевой структуры в импрегнированной форме содержит пер манганат-анионы или манганат-анионы в количестве до 35% от полной обменной емкости анионита, поскольку при большем содержании может произойти выделение соединений марганца в очищенную воду.

[036] Содержание импрегнированного высокоосновного анионита в сорбционно-фильтрующей загрузке менее 15 мас. % не обеспечит требуемых эффективности и ресурса в отношении удаления органических примесей, а содержание данного компонента более 25 мас. % приведет к выделению соединений марганца в очищенную воду.

[037] Использование низкоосновного анионита макропористой структуры для удаления окисленных форм органических примесей обусловлено тем, что данный тип анионитов, по сравнению с высокоосновными анионитами макропористой или гелевой структур, имеет более высокую общую обменную емкость, что обеспечивает больший ресурс очистки воды от органических примесей.

[038] Содержание низкоосновного анионита макропористой структуры в составе загрузки менее 5 мас. % не обеспечит высоких значений эффективности и ресурса в отношении удаления окисленных форм органических примесей и неорганических анионов, а содержание данного компонента более 15 мас. % является экономически нецелесообразным.

[039] Использование сильнокислотного катионита обусловлено его высокой эффективностью в отношении удаления солей жесткости, а также высокой эффективностью его регенерации в случае истощения его полной обменной емкости в процессе эксплуатации.

[040] Исходная форма сильнокислотного катионита (Na⁺, K⁺ или Н⁺) не имеет значения, так как перед использованием сильнокислотный катионит подвергается регенерации при помощи насыщенного раствора хлорида натрия NaCl, в результате чего конечная форма сильнокислотного катионита будет Na+.

[041] Содержание сильнокислотного катионита в составе загрузки менее 29 мас. % не обеспечит высоких значений эффективности и ресурса в отношении солей жесткости, а содержание данного компонента более 67 мас. % приведет к уменьшению содержания остальных компонентов сорбционно-фильтрующей загрузки и снижению ее эффективности и ресурса в отношении других целевых загрязнителей.

[042] Использование анионитов и катионитов в заявляемой сорбционно-фильтрующей загрузке с размером гранул более 0,6 мм не позволяет добиться эффективной комплексной очистки воды от указанных загрязнителей вследствие недостаточной поверхности контакта этих материалов с очищаемой водой, а использование указанных анионитов и катионитов с размером гранул менее 0,4 мм приведет к проскоку компонентов загрузки в очищаемую воду и к возникновению дополнительного гидравлического сопротивления, что приведет к падению скорости фильтрации.

[043] При содержании песка в сорбционно-фильтрующей загрузке менее 4% не происходит образование удерживающего слоя в установке с сорбционно-фильтрующей загрузкой, в результате чего компоненты попадают в очищенную воду, а содержание песка более 8% приводит к росту гидравлического сопротивления и снижению скорости фильтрации.

[044] Использование инертного материала оправдано необходимостью предотвращения вымывания фильтрующей загрузки при ее регенерации, а также для взрыхления смеси во время работы для поддержания ее стабильной эффективности.

[045] При содержании полимера в загрузке (гранулированного полипропилена, полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида, сополимера акрилонитрила) менее 4% происходит вымывание компонентов смеси и их попадание в очищенную воду, а также недостаточное взрыхление компонентов сорбционно-фильтрующей загрузки в процессе ее регенерации. Содержание гранулированного полимера более 8% приводит к росту гидравлического сопротивления и снижению скорости фильтрации.

[046] Краткое описание чертежей

[047] Изобретение поясняется фигурой, где приведена схема установки для комплексной очистки воды с использованием заявляемой сорбционно-фильтрующей загрузки.

[048] Элементы обозначены на фигуре следующими позициями:

1 - электронный блок управления;

2 нижний сетчатый фильтр 0,2-0,3 мм;

3 верхний сетчатый фильтр 0,2-0,3 мм;

4 - центральная трубка;

5 - сорбционно-фильтрующая загрузка;

6 солевой бак

[049] Осуществление изобретения

[050] Предложенная сорбционно-фильтрующая загрузка помещается в расположенную вертикально цилиндрическую емкость (см. фиг. 1), снабженную электронным блоком управления (1) для регулирования расхода воды, фильтрующего цикла и цикла регенерации. В емкости также предусмотрены нижний (2) и верхний (3) сетчатые фильтры конической формы с диаметром ячейки 0,2-0,3 мм, соединенные центральной трубкой (4) для выхода очищенной воды. Электронный блок управления (1) снабжен патрубком для подачи исходной воды, патрубком для выхода очищенной воды и дренажным патрубком для сброса дренажной воды в процессе регенерации сорбционно-фильтрующей загрузки. Насыщенный раствор хлористого натрия для регенерации сорбционно-фильтрующей загрузки подается из стоящего отдельно солевого бака (6). Через сорбционно-фильтрующую загрузку в начале эксплуатации пропускают 3-5 объемов исходной воды на 1 объем загрузки в направлении снизу вверх, а затем пропускают 5-10 объемов воды на 1 объем загрузки в направлении сверху вниз в результате чего компоненты загрузки расслаиваются вследствие оптимально подобранных насыпных плотностей компонентов загрузки. После расслоения на сорбционно-фильтрующую загрузку подается насыщенный раствор хлористого натрия с последующей промывкой загрузки исходной водой для удаления оставшегося раствора хлористого натрия.

[051] Далее приведены примеры заявляемой сорбционно-фильтрующей загрузки.

[052] Пример 1 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная; плотностью 0,65 г/см³) 5; Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная; плотность 0,65 г/см³), импрегнированный 100% фульвовой кислотой в количестве 1 мас. % 5; Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 4; Инертный полимерный материал (гранулированный полипропилен Polimax; GP 120, насыпная плотность 0,55 г/см³) 4; Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный перманга; натанионами в количестве 5% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 15; Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 67;

[053] Пример 2 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³) 5 Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³), импрегнированный смесью 5% фульвовой и 95% гуминовой кислотами и их солями в количестве 1 мас. % 5 Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 4 Инертный полимерный материал (гранулированный полиэтилен ПНД ПЭ2НТ76-17, насыпная плотность 0,55 г/см³) 4 Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный манганат-анионами в количестве 5% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 15 Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 67

[054] Пример 3 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³) 8 Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³), импрегнированный смесью 40% фульвовой и 60% гуминовой кислотами и их солями в количестве 4 мас. % 8 Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 6 Инертный полимерный материал (гранулированный полипропилен Polimax 6 GP 120, насыпная плотность 0,55 г/см³) 6 Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный манганат-ионами в количестве 10% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 20 Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 52

[055] Пример 4 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³) 8 Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³), импрегнированный смесью 60% фульвовой и 40% гуминовой кислотами и их солями в количестве 4 мас. % 8 Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 6 Инертный полимерный материал (гранулированный полистирол ПС 525М, насыпная плотность 0,56 г/см³) 6 Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный смесью перманганат-анионами в количестве 10% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 20 Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 52

[056] Пример 5 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³) 15 Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³), импрегнированный 100% фульвовой кислотой в количестве 8 мас. % 15 Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 8 Инертный полимерный материал (гранулированный полипропилен Polimax GP 120, насыпная плотность 0,55 г/см³) 8 Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный смесью перманганат-анионами в количестве 35% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 25 Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 29

[057] Пример 6 - Сорбционно-фильтрующая загрузка, содержащая в мас. %:

Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³) 15 Низкоосновный анионит макропористой структуры (ТОКЕМ 320, насыпная плотность 0,65 г/см³), импрегнированный смесью 5% фульвовой и 95% гуминовой кислотами и их солями в количестве 8 мас. % 15 Песок (насыпная плотность 1,55 г/см³) 8 Инертный полимерный материал (гранулированный полипропилен Polimax GP 120, насыпная плотность 0,55 г/см³) 8 Высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный смесью манганат-анионами в количестве 35% от общей объемной емкости (ТОКЕМ 840, насыпная плотность 0,62 г/см³) 25 Сильнокислотный катионит (ТОКЕМ 140/99, насыпная плотность 0,80 г/см³) 29

[058] В сорбционно-фильтрующей загрузке можно использовать ионообменные смолы и компоненты других производителей при соблюдении заявленных соотношений.

[059] Предложенная сорбционная загрузка обеспечивает эффективную комплексную очистку воды из нецентрализованных источников водоснабжения при следующих пороговых концентрациях загрязнителей в воде при условии ее периодической регенерации:

Перманганатная о кисляемость (ПО), мгО/л - не более 30 мгО/л;

Общая жесткость (ОЖ) - не более 20° Ж;

Fe_общ - не более 15 мг/л;

Mn_общ - не более 5 мг/л;

Al_общ - не более 1 мг/л;

HS^- - не более 5 мг/л;

NH⁴⁺- не более 5 мг/л;

Мутность не более 25 ЕМФ.

[060] В таблицах 1 и 2 приведены параметра исходной и очищенной воды с использованием заявленной сорбционно-фильтрующей загрузки по примерам 1-6 и загрузки согласно ближайшему аналогу (прототипу).

[061]

[064] Как следует из результатов лабораторного анализа проб исходной воды и очищенной воды, заявляемая сорбционно-фильтрующая загрузка обеспечивает комплексную очистку воды из нецентрализованных источников водоснабжения от органических (снижение перманганатной окисляемости воды) и неорганических примесей (железо, марганец, алюминий, аммоний, сероводород (в форме гидросульфид-ионов), солей жесткости, а также механических частиц. Перманганатная окисляемость снижается со значений 12-14 мгО/л до <0,05 мгО/л; общая жесткость снижается с 7,4-9,8^оЖ до <0,1-0,92^оЖ; содержание общего железа с 13,8-14,2 мг/л до <0,05 мг/л; содержание марганца с 4,1-5,1 мг/л до <0,01 мг/л; содержание алюминия с 0,5-0,6 мг/л до <0,05 мг/л; содержание гидросульфид-ионов с 2,4-3,4 мг/л до <0,002 мг/л; содержание аммоний ионов с 1,4-1,5 мг/л до <0,04 мг/л; содержание механических частиц (мутность) с 18,4-22,1 ЕМФ до <1,0 ЕМФ; оценка запаха снижается с 5-3 баллов до 0-1 баллов при производительности 1,8-2,0 куб. м/ч.

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод, а именно к сорбционно-фильтрующим загрузкам, которые могут использоваться для очистки вод из нецентрализованных источников водоснабжения, в частности поверхностных вод, вод из родников, колодцев, а также артезианских скважин и скважин на глубокий и мелкий песок. Загрузка содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: низкоосновный анионит макропористой структуры - 5-15; низкоосновный анионит макропористой структуры, импрегнированный фульвовой кислотой или смесью фульвовой и гуминовой кислот, и/или смесью солей этих кислот - 5-15; песок - 4-8; инертный полимерный материал с плотностью не выше плотности других компонентов загрузки - 4-8; высокоосновный анионит гелевой структуры, импрегнированный перманганат-анионами или манганат-анионами - 15-25; и сильнокислотный катионит - 29-67. Размер гранул низкоосновного анионита, импрегнированного низкоосновного анионита, сильнокислотного катионита и импрегнированного высокоосновного анионита составляет 0,4-0,6 мм. Обеспечивается повышение степени комплексной очистки воды из нецентрализованных источников водоснабжения от железа, марганца, алюминия, сероводорода, солей жесткости, органических примесей и механических частиц при их одновременном присутствии в очищаемой воде. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 6 пр.

1. Сорбционно-фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, содержащая низкоосновный анионит макропористой структуры; импрегнированный низкоосновный анионит макропористой структуры; инертный полимерный материал с плотностью не выше плотности других компонентов загрузки; сильнокислотный катионит; высокоосновный анионит гелевой структуры и песок, отличающаяся тем, что

- в качестве импрегнированного низкоосновного анионита используют анионит, импрегнированный фульвовой кислотой или смесью фульвовой и гуминовой кислот, и/или смесью солей этих кислот,

- в качестве высокоосновного анионита используют анионит, импрегнированный перманганат-анионами или манганат-анионами,

- размер гранул низкоосновного анионита, импрегнированного низкоосновного анионита, сильнокислотного катионита и импрегнированного высокоосновного анионита составляет 0,4-0,6 мм,

при этом загрузка включает компоненты в следующем соотношении, мас.%:

низкоосновный анионит 5-15 импрегнированный низкоосновный анионит 5-15 песок 4-8 инертный полимерный материал 4-8 импрегнированный высокоосновный анионит 15-25 сильнокислотный катионит 29-67

2. Загрузка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве солей фульвовой и/или гуминовой кислот используют их Na⁺ и/или K⁺, и/или NH⁴⁺, и/или Ca²⁺, и/или Mg²⁺ соли, а соотношение фульвовой и гуминовой кислот или их солей в импрегнированном ими низкоосновном макропористом анионите составляет (100-5) ÷ (0-95).

3. Загрузка по п. 1, отличающаяся тем, что содержание фульвовой и гуминовой кислот и/или их солей в импрегнированном низкоосновном анионите составляет не менее 1 мас.%.

4. Загрузка по п.1, отличающаяся тем, что импрегнированный высокоосновный анионит содержит перманганат-анионы или манганат-анионы в количестве до 35% от полной обменной емкости анионита.

5. Загрузка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инертного полимерного материала использован гранулированный материал, выбранный из группы, включающей полипропилен, полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и сополимер акрилонитрила.