СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МИКРОПЛАСТИКА Российский патент 2024 года по МПК C02F1/28 B01J20/10 

Изобретение относится к способам очистки воды от взвешенных частиц, в том числе от микропластиков, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в системах очистки сточных вод. Для очистки воды от микропластика и других взвешенных частиц в качестве сорбента используют гарнет, обладающий высокими адсорбционными свойствами по отношению к микропластику и других взвешенных частиц. Гарнет («рубиновый» песок) - натуральный гранулированный материал с высокой плотностью, применяется в качестве поддерживающего слоя, а также в мультимедийных фильтрах для удаления взвешенных частиц и снижения мутности воды. Гарнет обладает рядом преимуществ по сравнению с другими загрузками, которые обычно используются для удаления взвешенных частиц. В результате обратной промывки его частицы с высоким удельным весом и небольшим размером распределяются в нижней части фильтра, в то время как более крупные частицы располагаются в верхних слоях загрузки. Таким образом, достигается наиболее полное удаление микропластика и механических частиц различного размера. Это обеспечивает высокие скорости фильтрации и более длительную работу в режиме сервиса без снижения потерь напора воды.

Процесс очистки осуществляют в динамических условиях - питьевые и сточные воды фильтруют через гарнет толщиной 0,5 м, что позволяет ускорить очистку без ущерба для ее качества.

Способ предполагает применение дешевого природного высокоэффективного сорбента гарнета и упрощение технологии очистки за счет использования прямого фильтрования через сорбент. Способ значительно сокращает количество технологических операций и снижает стоимость.

Известно использование природных минералов цеолита и шунгита для очистки питьевой воды (Патент РФ N 2074120, C02F 1/28, 27.02.97. Бюл. № 6). Недостатком этого способа очистки воды является недостаточная очистка воды в зависимости от содержания и структуры минералов.

Известен способ очистки питьевой воды фильтрованием через кварцевый песок фракции 0,5-2 мм [ТУ 5711-002-03987739-97. Песок-заполнитель водопроводных фильтровальных сооружений, 1997]. Недостатком данного способа является тот факт, что кварцевый песок практически не очищает воду от органических соединений, взвешенных частиц и микропластиков.

Известен способ адсорбционной очистки воды [Патент РФ №2111171, кл. C02F 1/28, 1998.05.20] фильтрованием через природный адсорбент смешанного минерального состава, содержащий (мас. %): опал-кристобаллит 30-49%, цеолит 7-25%, глинистую составляющую 7-25%, обломочно-песчано-алевролитовый материал -остальное, прокаленный при температуре 250°С в течение 2 часов. Однако данный способ очистки не рассчитан очистка от органических соединений и микропластиков.

Наиболее близким к заявляемому является изобретение (Патент RU 2315003 С1), которое относится к области очистки воды для хозяйственных, питьевых и технологических целей и может найти применение для очистки природных (подземных и поверхностных) и техногенных вод от органических соединений. Способ очистки включает контактирование загрязненной воды с сорбентом, причем в качестве сорбента используют брусит. В предпочтительном варианте осуществления способа сорбцию осуществляют путем фильтрации через слой брусита. Предусмотрено также осуществление способа путем добавления брусита крупностью менее 0,1 мм в обрабатываемую воду с последующим отделением осадка. Изобретение обеспечивает высокое качество очистки воды и удешевление процесса за счет использования природного сорбента. Недостатком этого способа очистки воды является неполная очистка воды в зависимости от содержания и структуры минералов. Также брусит обладает низкими адсорбционными свойствами по отношению к микропластику.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в известном способе очистки воды путем пропускания ее через натуральный гранулированный материал с высокой плотностью - гарнет, причем очищение ведут при расходе воды 1,2-1,5 л/мин.

Задача изобретения - создание высококачественного способа очистки воды от взвешенных частиц и микропластика.

Технический результат, достигаемый при этом, состоит в том, что примененный природный гранулированный гарнет при пропускании воды через него обуславливает высококачественную очистку воды от микропластика. Гарнет имеет ряд преимуществ перед другими минеральными сорбентами: высокие скорости потока в рабочем режиме, высокая грязеемкость, длительный срок службы ввиду высокой прочности к истиранию, размером гранул 30×40 (mesh) позволяет проводить тонкую очистку и позволяет задерживать взвешенные частицы размером 10-20 микрон, что актуально для удаления нано- и микропластика из водных сред.

Предлагаемый способ очистки сточных вод от микропластиков поясняется следующим примером.

Пример. Сточную воду от заводов по переработке и производству пластмасс с массовой концентрацией микропластиков - 27 частиц/л и объемом 2 л пропускают через стеклянный сосуд с гарнетом (фигура 1), содержащим от 99 до 100% гарнета, удельной массой 4 г/см³, размером гранул - 2,4 мм, при скорости фильтрования 1,2 л/мин. Степень очистки от микропластика составила 75-95%.

Данные о степени очистки сточной воды представлены на фигурах 2 и 3. Результаты представлены до и после очистки воды гарнетом.

Гарнет проявляет высокую сорбционную способность к микропластику размером - 500-1000, 125-250 и 30-125 мкм. Причем более меньшие размеры микропластиков захватываются порами гарнета, в том время как микропластик большего размера концентрируется на поверхности минерал.

Полиэтилен и полипропилен были основными микропластиками, присутствующими в пробах сточных вод. После фильтрации с использованием гарнета количество полиэтилен снизилось на 71%, полипропилена - на 75%. Полиэстер и вискоза были представлены в пробах воды в виде фрагментов и волокон, что вызвало затруднение процесса сорбции гарнета (из-за структуры и размера пор) данных видов микропластиков, поэтому их концентрация осталась в прежних значениях.

Таким образом, использование предлагаемого способа очистки вод от микропластиков обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

а) возможность эффективной очистки питьевых и сточных вод от микропластика дешевого природного материала - гарнет;

б) осуществление очистки воды в динамических условиях при помощи фильтров, позволяющих ускорить, упростить и удешевить процесс очистки;

в) снижение затрат на очистку за счет исключения дополнительных технологических операций;

г) длительный срок службы ввиду высокой прочности гарнета к истиранию;

д) гарнет обладает высокой грязеемкостью;

е) экологичность метода.

Изобретение относится к способам очистки воды от взвешенных частиц, в том числе от микропластиков и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в системах очистки сточных вод. Способ очистки воды от микропластика включает обработку сорбентом. В качестве сорбента используют натуральный гранулированный материал с высокой плотностью – гарнет с размером гранул 30×40 (mesh). Очистку осуществляют фильтрацией питьевой и сточных вод через сорбент толщиной слоя 0,5 м при расходе воды 1,2-1,5 л/мин. Обеспечивается высококачественная очистка воды от микропластика. 3 ил., 1 пр.

Способ очистки воды от микропластика, включающий обработку сорбентом, в качестве которого используют натуральный гранулированный материал с высокой плотностью - гарнет, очистку осуществляют фильтрацией питьевой и сточных вод через сорбент толщиной слоя 0,5 м, отличающийся тем, что размер гранул составляет 30×40 (mesh) при расходе воды 1,2-1,5 л/мин.