Спосіб знезараження води

Винахід відноситься до галузі обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до мікрофільтрації за допомогою керамічних трубчастих мембран і може бути використаний для знезаражування природних, мінерализованих і стічних вод. Відомий спосіб очищення води пористими керамічними фільтрами [Гилев В.Г., Глушанкова И.С. //Тезисы Всерос. науч.конф. "Мембраны-2001“.-Москва, 2001.С. 139] [1]. Даний спосіб призначений для очищення вод модельних розчинів від типових домішок промислових стічни х вод і природних вод пористими керамічними фільтрами. Розмір пор зразків у залежності від параметрів технологій складав 0,3-1,6мкм. Використовувані фільтрівні матеріали забезпечували ступінь очищення від забруднювачів на 60-99%, значно зменшувалися кольоровість і мутність води. Відомий спосіб [1] не передбачає рішення проблеми знезараження води. Згідно з нашими даними при використанні керамічного фільтра з розміром пор 0,72мкм відбувається практично повне знезараження води від мікробіологічної культури Е.соlі (кишкової палички). Продуктивність складає 0,58м 3/(м 2ч) при тиску 0,4мПа. Таким чином, недоліком відомого способу [1] є відносно невисока продуктивність у процесі знезараження води. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб підготовки питної води [США, US Патент 6051140, МПК 1302 F 1/50, 9/00. Публ. 18.04.2000] [2]. Спосіб призначений для одержання питної води як з водопроводу низької якості, так і з води від зовнішнього джерела. Суть способу полягає в наступному: оброблювану воду попередньо очищають шляхом фільтрування через волокнисті матеріали, потім знезаражують з метою видалення головним чином найпростіших фільтруванням води через керамічний фільтр із розміром пор 0,4мкм. Остаточне знезараження здійснюють з використанням гранульованих матеріалів, що містять препарати йоду. Для визначення ефективності відомого способу [2] нами були проведені досліди по знезараженню модельних розчинів, приготовлених на водопровідній воді з внесенням мікробіологічної культури Е.соlі. Концентрація Е.соlі складала 106од/дм 3, що відповідає її середньому вмісту у вода х поверхневих джерел. При фільтруванні вихідної води через керамічний мікрофільтр із розміром пор 0,72мкм повне знезараження води забезпечується в діапазоні робочого тиску 0,2-0,4мПа, продуктивність при цьому відповідно змінюється від 0,32 до 0,58м 3/(м 2год). Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є недостатньо висока продуктивність при досягненні повного знезаражування. Як ми вважаємо, це пов'язано з невеликим розміром пор мікрофільтра і досить швидким їхнім закупорюванням. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб знезараження води шляхом фільтрування останньої через керамічний фільтр, поміщений у постійне електричне поле, з розміром пор значно перевищуючим розмір мікроорганізмів, що забезпечило б збільшення продуктивності мікрофільтра при досягненні практично повного знезараження води. Для рішення поставленої задачі запропонований спосіб знезараження води, що включає її пропускання через керамічний фільтр, у якому, відповідно до винаходу, керамічний фільтр розміщують в електричному полі; анод установлюють в середині фільтра і процес здійснюють із градієнтом потенціалу 10-25В/см, причому співвідношення розмірів мікроорганізмів і пор фільтра складає 1:(3-10), відповідно. Нами встановлено, що в процесі знезараження води шляхом її пропускання через керамічний фільтр, розмір пор якого перевищує розмір мікроорганізмів у 3-10 разів, з одночасним накладенням на зону фільтрування постійного електричного поля з градієнтом потенціалу 10-25В/см, створюються умови, що забезпечують практично повне знезараження води при істотному збільшенні продуктивності процесу. Слід зазначити, що при реалізації способу досягається консервація знезараженої води. Це обумовлено тим, що при проведенні процесу очищення відбувається прямий електроліз води, що супроводжується утворенням хлорвміщуючи х дезинфектантів. Для реалізації запропонованого способу анод необхідно розміщувати в середині керамічного фільтра, при цьому через весь об'єм пор забезпечується електроосмотичний перенос, спрямований від центра до зовнішньої сторони фільтра. У цьому випадку напрямок електроосмотичного потоку протилежний напрямкові фільтраційного потоку, тобто він виконує роль зворотнього промивання, здійснюваного безпосередньо в процесі знезаражування, у результаті чого відбувається збільшення продуктивності по очищеній воді.Таким чином, сукупність істотних ознак способу знезараження води, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - істотного збільшення продуктивності при практично повному знезараженні води з забезпеченням її наступної консервації. Спосіб реалізується таким чином. Дослідження проведені на мікрофільтраційній установці при робочому тиску 0,2-0,4мПа і градієнті потенціалу 10-25В/см. Очищення води вели в проточно-рециркуляційному режимі установки, що включає ємність з вихідною водою, насос і мембранний апарат з розміщеним в середині керамічним мікрофільтром. У роботі & використовували пористі керамічні фільтри у формі трубки, виготовлені на основі оксиду алюмінію (a - Al 2 O 3 ) Хустським керамічним заводом (Україна). Мікрофільтри мають наступні параметри: довжина - 120мм, зовнішній і внутрішній діаметри відповідно 12 і 6мм, середній розмір пор 2,3-7,5мкм. Структурні характеристики визначені за допомогою методу ртутної порометрії. В середині керамічного фільтра розташований спіралеподібний анод, катод із платинового дроту намотується на зовнішню поверхню фільтра. Дослідження проведені на модельних розчинах, приготовлених шляхом внесення у водопровідну воду культури Е.Cоlі, середній розмір мікроорганізмів - 0,75мкм [Энтеробактерии (Керівництво для лікарів) /Під ред. В.И.Покровського. - М. : Медицина, 1985. - 321 с.] [3]. Співвідношення розмірів мікроорганізмів і пор фільтра складає: 1:(3-10), відповідно. Концентрація Е.Соlі у вихідній воді складала 106-107од/дм 3. Процес здійснювали протягом однієї години. Приклад виконання за винаходом. Готували модельний розчин шляхом внесення у водопроводну воду культури Е.Соlі з концентрацією 106од/дм 3 Очищення води вели в проточно-рециркуляційному режимі на мікрофільтраційній установці, описаній вище. Середній розмір пор керамічного фільтра 5,4мкм, при цьому розмір пор перевищує розмір мікроорганізмів у 7,2 рази. Процес фільтрування здійснювали з градієнтом потенціалу 25В/см при робочому тиску 0,2мПа протягом 1 години. Вміст Е.Соlі у фільтраті складав менш 3од/дм 3 при продуктивності 0,71м 3/(м 2год) (таблиця, приклад 3). Слід зазначити, що при реалізації процесу знезараження в аналогічних умовах, але без накладення електричного поля, вміст Е.Соlі=95.103од/дм 3, a продуктивність 0,43м 3/(м 2год). Аналогічно прикладові конкретного виконання були здійснені досліди по знезараженню води з використанням фільтрів з різним розміром пор, що відповідає заявляемому співвідношенню 1:(3-10) між розмірами мікроорганізмів і пор фільтра, при проведенні процесу в заявляемому діапазоні градієнта потенціалу, а також при позамежних значеннях параметрів, що заявляються. Встановлено, що параметри процесу знезараження, що заявляються, забезпечують необхідну якість води за мікробіологічними показниками (Е.Соlі