Спосіб очистки води

Спосіб очистки води, що включає фільтрування при накладанні електричного поля через картридж з хімічно стійким дисперсним матеріалом органічної природи, який відрізняється тим, що як хімічно стійкий матеріал органічної природи використовують вугілля з розміром пор 5-20мкм і гранулометричним складом 0,3-0,7мм. (19) (21) a200808038 (22) 12.06.2008 (24) 10.12.2009 (46) 10.12.2009, Бюл.№ 23, 2009 р. (72) ГОНЧАРУК ВЛАДИСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЧЕБОТАРЬОВА РАЇСА ДМИТРІВНА, БАГРІЙ ВАСИЛЬ АНДРІЙОВИЧ, БАШТАН СОФІЯ ЮРІЇВНА (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ 3 вода попадає в анодний простір, де додатково знезаражується активним хлором і киснем, що виділяються на аноді. Як витікає з технічної суті, процес очистки води при накладанні електричного струму супроводжується виділенням на катоді водню. Однак, згідно з нашими даними, внаслідок наявності в картриджі з сипучого матеріалу порізності великих розмірів, водень під тиском, який використовують в процесі очистки води, частково переходить в анодну камеру, внаслідок чого, вихід водню за струмом складає 72% від теоретичного. Нами також було показано, що витрати електроенергії на процес очистки води складають 3-4 кВ×год./м3 при струмі 2,5 А і напрузі на апараті 40 В, що обумовлено високим електроопором картриджу з сипучого матеріалу, при цьому ступінь очистки води від органічних речовин і високодисперсних частинок завислих речовин присутніх у воді, а також тих, що утворюються в процесі її очистки, складає відповідно, 68 і 50%. Недоліками відомого способу є недостатній ступінь очистки води від органічних речовин, високодисперсних важко розчинних солей жорсткості і важких металів, а також недостатньо високий вихід за струмом водню та високі витрати електроенергії, що призводить до подорожчання процесу очистки. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб очистки води шляхом використання дисперсного матеріалу картриджу в іншому фізичному стані, що дасть можливість підвищити якість очищеної води за рахунок глибокого видалення органічних речовин і високодисперсних завислих частинок, зниження енерговитрат, здешевлення процесу очистки води за рахунок підвищення виходу водню за струмом та його збирання. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очистки води, що включає фільтрування води при накладанні електричного поля через картридж з хімічно стійкого дисперсного матеріалу органічної природи, в якому, відповідно до винаходу, використовують спечений дисперсний матеріал з розміром пор 5-20мкм. Нами показано, що при застосуванні фільтруючого картриджу зі спеченого хімічно стійкого дисперсного матеріалу органічної природи з розміром пор 5-20мкм при накладанні електричного поля створюються умови для ефективного видалення органічних і завислих речовин, а також підвищення виходу за струмом водню за рахунок зменшення його переносу в анодну камеру, що дає можливість більш повно збирати його і тим самим здешевшати процес очистки води. Крім того, використання фільтруючого картриджу з матеріалу, що заявляється, забезпечує зменшення витрат електроенергії за рахунок більш низького електроопору цього матеріалу. Таким чином, сукупність ознак способу очистки води, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення ступеню очистки води до 98-99%, підвищення виходу за струмом водню до 98-99%, та зменшення витрати електроенергії на 54%. 88993 4 Спосіб реалізується наступним чином. Очистку води проводять в електрохімічному апараті, основу якого складають фільтруючий картридж у формі полого циліндру, в центрі картриджу розташований анод, а ззовні пластинчастий перфорований катод. Фільтруючий картридж являє собою полий циліндр, виготовлений зі спеченого дисперсного матеріалу органічної природи, завдовжки 250мм із зовнішнім і внутрішнім діаметрами 68 і 55мм, товщиною стінок 13мм. Забруднену воду подають в катодний простір апарату, з якого вона під тиском 0,4-0,5 МПа через фільтручий картридж подається в анодний простір. Очистку води проводять при струмі 2,5-5,0 А протягом 10-12год. у проточному режимі з продуктивністю по воді 20-30дм3/год. Дослідження проводили на модельних розчинах з концентрацією органічних (гумінових) речовин 20-30мг/дм3, солей жорсткості - 7-10мгекв/дм3, солей важких металів 4-10мг/дм3. Хімічні показники води визначали по методикам, описаним в (ДСанПін України. Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання. Затв. Наказ. МОЗ України від 23.12.1996р. №383) [3] Приклад виконання за винаходом. Очистку води проводили в описаному вище апараті з фільтруючим картриджем зі спеченого дисперсного матеріалу органічної природи з розміром пор 10-15мкм. Як матеріал використовували вугілля з гранулометричним складом 0,3-0,7мм. Модельний розчин готували на дистильованій воді, в яку додавали 25мг/дм3 гумінових речовин, 8мг-екв/дм3 солей жорсткості, по 2мг/дм3 солей важких металів (заліза, і марганцю) і 30мг/дм3 високодисперсної зависі коаліну (табл.1, прикл. 1). Процес проводили при постійному струмі 2,5 А та напрузі 18 В протягом 10год. під тиском 0,5 МПа і продуктивності апарату по воді 30дм3/год. Очищена вода за всіма контрольними показниками відповідала вимогам ДСанПін України [3] на питну воду, в тому числі концентрація завислих речовин знижувалася до 0,5мг/дм3. Питомі витрати електроенергії складали 1,5кВт год./м3, вихід за струмом водню - 98% (табл. 1, прикл. 3). При очищенні води такого ж складу і за тих самих умов проведення процесу, але з використанням фільтруючого картриджу з засипкою із диспергованого вугілля, напруга на апараті складала 30 В, питомі витрати електроенергії 3,3кВт·год./м3, вихід за струмом водню 62% (табл.. 1, прикл. 7). Очищена вода по хімічним показникам відповідала вимогам ДСанПін України [3] на питну воду, але концентрація завислих речовин знижувалася з 30 лише до 15мг/дм3 (табл. 1, прикл. 7), що не відповідає нормам ДСанПін України [3], у відповідності з яким концентрація завислих речовин не повинна перевищувати 0,5мг/дм3. Установлено, що фільтрування води при накладанні електричного поля на картридж зі спеченого хімічно стійкого дисперсного матеріалу органічної природи (диспергованого вугілля) з розміром пор, що заявляються, забезпечує високий ступінь очистки води по всім контрольним показникам, у тому числі від завислих речовин, висо 5 88993 кий вихід водню за струмом, а також низьки показники витрат електроенергії (табл.. 1, прикл. 2-4). Позамежне зменшення розміру пор у фільтруючому картриджу забезпечує високу якість очищеної води (табл. 1, прикл. 5), але при цьому, при накладанні того ж тиску, відбувається зменшення продуктивності фільтру по воді з 30 до 10дм3/год. Для підтримання сталої продуктивності фільтру по воді в цьому випадку треба збільшувати тиск, що призведе до збільшення енерговитрат на процес очистки води. Позамежне збільшення розміру пор приводить до підвищення концентрації органічних і завислих речовин в очищеній воді і супроводжується підвищенням витрат електроенергії та приводить до незначного зменшення виходу водню за струмом (табл. 1, прикл. 6). Забезпечуваний винаходом високий результат досягається за рахунок використання дисперсного матеріалу картриджу в іншому фізичному стані, а 6 саме, спеченого диспергованого вугілля з розміром пор, що заявляються. Перевагою запропонованого способу очистки води, у порівнянні з відомим [2], є: підвищення якості очищеної води за рахунок глибокого видалення органічних речовин та високодисперсних завислих частинок, що характеризується підвищенням ступеня очистки (СО) води відповідно з 68 до 92-96%, тобто на 26-29% по органічним речовинам і з 50 до 98-99%, тобто на 49% по завислим речовинам; підвищення виходу водню за струмом та його збирання, що призводить до здешевлення процесу очистки води (на 32%); зменшення енерговитрат на процес очистки води з 3,3 до 1,5 (на 54%) завдяки зменшенню електроопору фільтруючого картриджу зі спеченого диспергованого вугілля (табл. 2, прикл. 2-4,7). Достоїнством запропонованого способу є екологічна чистота процесу, компактність устаткування і простота реалізації. Таблиця 1 Параметри процесу № п/п Розмір пор, мкм Показники якості води Витрати електри- Вихід за струмом водню, % ки, кВт×год./м3 Жерст, мг-экв/л 2 3 4 5-10 10-15 15-20 1,5 1,5 1,5 5 6 2-5 20-25 1,5 2,0 7 20-500 3,3 За винаходом 99 99 98 Позамежні значення 99 95 За способом [2] 62 Μn, мг/л Конц. завис, реч ГК, мг/л 0,5 8 ДСанПін України Не 0,3 0,1 регл. 2 2 25 5 5 5 0,15 0,2 0,2 0,05 0,07 0,09 1,0 1,5 2,0 0,5 0,5 0,5 5 8 0,4 0,2 0,03 0,1 0,9 3,5 0,2 1,0 7 0,3 0,2 8 15 7 1 Fe, мг/л 30 Таблиця 2 *)№ п/п Зменшення енерговитрат, % * *) Здешевлення процесу, % CO від ГК,% CO від зависл. речовин,% 2 54 52 96 99 3 54 52 94 99 4 54 50 92 98 7 0 22 68 50 *)Номери прикладів відповідають табл. 1. **) Здешевлення процесу за рахунок збору і підвищення виходу за струмом водню. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601