Спосіб кондиціювання природних вод за фторидами

Спосіб кондиціювання природних вод за фторидами, який відрізняється тим, що кондиціювання здійснюють крізь нанофільтраційні та зворотноосмотичні мембрани низького тиску при співвідношенні фторидів в кондиційованій і природній воді 1:(0,04-0,47) і процес здійснюють під тиском 1,0-2,0 МПа. (19) (21) a200901329 (22) 17.02.2009 (24) 25.11.2010 (46) 25.11.2010, Бюл.№ 22, 2010 р. (72) ГОНЧАРУК ВЛАДИСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, БАЛАКІНА МАРГАРИТА МИКОЛАЇВНА, КУЧЕРУК ДМИТРО ДМИТРОВИЧ, ШВИДЕНКО ВІКТОР ЗІНОВІЙОВИЧ, АНТОНЕНКО ІРИНА ОЛЕКСАНДРІВНА (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) Nanofiltration membranes broaden the use of membrane separation technology / J. Cadotte, R. 3 хідних організмові людини для нормального його функціонування, і тому потребує додаткового фторування. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб дефторування природних вод [Nanofiltration membranes broaden the use of membrane separation technology / J. Cadotte, R. Forster, M. Kim et al. II Desalination. - 1988. - v. 70, N 1-3. - P.77-88.] [5]. Згідно з цим способом, вода з високим вмістом фторидів в г. Саффолк (шт. Виргиния, США) піддавалась очищенню при 70 psi (0,4 МПа) нанофільтрацією з використанням мембрани NF-70. Мембрана NF-70 (виробництво фірми Film Tec, США) - композитна мембрана з розділовим шаром зі зшитого ароматичного поліаміду; її затримувальна здатність за NaCl складає 80% при солевмісті 2 г/дм3 , температурі 25°С і робочому тискові 0,48 МПа [5, Р.79]. Використання нанофільтрації на мембрані NF70 дозволило знизити вміст фторидів у воді на 90% (з 4 до 0,4 мг/дм3). Як випливає із технічної суті способу [5], його реалізація забезпечує вилучення з обробленої води більшої частини фторидів і не передбачає залишку в ній фізіологічно обґрунтованої норми цього мікроелементу. Таким чином, основним недоліком способу [5] є занижений вміст фторидів в очищеній за його допомогою воді, що викликає необхідність додаткового фторування води з метою забезпечення присутності в ній фторидів у кількості 0,71,2 мг/дм3 [1]. В основу винаходу поставлене завдання розробити спосіб кондиціювання води для питних цілей за фторидами, в якому використання мембран (нанофільтраційних і зворотноосмотичних низького тиску) з вибраними оптимальними експлуатаційними характеристиками забезпечило б кондиціювання води за вмістом фторидів, який відповідає фізіологічно обґрунтованим нормам. Для вирішення поставленого завдання запропоновано спосіб кондиціювання природних вод за фторидами, що передбачає баромембранне фільтрування води, який полягає в тому, що кондиціювання здійснюють крізь нанофільтраційні та зворотноосмотичні мембрани низького тиску при співвідношенні фторидів в кондиційованій і природній воді 1:(0,04-0,047) і процес ведуть під тиском 1,0-2,0 МПа. Нами запропоновано використання нанофільтраційних та зворотноосмотичних мембран низького тиску, які при мембранному фільтруванні забезпечують заявлене співвідношення концентрацій фторидів в кондиційованій та природній воді і як наслідок дозволяють одержати питну воду з фізіологічно обґрунтованим вмістом фторидів 0,7-1,2 мг/дм3. Цей результат досягається за рахунок властивої їм затримувальної здатності. Спосіб реалізується наступним чином. Для кондиціювання фторвмісної води були використані мембрани: - композитна нанофільтраційна поліамідна мембрана "ВЛАДИПОР" марки ОПМН-П [Полиме 92706 4 рные мембраны "Владипор". - ЗАО НТЦ "Владипор": Владимир, 1999. - 23с., С.11] [6]; - композитна зворотноосмотична поліамідна мембрана низького тиску „ВЛАДИПОР" марки ОПАМ-КН [6, С.13]; - композитна зворотноосмотична поліамідна мембрана низького тиску марки ESPA-1 [Мембранные элементы Hydranautics. - СанктПетербург: "ЛенРО Инжиниринг, 2000. - 82с., С.15] [7]. - композитна зворотноосмотична поліамідна мембрана низького тиску марки TFC-75 [Каталог фирмы "GE Osmonics Desal." - GE Osmonics Desal: Minnetoka, 2001. - 207p.] [8]. Нами були визначені величини затримувальної здатності зазначених вище мембран за фторид-іонами. Кондиціюванню піддавали воду з вмістом іонів F- 2,0-22,5 мг/дм3 у непротоковій комірці об'ємом 210 см3 і робочою площею мембрани 17,35 10-4 м2, що обладнана мішалкою. Тиск у комірці створювався стислим азотом. Розділову здатність R розраховували за формулою: Cпр. Скон. R 100%, Cпр. де Спр. - вміст іонів F- у природній воді; Скон. - вміст іонів F- у кондиційованій воді [Мулдер М. Введение в мембранную технологию. - М.: Мир, 1999. - 513с., С.24] [9]. Визначення вмісту фторид-іонів здійснювали за допомогою фторселективного електрода ЕЛІС131F й іономера І-160М згідно з інструкцією [Мономер лабораторный И-160М. Руководство по эксплуатации. М.: НПО "Измерительная техника ИТ", 2005. - 57с.] [10]. Приклади виконання за винаходом. Приклад 1. У комірку поміщають мембрану ОПМН-П, заливають 200 см3 води з вихідною концентрацією 4 мг/дм3, піддають нанофільтрації під тиском 1,5 МПа і одержують кондиційовану воду з вмістом фтор-іонів 1,1 мг/дм , що відповідає співвідношенню Скоп.:Спр. =1:0,28 (приклад 2, графа 3). Приклад 2. У комірку поміщають мембрану ОПАМ-КН, заливають 200 см3 води з вихідною концентрацією 4 мг/дм3, піддають обробці зворотним осмосом низького тиску при 1,5 МПа і одержують кондиційовану воду з вмістом фтор-іонів 0,84 мг/дм3, що відповідає співвідношенню Скон.:Спр.=1:0,21 (приклад 5, графа 4). Реалізація заявленого способу кондиціювання природних вод за фторидами шляхом здійснення баромембранного процесу обробки природної води з концентрацією фторидів 2,0-22,5 мг/дм3 з використанням, наприклад, нанофільтраційної мембрани ОПМН-П і зворотноосмотичних мембран низького тиску ОПАМ-КН, ESPA-1 і TFC-75 під тиском 1,0-2,0 МПа, при досягненні співвідношення фторидів в кондиційованій і природній воді 1:(0,040,47) забезпечує одержання кондиційованої питної води з вмістом фторидів, що відповідає фізіологічно обґрунтованій нормі (табл., приклади 1-12). Нижня межа співвідношення 1:0,04 під тиском 1,0 - 2,0 МПа необхідна для кондиціювання природних вод з великим вмістом фторидів, на рівні 15 5 92706 22,5 мг/дм, при цьому доцільно використовувати мембрану з високою затримувальною здатністю (94,7-96,1%). При зменшенні співвідношення, наприклад, до 1:0,03, при тискові 2,0 МПа, вміст фторидів в обробленій воді складає 0,5 мг/дм3, тобто одержання кондиційованої води не досягається. Верхня межа співвідношення 1:0,47 під тиском 1,0-2,0 МПа необхідна для кондиціювання природних вод з невисоким вмістом фторидів, на рівні 2,0-4,0 мг/дм3. При цьому доцільно використовувати мембрану з відносно невеликою затримувальною здатністю (62,8-74,5%), і обмежена тим, що при досягненні співвідношення 1:0,50 вміст фторидів в обробленій воді буде нижче фізіологічно обґрунтованого. Експериментально встановлено, що оптимальним з точки зору досягнення кондиціювання за 6 фторидами є діапазон тиску 1,0-2,0 МПа при зберіганні всіх інших умов баромембранної обробки води. Зниження тиску, наприклад до 0,5 МПа, не забезпечує достатнього вилучення фторидів за рахунок погіршення затримувальної здатності мембран, що унеможливлює одержання кондиційованої за фторидами води. Підвищення тиску економічно недоцільно, тому що не покращує якості обробки води. Нами вперше запропоновано саме спосіб кондиціювання природних вод за фторидами, що дозволяє одержувати кондиційовану питну воду з фізіологічно обґрунтованим вмістом фторидів, і в порівнянні з відомими способами вилучення фторидів не потребує дефторування при надлишку фторидів або фторування при їх надмірному вилученні. Таблиця Відношення концентрації іонів F- в кондиційованій воді Скон. до концентрації іонів F- в природній воді Спр. № Р, п/п МПа 2,0 3,0 4,0 1 2 3 1,0 1:0,47 1:0,34 1:0,30 1,5 1:0,45 1:0,30 1:0,28 2,0 1:0,44 1:0,29 1:0,26 4 5 6 1,0 1,5 2,0 7 8 9 1,0 1,5 2,0 10 1,0 11 1,5 12 2,0 1:0,26 1:0,23 1:0,25 1:0,21 1:0,24 1:0,21 Концентрація іонів F- в природній воді Спр., мг/дм3 5,0 7,5 10,0 12,0 13,0 14,0 15,0 17,5 20,0 22,5 Мембрана ОПМН-П Мембрана ОПАМ-КН 1:0,21 1:0,19 1:0,16 1:0,19 1:0,15 Мембрана ESPA-1 1:0,15 1:0,13 1:0,12 1:0,10 1:0,09 1:0,07 1:0,09 1:0,08 1:0,11 1:0,09 1:0,08 1:0,09 1:0,08 Мембрана TFC-75 1:0,05 1:0,05 1:0,05 1:0,05 1:0,04 1:0,04 1:0,05 1:0,04 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Підписне Тираж 26 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