Спосіб знезалізнення підземної води

Реферат: Спосіб знезалізнення підземної води включає очищення води в фільтрі з картриджем із поліпропіленових волокон, поверхня яких покрита плівкою двооксиду марганцю. Попередньо очищувану воду під тиском пропускають через гранули рН-коректора для підвищення рівня водневого показника рН. UA 72738 U (12) UA 72738 U UA 72738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів знезалізнення підземної води за допомогою елементів фільтрувальних комбінованого типу (картриджів) для очищення питної води і може бути застосована для видалення з підземної води надмірної кількості розчинного заліза. Для знезалізнення (очищення) води від тривалентного заліза (іржі) широко розповсюдженим є використання фільтрувальних елементів глибинної дії, виготовлених із полімерних матеріалів методом пневмоекструзії. Найбільш відомими їх виробниками в світі є XYTREX (www.hvtrexfilters.com. США); PURTREX (www.purtrexfilters.com. США); USFilter (www.plvmouthwater.com. США); «Промфільтр» (www.promfilter.ru. Росія); «Amazonfilters» (www.amazonfilters.co.uk, Англія) та багато інших. Фільтрувальні елементи одержують за допомогою процесу пневмоекструзії безпосередньо з розплаву полімеру з використанням високих швидкостей нагрітого повітря для розтягування формованих екструдатів. Мікроволокна, як правило, мають діаметри в діапазоні від 1 до 4 мкм. Розплав полімеру (найчастіше поліпропілену), одержаний і гомогенізований в екструдері, вичавлюють через фільєру, яка має кілька десятків отворів. У фільєрний комплект під тиском подають підігріте повітря, з високою лінійною швидкістю. Повітряний потік підхоплює струмки розплаву полімеру, розтягує їх і ще не затверділими подає на циліндричну оправку, що лінійно переміщується. У результаті на ній формується волокнистий циліндр, щільність і діаметр волокон у якому залежать від параметрів пневмоекструзії. Для надання пневмоекструзійним фільтрувальним елементам сорбційних властивостей стосовно утримування двовалентного заліза (розчиненого у воді), в них вводять каталізатор, який прискорює формування в об'ємі елемента осаду гідроксиду заліза Fe(0H)3 і запускає автокаталітичний процес знезалізнення. Так, ЗАТ «Фільтр» (http://ftov.ru/item/18/, Росія) випускає пневмоекструзійні фільтрувальні елементи циліндричної форми з поліпропілену з наповнювачем-каталізатором для знезалізнення води. Процес очищення здійснюється фільтрацією механічних частинок і колоїдів градієнтною пористою структурою, утвореною шарами поліпропіленових волокон. Для окислення розчинних сполук заліза в зовнішньому шарі елемент містить каталізатор. Обмеженням у застосуванні вищезгаданого фільтру є його недостатня ефективність. За найближчий аналог за сукупністю ознак та результатом, що досягається, прийнятий відомий за патентом на корисну модель UA 44090 «Картридж для знезалізнення води», який містить циліндр із навитих методом пневмоекструзії поліпропіленових волокон, поверхня яких покрита каталізатором діоксидом марганцю МnО2. Застосовуючи спосіб знезалізнення води з використанням подібних пневмоекструзійних модифікованих фільтрувальних елементів, можна суттєво покращити показники очищення води від заліза. Обмеженням у використанні найближчого аналога за патентом на корисну модель UA 44090 є недостатня ефективність проходження процесу фільтрації підземної води з низьким значенням водневого показника (рН). У природних водах на величину водневого показника істотно впливає співвідношення концентрацій діоксиду вуглецю, вугільної кислоти, карбонатних і гідрокарбонатних іонів. Наявність у воді гумусових (ґрунтових) кислот, вугільної кислоти, фульвокислот та інших органічних кислот які є результатом розкладання органічних речовин і може знижувати водневий показник до значень 4,0 - 5,0. Відомо, що знезалізнення підземної води проводять за допомогою окислення розчинних сполук двовалентного заліза Fe(ll) до нерозчинних сполук тривалентного заліза Fe(lll). На швидкість формування гідроксиду заліза, що утворюється, суттєво впливає рН води. При низьких значеннях рН сполуки Fe(ll) стабільні і проблему якісного знезалізнення за допомогою окислення води, наприклад, киснем повітря шляхом інжекції, барбуляції чи душовання, а потім фільтрації вирішити неможливо, оскільки осад практично не утворюється. Крім того, корозійно активна кисла вода може не тільки екстрагувати метали з трубопроводів, що добре відомо, але і розчиняти плівку каталізатора МnО2 (за патентом на корисну модель UA 44090), що призводить до фактичного припинення знезалізнення та збільшення концентрації шкідливих іонів марганцю в питній воді. Для дестабілізації сполук двовалентного заліза і випадання їх в осад окислену повітрям кислу воду треба спочатку пропустити через рН-коректор, в якому знаходяться мінерали на основі природних кальцитів (наприклад, доломіт - карбонат кальцію і магнію), які розчиняються в мікродозах та збільшують рН води, а вже потім фільтрувати. Задачею корисної моделі є розроблення простого й ефективного способу знезалізнення води за допомогою побутових чи промислових фільтрів, застосовуючи який стає можливим за короткий проміжок часу безпосередньо в рухомому потоці води в одну стадію й практично повністю перевести розчинні форми заліза у нерозчинні і вилучити їх фільтрацією. 1 UA 72738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується послідовним двоступінчастим процесом, за яким спочатку воду пропускають через рН-коректор для підвищення рівня водневого показника рН, після чого її під тиском подають крізь картридж з поліпропіленових волокон, покритих плівкою каталізатора МnО2, при цьому рівень водневого показника рН підвищують до значень 6,9 - 7,2, а гранули рНкоректора розміщують безпосередньо в корпусі трубчастого елемента фільтрувальносорбційного типу. Реалізують запропонований спосіб за допомогою фільтра, який складається з циліндричного корпуса з непроникною для води зовнішньою поверхнею, герметично закритою на торцях кришками з гумовими ущільненнями та розподільником потоку води, рН-коректора і трубчастого фільтрувального елемента із поліпропіленовими волокнами, покритими каталізатором МnО2. На кресленні зображений фільтр, за допомогою якого здійснюють знезалізнення води за пропонованим способом. 1- циліндричний корпус 2- верхня кришка 3- нижня кришка 4- гумове ущільнення 5- розподільник потоку води 6- трубчастий фільтрувальний елемент з поліпропіленових волокон, покритих каталізатором МnО2 7- рН-коректор. Здійснення запропонованої корисної моделі відбувається наступним чином: Очищувана вода надходить до циліндричного корпуса (1) через прорізи у нижній кришці (3), проходить через розподільник потоку води (5) і рН-коректор (7), потім радіально через трубчастий поліпропіленовий фільтрувальний елемент, покритий каталізатором МnО2 (6) і виходить через отвір у верхній кришці (2). Спосіб очищення води від заліза у зазначеному фільтрі здійснюється за рахунок її фільтрації під тиском у напрямі знизу вверх крізь гранули рН-коректора (7) і трубчастий фільтрувальний елемент з поліпропіленових волокон, покритих каталізатором МnО2. Очищувана вода містить двовалентне залізо в формі карбонатів й гідрокарбонатів і окислюється киснем повітря з утворенням гідроксиду тривалентного заліза, іонів водню та вільної вуглекислоти. Окислення води з розчиненим залізом за допомогою кисню описується хімічною формулою: 2+ + 4 Fe + О2 + 10 Н2О = 4 Fe(OH)3 + 8 Н . Лужність води при цьому знижується на 0,036 мг-екв/л, оскільки при окисленні одного іона металу, як видно з наведеної реакції, утворюються 2 іони водню. рН-коректор (7) являє собою фільтрувальну гранульовану засипку фільтра на основі природного доломіту, який містить карбонати кальцію і магнію. У середовищі доломітових + гранул відбувається нейтралізація вільних іонів Н з утворенням гідрокарбонатів: + Н + СаСО3 = СаНСО3, + Н + МgСО3 = МgНСО3. У результаті зростає водневий показник води і частково загальна жорсткість, що створює сприятливі умови для випадання в осад гідроксиду заліза в структурі фільтрувального елемента, покритому каталізатором МnО2 (6). Подача води знизу вгору перешкоджає утворенню транзитних каналів в шарі гранул засипки рН-коректора (7) і його заростанню муловими домішками за рахунок того, що при такій подачі води мають місце невеликі коливання шару засипки. На додаток гранули доломіту мають високу механічну міцність і тому майже не стираються при експлуатації, а тільки розчиняються. Далі вода потрапляє до міжтрубного простору циліндричного корпуса (1), проходить крізь трубчастий поліпропіленовий фільтрувальний елемент (6) у радіальному напрямі, залишаючи в його об'ємі сполуки заліза, і виходить через отвір у верхній кришці (2). Для запобігання накопичуванню бактерій і продуктів їхньої життєдіяльності, на внутрішні й зовнішні шари поліпропіленового картриджа, внутрішню поверхню корпуса, кришок і гумових ущільнень, за необхідності, можуть бути нанесені мікрошари наносрібла. Запропонований спосіб знезалізнення води надійно забезпечує ефективне очищення підземних вод від заліза, незалежно від коливань водневого показника води. Технічним результатом корисної моделі є створення ефективного способу очищення підземної води від сполук розчинного заліза, які потрапляють у питну воду і шкодять здоров'ю людини. Вся інформація, що міститься в даному технічному описі, є достовірною, базується на тестуванні й результатах науково-дослідних робіт. 60 2 UA 72738 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Спосіб знезалізнення підземної води, який включає очищення води в фільтрі з картриджем із поліпропіленових волокон, поверхня яких покрита плівкою двооксиду марганцю, який відрізняється тим, що попередньо очищувану воду під тиском пропускають через гранули рНкоректора для підвищення рівня водневого показника рН. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що рівень водневого показника рН підвищують до значень 6,9 - 7,2. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гранули РН-коректора розміщують в закритому на торцях кришками з гумовими ущільненнями корпусі трубчастого елемента фільтрувальносорбційного типу. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішні та зовнішні шари картриджа покривають шарами наносрібла. 5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що внутрішню поверхню корпуса, кришок і гумових ущільнень покривають мікрошарами наносрібла. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3