Засипка для очищення питної води

Изобретение относится к засыпке для очистки питьевой воды с применением сорбционных материалов, содержащих активированный уголь и предназначено для получения питьевой воды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является засыпка для получения питьевой воды [1]. Известная засыпка для получения питьевой воды состоит из смеси активированного угля, карбоксильного катионита в Na+-форме, сильнокислотного сульфокатионита в Н +-форме, сильноосновного анионита в НСО-3форме, сильнокислотного сульфокатионита в Аg+-форме при следующем соотношении компонентов, мас.%: Недостатком прототипа является дороговизна и многокомпонентность с оставляющих засыпки. Кроме того, изобретение по прототипу недостаточно эффективно очищает питьевую воду от органических и хлорорганических соединений. Это обусловлено тем, что в засыпке по прототипу доля активированного угля, обеспечивающего сорбцию органических и хлорорганических соединений, составляет 9-23 мас.%. В основу изобретения поставлена задача упростить и удешевить засыпку для очистки питьевой воды при одновременном повышении эффективности очистки воды от органических и хлорорганических соединений, а также сохранении ее микробиологических показателей в пределах нормативных показателей. Поставленная задача решается за счет того, что засыпка для очистки питьевой воды, включающая активированный уголь, согласно настоящему изобретению, дополнительно содержит фосфат ти тана при следующем соотношении компонентов, мас.%: Опытным путем нами установлено, что: 1. При отсутствии в активированном угле фосфата ти тана или его введении в активированный уголь в количестве менее 1,8% (в пересчете на титан) санитарно-бактериологические показатели качества воды (табл.2), контактирующей с сорбентом, не отвечают нормативно допустимым требованиям ГОСТ 2874-73. 2. Вводить в активированный уголь фосфат ти тана в количестве, превышающих 7,1 % (в пересчете на титан), нецелесообразно по двум причинам. Во-первых, снижается пористость импрегнированного угля и, тем самым, понижается его адсорбционная активность по органическим и хлорорганическим примесям. Во-вторых, было установлено, что фосфат титана распределяется не только в порах активированного угля, но и на его поверхности. Причем под воздействием воды фосфат ти тана, находящийся на поверхности активированного угля, пептизируется. При этом в воде (табл.2) обнаруживаются фосфатионы, в количествах превышающих нормативно допустимые (ГОСТ 2874-73). Достигаемый технический- результат, получаемый в изобретении можно объяснить следующим. Фосфат титана является неорганическим катионообменником, селективно сорбирующим ионы тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий, свинец и др.), а также радионуклиды цезия, урана, тория и др. [Амфлетт Ч. Неорганические иониты. М., Мир, 1966, 188 с; Сухарев Ю.И., Егоров Ю.В. Неорганические иониты типа циркония. М., Энер-гоатомиздат, 1983,110 с]. Фосфат титана является практически нерастворимым соединением, поэтому его введение в активированный уголь осуществляют п утем многостадийной обработки активированного угля водорастворимыми соединениями титана и фосфора (5+). В качествах первых обычно используют водные растворы титана четыреххлористого, сульфата или нитрата титанила, а в качестве соединений фосфора (5+) – фосфорную кислоту или ее соли натрия, калия или аммония. Последовательность обработки активированного угля исходными реагентами не имеет существенного значения. При проведении электронно-микроскопических исследований нами установлено, что фосфат титана, образованный путем пропитки активированного угля растворами четыреххлористого титана и фосфорной кислоты, представляет сфероидальные образования с размером 2-4 мкм. Последние образуют конгломераты, которые преимущественно заполняют макропоры угля. Микропористая структура импрегнированного активированного угля отличается от структуры исходного угля. Так, объем микропор (Vми), объем сорбционного пространства (Vs) и размер микропор (rэф.) уменьшаются с ростом содержания введенного фосфата титана. Уменьшение микропор приводит к увеличению сродства импрегнированного активированного угля к органическим и хлорорганическим соединениям с малым размером молекул, например к хлороформу (dкр. = 0,49 нм) и четыреххлористому углероду (dкп. = 0,69 нм). Таким образом, при использовании в качестве засыпки импрегнированного активного угля, содержащего фосфа та титана в количестве 1,8-7,1 мас.% {в пересчете на титан), решаются следующие задачи: 1) обеспечивает эффективную очистку воды от органических и хлорорганических соединений (хлороформ 74-100%, четыреххлористый углерод 84-100%); 2) микробиологические показатели качества воды сохраняются в пределах нормативных значений (ОМО < 100 КОЕ/см 3, БГКП < 3 КОЕ/дм 3); 3) обеспечивает эффективную очистку воды от соединений тяжелых металлов, например, меди на 39100%; 4) удешевляются засыпка и устройство, так как в них отсутствует серебро и его соединения; 5) упрощается сборка устройства, так как в качестве засыпки используется один материал импрегнированный фосфатом титана активированный уголь. Ниже приводит конкретные примеры выполнения заявляемого изобретения. Пример 1. Активированный уголь КАУ-1 (ДСТУ 2335-93 "Вугілля активне КАУ і КАУ-М. Те хнічні умови") обрабатывают водным раствором четыреххлористого титана, а затем водным раствором фосфорной кислоты. Импрегнированный уголь отмывают дистиллированной водой до рН 7,0 и сушат. Содержание фосфата титана в импрегнированном активированном угле задают или путем изменения концентрации четыреххлористого титана в водном растворе, или путем изменения его объема (при постоянной концентрации соли титана). Конкретное содержание фосфата титана (в пересчете на титан) в образцах импрегнированного угля составляет (мас.%): 1,2 (образец 1), 1,8 (образец 2), 3,8 (образец 3), 6,2 (образец 4), 7,1 (образец 5) и 8,2 (образец 6). В табл.1 представлена микропористая структура импрегнированного и исходного углей, показывающая, что при введении в уголь КАУ 6,2 и 8,2% фосфата титана (в пересчете на титан) объем микропор (\/ми) падает на 0,48 и 31,8% соответственно, а удельная поверхность (Syд.) импрегнированного угля в первом случае растет и падает во втором. Размер микропор (rэф.) в имлрегнированном угле меньше, чем в исходном угле. Он соизмерим с размерами молекул органических и хлорорганических примесей, присутствующи х в питьевой воде. Примеры 2-8. В шесть стеклянных колонок, имитирующи х бытовой фильтр марки "Джерельце-1", помещают засыпку из импрегнированного активного угля (обр. 1-7) в количестве 9 г каждого. Для очистки питьевую воду (г. Киев) подают через входное отверстие колонки со скоростью 2 дм /мин (в пересчете на бытовой фильтр "Джерельце-1"). Объем пропущенной через стеклянную колонку воды составляет 90 дм 3 или в пересчете на бытовой фильтр марки "Джерельце-1 "- 2800 дм 3. Конкретное содержание фосфата ти тана (в пересчете на титан) в засыпке в примерах следующее, мас.%: пример 2 - 1,2; пример 3 - 1,8; пример 4 - 3,8; пример 5 -6,2; пример 6 - 7,1; пример 7 - 8,2. Для сравнения в седьмую колонку помещают засыпку из угла КАУ (пример 8), не содержащего фосфата титана. Санитарно-бактериологические показатели качества воды определяют по ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" и представляют в табл.2. Из представленных в табл.2 данных видно, что при отсутствии в засыпке фосфата титана (пример 8) или при его малом содержании (пример 2) санитарно-бактериологические показатели качества пропущенной через засыпку воды не отвечают нормативным требованиям, а при содержании, превышающем 7,1% (пример 7), обработанная вода не отвечает нормативным требованиям по фосфатионам. Пример 9. Засыпку в количестве 400 г из импрегнированного активированного угля (обр.3), содержащего фосфа т титана в количестве 3,8% (в пересчете на титан) помещают в бытовой фильтр марки "Джерельце-1". Через входное отверстие фильтра подают питьевую воду (г. Киев) для очистки со скоростью 2 дм /мин. Отбор обработанной воды проводят ежедневно по 12 дм 3 (санитарная потребность в питьевой воде семьи из трех человек). Качество пропущенной воды по физико-химическим и санитарно-бактериологическим показателям контролируют в усредненных пробах: 1-3, 49-51,499-501, 999-1001, 2499-2501,2999-3001 и 3999-4001 дм 3. Физико-химические и санитарно-бактериологические показатели качества пропущенной через засыпку в бытовом фильтре марки "Джерельце-1" водопроводной воды, определенные по ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая", представлены в табл.3-5. В табл.3 представлены физико-химические нормы и показатели качества исходной и очищенной (3500 дм 3) воды. В табл.4 показана динамика изменения содержания органического углерода, хлороформа, четыреххлористого углерода и меди в исходных и очи щенных пробах воды. В табл.5 представлена динамика изменения санитарно-бактериологических показателей качества исходной и очищенной воды по предлагаемому изобретению. Как видно из приведенных данных (табл.2-5), только засыпка, состоящая из активированного угля, импрегнированного фосфатом титана в количестве 1,8-7,1 мас.% (в пересчете на титан), обеспечивает эффективную очистк у воды от органических и хлорорганических соединений, а также сохраняет ее микробиологические показатели в пределах нормативных значений. Следует особо подчеркнуть, что микробиологические показатели качества очищенной воды соответствуют нормативным значениям даже в конце ресурса бытового фильтра. Кроме того, предлагаемая засыпка позволяет доочистить питьевую воду от примесей тяжелых металлов (медь, цинк и др.). Использование предлагаемой засыпки позволяет упростить и удешеви ть очистку питьевой воды. Пример 10. Засыпку в количестве 320 г из импрегнированного активированного угля (обр.2), содержащего фосфа т титана в количестве 1,8% (в пересчете на титан) помещают в бытовой фильтр марким "Gold Water". Через входное отверстие фильтра подают питьевую воду (г.Одесса) со скоростью 60 дм 3/ч. Общий объем пропущенной воды составляет 3000 дм 3 при ежедневном пропускании воды от 120 до 300 дм . В табл.6 представлены показатели качества исходной (2500-3000 дм 3) и очищенной по примеру 10 воды. Эффективность бытового фильтра марки "Gold Water" с засыпкой из импрегнированного активированного угля, содержащего 1,8% фосфата титана, в отношении очистки водопроводной воды от органических антропогенных загрязнителей составляет для: Нефтепродуктов от 100 до 59,2%;. ГСС от 80,7 до 60,0%; Окисляемости от 71,3 до 54,5 %; Пестицидов от 98,0 до 80,0%. Пример 11. С целью установления пригодности использования заявляемой засыпки в экстремальных ситуациях, в том числе в регионах с экологически неблагоприятной обстановкой, в районах экологических катастроф, засыпку в фильтре марки "Gold Water" дополнительно "нагружают" примесями железа, ГСС, Ε .coll, Ps.aeruglnosa и мезофильными микроорганизмами. Концентрация ионов железа в модельном растворе, которым трижды "нагружают" фильтр (после пропускания 650 дм 3, 1350 дм 3 и 2300 дм 3 одесской водопроводной воды), составляет 2,6-3,5 мг/дм 3 (8-12 ПДК). В очищенной воде не выявлено превышения концентрации железа выше ПДК, вплоть до завершения периода испытаний, т.е. очистки 3000 дм 3 водопроводной воды. Концентрация ГСС (по сумме хлороформа и четыреххлористого углерода при их соотношении 9;1) в модельном растворе, которым трижды "нагружают" фильтр (после пропускания 750 дм 3, 1430 дм 3 и 2500 дм 3 одесской водопроводной воды), составляет 0,75-1,1 мг/дм 3 (7,5-11 ПДК). В очищенной воде не выявлено превышения концентрации ГСС, вплоть до завершения периода испытаний. "Нагрузку" фильтра модельным раствором, содержащим выделенные из водопроводной воды и "подрощенные" в термостате E.coll, Ps.aeruginosa и мезофильные микроорганизмы в концентрациях, соответственно, 10(2)/дм 3 - 10(2)/дм 3 -10(2)/см 3, микробиологические показатели соответствуют нормативным значениям. Полученные в примере 11 результаты свидетельствуют о том, что заявляемая засыпка пригодна для использования в фильтрах для доочистки питьевой воды в экстремальных ситуациях.