Спосіб отримання питної води

Реферат: UA 104618 U UA 104618 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі водопідготовки, зокрема стосується технології обробки різних типів вод: поверхневих, міських, артезіанських, криничних та ін. джерел, для отримання води, яка відповідає показникам безпечності і якості питної води та має додаткові корисні властивості. Добре відомо, що якість питної води, яка підготовлена з поверхневих вод річок, водоймищ або підземних вод на станціях центрального водопостачання, не повною мірою відповідає вимогам санітарно-гігієнічних нормативів, і тому потребує додаткового очищення. При цьому навіть добре підготована вода, пройшовши через старі трубопроводи, втрачає свої якості. Для господарсько-питного водопостачання застосовують різні методи підготовки води, такі як освітлення, знебарвлення, кип'ятіння, виморожування, знезараження, очищення на активованому вугіллі. Однак за останній час вимоги споживачів до питної води значно виросли, що змушує виробників шукати та впроваджувати більш сучасні технології замість стандартних методів. У популярній літературі та засобах масової інформації для оздоровлення широко рекламується "активована" вода, наприклад, тала вода, кремнієва вода, оброблена магнітним полем, високовольтним електричним розрядом, електромагнітним випромінюванням, ультразвуком та ін. На практиці для надання природній або питній воді додаткових лікувальних або профілактичних властивостей виробники використовують різні методики. Зазвичай, головна увага у цьому напрямку приділяється способам надання воді корисних властивостей за рахунок глибокого очищення та збагачення її різними мінералами та мікроелементами. Основними технологіями глибокого чищення питної води є очищення шляхом фільтрації її через сорбент та очищення зворотним осмосом, кожна з яких має свої переваги та недоліки. В патентній та науково-технічній літературі описано багато способів очищення води шляхом фільтрації її через сорбент, наприклад спосіб очищення води [1], шляхом фільтрації через сорбент на основі пористого сорбційного матеріалу до насичення його металами, що вилучаються із води, з подальшою регенерацією сорбенту. При цьому забруднену воду пропускають крізь композицію із іонообмінних смол та активованого вугілля і деревної тирси з осадженим на них гідроксидом заліза або гідроксидом цирконію, або гідроксидом титану, або гідроксидом олова (IV), або сумішами цих гідроксидів. Недоліком способів, основаних на використанні сорбентів, є те, що для ефективного очищення води необхідно кілька шарів різних за властивостями сорбентів, які часто мають високу ціну. Крім цього, сорбенти слід періодично відновлювати, тобто заміняти новими, або піддавати регенерації, що ускладнює процес експлуатації установок очищення та підвищує ціну продукції. З патентної та науково-технічної літературі відомо також багато способів отримання питної води, за якими глибоке очищення здійснюють шляхом зворотного осмосу [2], після чого у воду для покращення її властивостей додають мінералізатори. Для всіх способів очищення води зворотним осмосом характерною є низька пропускна спроможність мембран. Тому для досягнення необхідної продуктивності установки, засновані на технології зворотного осмосу, мають значні габарити або в них застосовується високий тиск води на вході. Важливо і те, що сама мембрана не затримує низькомолекулярну високолетючу органіку (типу хлороформу) і бактерії. Мембрани також потребують відновлення працездатності, але цей процес набагато простіший та дешевший, ніж при відновленні сорбентів. Найбільш якісну воду, з точки зору її чистоти, отримують комбінованим способом, який включає очищення зворотним осмосом з наступною фільтрацією через сорбент на основі іонообмінних смол. Відомий спосіб отримання особливо чистої води [3], який полягає у послідовній обробці вихідної води фільтруванням на механічному фільтрі із кварцового піску, зворотним осмосом, дистиляцією, заморожуванням, фільтрацією магнітним фільтром, іонуванням на різних іонообмінниках, сорбцією. За цим отриману воду обробляють бактеріями, фагоцитами, цитотоксинами та проводять іонуванням на силікагелі, сорбцію і бактерицидну обробку проводять на активованому вугіллі зі сріблом, з двоокисом титану, стерилізацію ультрафіолетовим і інфрачервоним світлом та фільтрацію на корковому, металокерамічному і фторопластовому фільтрах. Даний спосіб забезпечує отримання особливо чистої води, але він настільки складний, а продукція настільки дорога, що використання його доцільне тільки для дуже специфічних умов. Більш простим є спосіб отримання особливо чистої води [4], переважно для аналітичних і лабораторних аналізів у наукових закладах та на підприємствах медичної, фармацевтичної, електронної, промисловості. Спосіб полягає у послідовному багатостадійному очищенні шляхом 1 UA 104618 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 попередньої механічної фільтрації, сорбції, обробки зворотним осмосом, дистиляції, електрододизації. Дуже якісну воду забезпечує спосіб отримання води переважно для ін'єкцій [5] із вод природних джерел, що включає очищення води із відкритих водойм до питної води гарантованої якості шляхом ультрафільтрації та сорбції. При цьому перед ультрафільтрацією воду очищають на фільтрах попередньої, а затим грубої очистки, з доведенням води до якості "питної" шляхом зворотного осмосу і сорбції на вугільних матеріалах, після чого питну воду послідовно піддають катіоно- і аніонообміну до якості води "очищеної" та стерилізують фільтруванням. Наведені вище способи дозволяють отримати дуже чисту воду, але її склад не відповідає вимогам до питної води. Найближчим до запропонованого способу серед відомих, за технічною суттю та досягнутим результатом, є спосіб [6] отримання питної води, збагаченої воднем, на основі води, очищеної зворотним осмосом. Очищення води зворотним осмосом проводять з використанням молекулярних фільтрів. Отриману воду нагрівають до температури кипіння та кип'ятять. Після охолодження підвищують тиск води і під тиском повільно вприскують її у розпиленому стані до ємності, що містить водень у вигляді газу. Збагачення воднем виконують до отримання вмісту водню у воді в діапазоні 1,0-1,4 мг/л. Структурують воду з утворенням когерентного стану. Недоліком цього способу є те, що обробку води виконують в один етап тільки шляхом зворотного осмосу, що вимагає використання мембран з отворами малої величини, а значить з низькою їх пропускною спроможністю та потребою у високому тиску води перед мембраною. Даний спосіб здійснюється з використанням стандартної системи зворотного осмосу, тому в отриманій воді відсутні необхідні мікроелементи - кальцій, магній, калій, натрій, фтор, йод та інші, наявність яких є необхідною для відповідності її показникам фізіологічної повноцінності мінерального складу. Крім цього, виникає загроза значної зміни показника рН води у бік кислого, а також при здійсненні зворотного осмосу завжди передбачається скид до 70 % води для промивання самої системи. Важливим недоліком описаного способу є використання в процесі обробки води кип'ятіння, що обумовлює значні енерговитрати, а у разі обробки хлорованої води - в ній можуть утворюватись хлорорганічні сполуки, які негативно впливають на організм, а на нагрівальних елементах пристрою солі жорсткості з води можуть утворюватись накип. Задачею корисної моделі є удосконалення відомого способу отримання питної води шляхом введення нової операції та зміни режимів здійснення інших операцій. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання питної води, який включає очищення води зворотним осмосом на ультрафільтраційних мембранах та насичення її воднем, згідно з корисною моделлю, використовують ультрафільтраційні мембрани з розміром пор у діапазоні 0,10,001 мкм, перед насиченням воднем воду додатково обробляють на іонообмінній суміші, а насичення воднем здійснюють шляхом змішування з газоподібним воднем до концентрації 1-1,8 мг/л. При цьому доцільно як іонообмінну суміш використовувати суміш із ряду Vital Energy, а змішування води з газоподібним воднем здійснюють у кавітаційному ежекторі-змішувачі. Істотними ознаками запропонованого способу, спільними з найближчим аналогом, є: Спосіб отримання питної води. Спосіб полягає в очищенні води зворотним осмосом на ультрафільтраційних мембранах та насиченні воднем шляхом змішування з газоподібним воднем. Новими істотними ознаками способу, порівняно з найближчим аналогом, є: Після зворотно-осмотичного очищення проводиться обробку води на іонообмінній суміші. Використовують ультрафільтраційні мембрани з розміром пор у діапазоні 0,10,001 мкм. Насичення води воднем здійснюють до концентрації 1-1,8 мг/л. Технічним результатом від запропонованих удосконалень є те, що глибоке очищення води виконується у два етапи, які взаємно доповнюють один одного. На першому етапі очищення води, тобто при зворотному осмосі, використовуються мембрани із значно більшими у порівнянні з найближчим аналогом отворами. На другому етапі очищення води, тобто при обробці її іонообмінними смолами, забезпечено уловлювання шкідливих речовин, які не були затримані на першому етапі на мембранах більших, ніж в найближчому аналогу. Суть корисної моделі ілюструється кресленням, де зображена схема здійснення запропонованого способу. Запропонований спосіб отримання питної води здійснюється наступним чином. Вихідну воду з природного джерела, з підземної свердловини, або з мережі водопостачання, насосом подають під тиском на очищення зворотним осмосом на ультрафільтраційних мембранах з розміром пор в діапазоні 0,10,001 мкм. При цьому доцільно перед подачею вхідної води на очищення зворотним осмосом попередньо її очистити на грубому фільтрі. Після очищення 2 UA 104618 U 5 10 15 20 25 30 зворотним осмосом вода очищається на іонообмінній суміші, як іонообмінну суміш найдоцільніше використовувати суміш із ряду Vital Energy. За цим очищену воду насичують воднем до концентрації 1,01,8 мг/л, використовуючи водень у вигляді газу та обробляють пропусканням її через активоване вугілля. Насичення води воднем здійснюють шляхом змішування у ежекторі змішувачі. Воду, насичену воднем, слід очистити на активованому вугіллі. Виходячи з наведеного видно, що глибоке очищення води по запропонованому способу передбачає три рівні фільтрації. На першому рівні фільтрація проводиться на ультрафільтраційних мембранах, розмір пор яких знаходиться в діапазоні 0,10,001 мкм. Завдяки цьому з води вилучаються механічні домішки (пісок, мул, іржа, глина, колоїдні частинки), розчинені в воді біологічні, токсичні речовини та речовини, які здатні викликати онкологічні захворювання, а також мікроорганізми (водорості, цисти найпростіші, великі і малі бактерії і віруси). На другому рівні фільтрація здійснюється на іонообмінній суміші, де вилучаються домішки та шкідливі речовини, що не були затримані на ультрафільтраційних мембранах, і одночасно вода звільняється від жорсткості, заліза, марганцю, органічних речовин, амонію, нітратів. На третьому рівні фільтрація відбувається після насичення води воднем і здійснюється на активованому вугіллі, що забезпечує очищення її від вільного хлору, органічних речовин, мутності, кольоровості та покращення смаку і запаху. Крім цього, вода очищається від домішок, що потрапляють до неї при здійсненні самого способу очищення води, тобто від домішок, які потрапляють у воду разом з воднем, і тих, що вимиваються із іонообмінної суміші. При дотриманні умов, коли водень не може вивільнитись з води (герметична тара, виконана з матеріалів, непроникних для водню), негативний окислювально-відновний потенціал води може зберігатись не менше 6 місяців. Приклади здійснення запропонованого способу: Ефективність очищення води за даним способом підтверджена випробуваннями, вихідні умови та результати яких наведено у таблиці. Випробування проводилися з двома різними складами води (наведено у стовпчиках "Вихідне значення"). Для зворотного осмосу використовувалися мембрани з розміром пор 0,01 мкм, тобто їх розмір відповідає середині запропонованого діапазону розмірів. При подальшій обробці як іонообмінну суміш використовувати суміш із ряду Vital Energy, а насичення її газоподібним воднем здійснюють до концентрації 1÷1,8 мг/л. Таблиця Норма СанПін України Показник . З Жорсткість, мг екв дм рН 3 Марганець, мг/дм 3 Залізо, мг/дм . 3 Окислюваність, мг О2/дм Запах, бали Смак, бали 3 Хлор вільний, мг/дм 3 Амоній, мг/дм Кольоровість, градуси Загальне мікробне число 3 Мутність, мг/дм 35 40 Не більше 7,0 6,5-8,5 Не більше 0,05 Не більше 0,2 Не більше 5,0 Не більше 2 Не більше 3 Не більше 0,5 Не більше 0,5 Не більше 20 Не більше 100 Не більше 0,56 Випробування 1 Випробування 2 Вихідне Вода після Вихідне Вода після значення очистки значення очистки 6,45 0,85 5,2 1,2 7,33 7,35 7,33 7,32 0,15 0,005 0,05 0,005 1,01 0,03 1,5 0,05 2,56 0,76 1,54 0,76 2 0 2 0 2 0 2 0 0,5 0 0,5 0 0,35 0,02 0,25 0,02 15 5 15 5 більше 100 18 більше 100 22 0,58 0,139 0,419 0,139 З таблиці видно, що запропонована технологія очищення має ряд переваг порівняно зі стандартною системою зворотного осмосу: не знижує рН води, залишає у воді корисні елементи, такі як кальцій і магній, не робить додаткові стоки в каналізацію (в системі зворотного осмосу до 70 % води витрачається на промивання осмотичної мембрани); а також, порівняно зі стандартною триступінчатою системою очищення, очищає воду від жорсткості, заліза, марганцю, амонію, чистить воду від мікроорганізмів. Ряд випробувань було проведено при умовах, описаних вище, але з різними розмірами пор мембран для зворотного осмосу, вибраними у запропонованому діапазоні. При цьому було встановлено, що оптимальним розміром пор мембран є - 0,01 мкм. Якщо використовувалися 3 UA 104618 U 5 10 15 20 25 30 мембрани з порами більшого розміру, то значна частина домішок не затримувалася мембраною, і тому сорбент швидко втрачав свої якості та потребував регенерації чи заміни. При використанні мембран з порами, розмір яких менший ніж оптимальний, знижується пропускна спроможність мембран, а при розмірах пор менше 0,001 мкм для забезпечення необхідної продуктивності установок їх розміри та тиск води досягають неприйнятних величин. Насичення вод воднем запропоновано здійснювати до концентрації 11,8 мг/л, що забезпечує зниження її окислювально-відновного потенціалу (ОВП) до від'ємних значень, завдяки чому вона набуває додаткових корисних властивостей. Медичною практикою давно доведено корисний вплив лікувальних вод Трускавця і Східниці. Одним з найважливіших показників, завдяки яким ці води мають лікувальні властивості, крім мінерального складу, є їх окисно-відновний потенціал. Клініка обміну речовин "Vikey" спільно з лабораторією "Мелаво" провели дослідження лікувальних вод Східниці і Трускавця та визначили основні показники води по рН та ОВП і встановили, що всі лікувальні води з вказаних джерел мають низький або від'ємний ОВП. Крім цього, було проведено дослідження впливу ОВП води на клінічні показники крові пацієнтів. Експериментально було доведено, що введення водню у воду в кількості менше 1 літра на 100 літрів води недостатньо для отримання необхідного ОВП (від мінус 300 мВ). При кількості введеного у воду водню більше 1,79 літрів на 100 літрів води величина ОВП збільшується незначно. Таким чином, оптимальними пропорціями введеного у воду водню є діапазон від 1:100 (до 100 літрів води додають 1 літр газоподібного водню) до 1,79:100. Як засіб для змішування води з воднем використовують кавітаційний ежектор-змішувач, у якого час, необхідний для оптимального змішування води і водню, становить 10-15 секунд. Для виявлення найефективнішого складу іонообмінної суміші у дослідах використовувалися різні відомі стандартні суміші та ті, що широко рекламуються у ЗМІ. При цьому оцінювалась як ефективність фільтрації у взаємодії з запропонованими мембранами, так і їх вартість та термін працездатності. Випробування показали, що для використання у запропонованій технології більше всього придатні суміші із ряду Vital Energy, які широко представлені на ринку. Запропонований спосіб поєднує у собі позитивні якості двох технологій очищення води, тобто технології зворотного осмосу та технології фільтрації через сорбенти. У порівнянні з найближчим аналогом запропонована технологія простіша при використанні, оскільки не потребує частого відновлення працездатності мембран (промивання), при тих же вихідних умовах досягається більша продуктивність, що обумовлено більшою пропускною спроможністю завдяки більшим розмірам їх пор. Крім цього, для даної технології достатньо невисокого тиску води перед мембраною, а це спрощує конструкцію та зменшує витрати енергії. 35 40 Джерела інформації: 1. RU 2003108469 по МПК В01J 20/00. 2. UA 50270 по МПК C02F 1/00. 3. RU 94024593 по МПК C02F 9/00. 4. RU2513904 по MПK C02F 9/00 5. RU 2003137818 по МПК C02F 9/08 6. UA 94803 по МПК C02F 1/44. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Спосіб отримання питної води, який включає очищення води зворотним осмосом на ультрафільтраційних мембранах та насичення воднем, який відрізняється тим, що перед насиченням воднем воду додатково обробляють на іонообмінній суміші, а насичення воднем здійснюють шляхом змішування води з газоподібним воднем до концентрації 1-1,8 мг/л. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду, насичену воднем, очищають на активованому вугіллі. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як іонообмінну суміш використовують суміш із ряду "Vital Energy". 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що змішування води з газоподібним воднем здійснюють у кавітаційному ежекторі-змішувачі. 4 UA 104618 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5