Спосіб очистки та кондиціювання питної води

Спосіб очистки та кондиціювання питної води, що включає пропускання води через шар карбоксильного катіоніту в Н+-формі та шар вуглецевого матеріалу, який відрізняється тим, що воду пропускають по черзі через шар карбоксильного катіоніту в Н+-формі, через шар макропористого полістирольного адсорбенту та через шар вугле 36461 Недоліком вуглецевих фільтрів є наявність ефекту мікробіологічного «обростання» та пов'язане із цим вторинне бактеріальне забруднення очищуваної води. Для усунення цього явища використовують вугілля, імпрегноване сріблом. Застосування останніх погіршує органолептичні властивості води (з'являється металевий присмак) та збільшує цін у виробу. Комплексне вирішення задачи очистки питної води забезпечують зворотноосмотичні установки, які дозволяють видаляти на 95-99 % всі органічні та мінеральні сполуки. Однак оброблена зазначеним способом вода втрачає свою фізіологічну повноцінність через істотне зниження рівня мінералізації та не відповідає вимогам ДСАНПІН № 136/1940 "Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання" по показниках - твердість та загальний солевміст. Найбільш ефективними з точки зору цілеспрямованого коригування складу води є комбіновані насадки, які включають сорбційні матеріали різної природи. Відомий спосіб доочистки питної води на фільтруючому матеріалі, який містить послідовно розташовані по ходу води шари цеоліту, активованого вугілля та цеоліту, модифікованого сріблом. Спосіб дозволяє поліпшити органолептичні властивості води та попередити розмноження бактерій при перерві в роботі фільтру, однак не забезпечує очистку від шкідливих забруднень та коригування мінерального складу води (Патент RU № 2049053, кл.6 С 0ІВ 31/08, С 02F 1/28, опубл. 27.11.95. Бюл. № 33). Відомий спосіб очистки природних та водогінних вод, який полягає в пропусканні води через суміш сильноосновного гелевого аніоніту на полістирольній основі в ОН --формі з певним ступенем відмивки від мономерів та амінів і карбоксильного катіоніту в Н+-формі з певною пористою структурою, при їх об'ємному співвідношенні 2:1 (Патент RU № 2060954, кл. 6 С 02F 1/28, опубл. 27.05.96. Бюл. № 15]. Спосіб дозволяє очистити воду від важких металів, алюмінію, заліза, ціанатів, нітратів, органічних сполук та знизити вміст солей твердості. Однак високий вміст мономерів та амінів (2 мг О2/дм 3 в промивній воді) у використаному за запропонованим методом аніоніті, що істотно перевищує регламентовані значення для смол харчового класу (за ГОСТ 20301-74 "Смолы ионообменные. Аниониты" в промивній воді не більш 0,7 мг О2/дм 3), перешкоджає можливості застосування метода для підготовки питної води. Крім того, запропонований метод не дозволяє видаляти з води залишковий хлор. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб очистки та кондиціювання води для приготування горілки, коньяків та лікеро-горілчаних виробів, який полягає в пропусканні води через шар карбоксильного катіоніту, шар фторопластової стружки при розрядженні для декарбонізації, шар карбоксильного катіоніту в депротонованій формі для нейтралізації, шар сильнокислотного катіоніту та шар активованого вугілля (Патент UA № 24451, кл. С 02F 1/41, опубл. 30.10.98. Бюл. № 5). Спосіб дозволяє практично повністю видалити іони твердості, залізо, марганець, мідь, цинк, лужність, зни зити величину ХСК та частково демінералізувати воду. Недоліками методу є многостадійність, неможливість реалізації процесу очистки води в побутови х умовах, надто високий ступінь видалення іонів твердості, що спричиняє зниження фізіологічної повноцінності води. Крім того, зазначений метод не забезпечує бактерицидну обробку води, її очистку від алюмінію та продуктів, що утворюються при хлоруванні води, та поліпшення органолептичних показників барвності та мутності. Задачею даного винаходу є підвищення ступеню та комплексності очистки води, поліпшення її органолептичних показників, забезпечення бактерицидної обробки, підвищення ефективності процесу при його проведенні в промислових умовах та реалізація можливості проведення процесу очистки води в побутови х умовах. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі очистки та кондиціювання питної води, який включає пропускання води через шар карбоксильного катіоніту в Н +-формі та шар вуглецевого матеріалу, згідно винаходу, воду пропускають по черзі через шар карбоксильного катіоніту в Н+-формі, через шар макропористого полістирольного адсорбенту та через шар вуглецевого матеріалу, причому як карбоксильний катіоніт в Н+-формі використовують карбоксильний катіоніт в Н+-формі, який містить 0,2 мг/см 3 срібла, як макропористий полістирольний адсорбент використовують макропористий полістирольний адсорбент з об'ємом сорбційного простору не менш 0,85 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм не менш 40 % сорбційного простору, вміщуючий амінні групи різної основності не менш 1,1 мг-екв/см 3 при частці четвертинних амінних груп 12-20 %, а як вуглецевий матеріал використовують вуглецевий матеріал з об'ємом сорбційного простору не менш 0,44 см 3/г та з пористою структурою, яка містить пори розміром 0,5-2,0 нм не менш 20 % сорбційного простору. Вищезазначена сукупність ознак дозволяє отримати високоякісну воду шля хом очистки та кондиціювання водогінної води та води з артезіанських свердловин. Отримана вода максимально відповідає за своїм складом вимогам, які висуваються до води питної (ГОСТ 2874-82, ДСАНПІН № 136/1940), а також до води, що використовується для виготовлення напоїв (безалкогольних газованих, води питної бутильованої газованої та негазованої, соків) та дитячого харчування. Високий технічний результат досягається за рахунок наступного: при контакті з карбоксильним катіонітом відбувається видалення тимчасової тве рдості та деалкалізація води, отже, її часткова демінералізація. Одночасно на карбоксильному катіоніті в Н+-формі відбувається іонообмінне заміщення катіонів заліза (II) та (III) та марганця, а також важких та перехідних металів (при їх наявності у ви хідній воді) на іони водню. В результаті вода, яка пройшла цю стадію обробки підкислюється до рН 3,8-4,4, що сприяє частковому переходу металів в прості катіонні форми та полегшує їхнє катіонообмінне поглинання на цій стадії. В той же час метали, присутні в воді у вигляді нейтральних або аніонних комплексних сполук (в першу чергу гуматів), не вступають в катіонообмінну взаємодію з карбоксильним катіонітом в Н+-формі та прохо 2 36461 дять цю стадію транзитом. Підкислення води на цій стадії до рН 3,8-4,4 створює, крім того, умови, що сприяють підвищенню реакційної здатності присутніх у воді гумінових речовин, які в повній мірі реалізуються на наступній стадії очистки при взаємодії з полістирольним адсорбентом. На цій стадії відбувається також бактерицидна обробка води. Срібло, присутнє в катіоніті, частково дифундує в очи щувану воду, справляючи при цьому бактерицидну дію як на воду, так і на сорбційні матеріали, що знаходяться на подальшому шляху її прямування. Концентрація іонів срібла в очищуваній воді не перевищує 0,05 мг/дм 3, що відповідає вимогам. При подальшому контакті води з макропористим полістирольним адсорбентом, з об'ємом сорбційного простору не менш 0,85 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм не менш 40 % сорбційного простору, вміщуючим амінні групи різної основності в кількості не менш 1,1 мг-екв/см 3 при частці четвертинних амінних груп 12-20 %, відбувається поглинання гумінових речовин (гумінових та фульвокислот, гуматів металів), а також некатіонних форм перехідних металів. В результаті суттєво поліпшуються органолептичні показники води (барвнїсть, мутність), знижуються показники ХСК (на 8090 %), заліза, марганцю (на 90%), важких металів (на 98-99 %). Одночасно відбувається нейтралізація води до рН 6,5-7 за рахунок стехіометричного виділення гідроксил-іонів низькозаміщеними аміногрупами полістирольного адсорбенту. Подальший контакт води з вуглецевим матеріалом заданої струкури супроводжується видаленням хлору та максимально високим вилученням продуктів, що утворилися при хлоруванні води (СНСІз, ССI4 та ін.). Це пов¢язане як з мікропористою структурою вуглецевого матеріалу, так і з практичною відсутністю більш крупних молекул органічних речовин, що були вилучені на попередній стадії, які в іншій ситуації виступають конкурентами та блокують мікропори, наявність яких зумовлює високу спорідненість вуглецевого матеріалу до вищезазначених хлорорганічних сполук. Оптимальне співвідношення компонентів загрузки визначається з урахуванням складу очищуваної води та технологічних особливостей процесу очистки. При реалізації методу в побутови х умовах, з використанням для всіх компонентів загрузки одного спільного адсорбера, здійснюється заміна відпрацьованої загрузки на свіжу. При реалізації методу в промислових умовах, з використанням для кожного компонента загрузки індивідуального адсорбера, регенерація карбоксильного катіоніту в Н +-формі проводиться розчином мінеральної кислоти, полістирольного адсорбенту - нейтральним або лужним розчином хлористого натрію. В цьому режимі термін експлуатації матеріалів не менш 4 років. Вуглецевий адсорбент замінюється щорічно. Срібловміщуючий карбоксильний катіоніт в Н +-формі додається щороку в розрахунковій кількості. Даний спосіб очистки дозволяє отримати воду, яка не тільки повністю відповідає вимогам стандартів, але й воду із заданим складом, який визначається вимогами конкретного споживача або ви робництва, про що свідчать приклади, наведені нижче. Приклад 1. Водогінну воду пропускають через побутовий фільтр циліндричної форми діаметром 8 см та висотою 28 см, заповнений пошарово 450 см 3 карбоксильного катіоніту в Н +-формі, який містить срібло в кількості 0,2 мг/см 3, 300 см 3 макропористого полістирольного адсорбента з об'ємом сорбційного простору 0,87 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм, яка складає 42 % сорбційного простору, що вміщує амінні групи різної основності в кількості 1,2 мг-екв/см 3 при частці четвертинних амінних груп 18%, 150 см 3 активованого вугілля з об'ємом сорбційного простору 0,47 см 3/г та з часткою пор розміром 0,5-2.0 нм, яка складає 22 % сорбційного простору. Воду подають знизу вверх з об'ємною швидкістю 15 дм 3/год. Всього через фільтр пропущено 1080 дм 3 води. Термін експлатації фільтра 6 місяців. Дані по якості очищеної води в порівнянні з даними по якості вихідної водогінної води наведені в табл.1. Вихідна вода потребує коригування за такими показниками, як барвність, мутність, вміст заліза, органічних речовин та хлорорганічних сполук, які утворилися в результаті її хлорування, а також видалення активного хлору для поліпшення органолептичних характеристик. Результати випробувань побутового фільтру показали, що даний спосіб очистки дозволяє скоригувати перераховані показники якості води та отримати питну воду, яка цілком відповідає вимогам стандартів. Крім того, спосіб дозволяє видалити тимчасову твердість води, отже, виключити утворення накипу при її кип'ятінні, значно поліпшити органолептичні показники води, забезпечує її бактеріологічну стабільність внаслідок бактерицидної дії іонів срібла. Як показують дані табл.1, видалення тимчасової твердості відбувається при пропусканні через фільтр води в кількості 630 дм 3 через 1 дм 3 загрузки, а повне видалення залишкового активного хлору - при пропусканні через фільтр 810 дм 3 води через 1 дм 3 загрузки, в той час як інші показники задовольняють вимоги при пропусканні до 1080 дм 3 води через 1 дм 3 води. У зв'язку з цим заміну відпрацьованої загрузки рекомендується проводити після пропускання через 1 об'єм загрузки 600 об'ємів води. Приклад 2. Воду з артезіанської свердловини пропускають через фільтр, заповнений 3000 см 3 карбоксильного катіоніту в Н +-формі, який містить срібло в кількості 0,2 мг/см 3, 1000 см 3 макропористого полістирольного адсорбенту з об'ємом сорбційного простору 0,87 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм, яка складає 42% сорбційного простору, що вміщує амінні групи різної основності в кількості 1,2 мг-екв/см 3 при частці четверинних амінних груп 18 %, 500 см 3 вуглецевого матеріалу з об'ємом сорбційного простору 0,47 см 3/г та часткою пор розміром 0,5-2,0 нм, яка складає 22 % сорбційного простору. Воду подають знизу вверх з об'ємною швидкістю 60 дм 3/год. 3 36461 Всього через фільтр пропущено 4000 дм 3 води. Термін експлуатації 20 місяців. Дані по якості вихідної свердловинної та очищеної води наведені в табл.2. Ви хідна вода потребує коригування за такими показниками, як вміст заліза, марганцю, а також за мікробіологічними показниками. Співвідношення об¢ємів загрузки карбоксильного катіоніту в Н +-формі та макропористого полістирольного адсорбенту, у порівнянні з прикладом 1, було змінено з бік збільшення об'єму першого, оскільки залізо в артезіанській воді міститься у вигляді катіонів заліза (II), отже, сорбується катіонітом. Результати випробувань фільтру (табл.2) показали, що даний спосіб очистки дозволяє скоригувати вміст заліза та марганцю у воді, поліпшити її мікробіологічні показники та отримати питну воду, яка цілком відповідає вимогам стандартів. Крім того, спосіб дозволяє видалити тимчасову твердість води, отже, виключити утворення накипу при її кип'ятінні, а також скоригувати солевміст. Приклад 3. Водогінну воду пропускають послідовно через адсорбер, заповнений 5 дм 3 карбоксильного катіоніту в Н+-формі, який містить срібло в кількості 0,2 мг/см 3, потім через адсорбер, заповнений 55 дм 3 макропористого полістирольного адсорбенту з об'ємом сорбційного простору 0,87 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм, яка складає 42 % сорбційного простору, що вміщує амінні групи різної основності в кількості 1,2 мг-екв/см 3 при частці четвертинних амінних груп 18%, далі через адсорбер, заповнений 500 дм 3 вуглецевого матеріалу з об¢ємом сорбційного простору 0,47 см 3/г та часткою пор розміром 0,5-2,0 нм, яка складає 22 % сорбційного простору. Регенерацію макропористого полістирольного адсорбенту проводять 8% розчином хлорида натрію. Заміна вуглецевого матеріалу проводиться 1 раз на рік. Об'ємна швидкість пропускання води 2 м 3/год. Всього пропущено 18000 м 3 води. Склад вихідної та очищеної води наведено в табл.2. Вихідна вода потребує коригування за такими показниками, як барвність, вміст заліза, органічних речовин та хлорорганічних сполук, які утворилися в результаті її хлор ування, а також видалення активного хлору для поліпшення органолептичних характеристик. В даному випадку не потребується коригування складу води за твердістю та солевмістом. Результати випробувань (табл.2) показали, що даний спосіб очистки дозволяє скоригувати перераховані показники якості води, значно поліпшити органолептичні показники води, забезпечує її бактеріологічну стабільність внаслідок бактерицидної дії іонів срібла. Очищена вода відповідає усім вимогам , які висуваються ГОСТ 2874-82 и ДСАНПІН № 136/1940 до питної води, та може використовуватись як питна та для виробництва води питної бутильованої газованої. Приклад 4. Вихідну артезіанську воду пропускають через адсорбер, заповнений 225 дм 3 карбоксильного катіоніту в Н+-формі, який містить срібло в кількості 0,2 мг/см 3, потім через адсорбер, заповнений 100 дм 3 макропористого полістирольного адсорбенту з об'ємом сорбційного простору 0,87 см 3/г при частці пор розміром 2-30 нм, яка складає 42 % сорбційного простору, що вміщує амінні групи різної основності в кількості 1,2 мг-экв/см 3 при частці четвертинних амінних груп 18 %, та далі через адсорбер, заповнений 300 дм 3 вуглецевого матеріалу з об¢ємом сорбційного простору 0,47 см 3/г та часткою пор розміром 0,5-2,0 нм, яка складає 22 % сорбційного простору. Регенерацію карбоксильного катіоніту в Н+-формі проводять 5 % розчином соляної кислоти, а макропористого полістирольного адсорбенту - розчином, який містить 2 % гідроксида натрію та 8 % хлорида натрію. Заміну вуглецевого матеріалу проводять 1 раз на рік. Об'ємна швидкість пропускання води 4 м 3/год. Всього пропущено 40000 м 3 води. Склад вихідної та очищеної води наведено в табл.2. Вихідна вода для використання її при приготуванні напоїв потребує коригування за такими показниками, як барвність, твердість, лужність, вміст заліза, а також за мікробіологічними показниками. Результати випробувань (табл.2) показали, що даний спосіб очистки дозволяє скоригувати усі зазначені показники якості води. Очищена вода цілком відповідає усім вимогам, які висуваються ГОСТ 2874-82 та "Технологічною інструкцією по водопідготовці для виробництва пива та безалкогольних напоїв ТИ 10-5031636-72-90", та може використовува тись для виготовлення безалкогольних напоїв. Таким чином, аналіз даних, наведених в таблиці та тексті, показує, що даний способ обробки води є високоефективним та дозволяє отримати воду, яка відповідає по всіх показниках якості вимогам, які висуваються для питної води та води для виготовлення напоїв. Приклад 5. Вихідну артезіанську воду, яка має склад по прикладу 4, очищують в умовах прототипу. Об'ємна швидкість пропускання води 4 м 3/год. Всього пропущено 40000 м 3 води. Склад вихідної та очищеної води наведено в табл.2. Результати випробувань показали, що очистка та кондиціювання води за даним способом (приклади 1-4), у порівнянні з прототипом (приклад 5), дозволяє досягти підвищення ступеню та комплексності очистки води, поліпшення її органолептичних показників, забезпечення бактерицидної обробки, підвищення ефективності процесу при його проведенні в промислових умовах та реалізації можливості проведення процесу очистки води в побутови х умовах. 4 36461 5 36461 6 36461 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 7