СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2172720 (13) C1

(51) 7 C02F1/50, C02F103:04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000110095/12 
(22) Дата подачи заявки: 2000.04.19 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.04.19 
(45) Опубликовано: 2001.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 5366636 A, 22.11.1994. RU 2040949 C1, 09.08.1985. RU 2138449 C1, 27.09.1999. RU 2048856 С1, 27.11.1995. EP 0202653 A2, 26.11.1986. US 5034138 A, 23.07.1991. WO 99/37584 A1, 29.07.1999. JP 2-14117 В, 06.04.1990. 
(71) Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Аквафор" (RU) 
(72) Автор(ы): Пименов А.В. (RU); Митилинеос А.Г. (RU); Шмидт Джозеф Львович (US) 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Аквафор" (RU) 
Адрес для переписки: 197110, Санкт-Петербург, ул. Пионерская, 29, ООО "Аквафор" 

(54) СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ) 

Группа изобретений относится к способам обеззараживания воды с применением композиционного адсорбционно-бактерицидного материала в безнапорных и напорных фильтрах и может быть использована для очистки питьевой воды из водопровода и пресноводных источников. Первый способ заключается в фильтрации питьевой воды через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы и гранулированного активированного угля с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет не более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода, и при контакте воды с материалом на поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы формируется слой малорастворимых соединений галогенидов серебра. По второму варианту фильтрацию питьевой воды осуществляют через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы, гранулированного активированного угля, катионообменной смолы, анионообменной смолы с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет не более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода, и при контакте воды с материалом на поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы формируется слой малорастворимых соединений галогенидов серебра. Предложенные способы обеззараживания питьевой воды обеспечивают эффективность обеззараживания во времени и надежность при одновременном сохранении степени очистки воды от ионов тяжелых металлов, органических веществ и улучшают органолептические свойства. Кроме того, дополнительной задачей изобретений является разработка способа, позволяющего обеззараживать воду при давлении от 0,001 до 5 атм. 2 с. и 30 з.п. ф-лы, 1 табл. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Группа изобретений относится к способам обеззараживания воды с применением композиционного адсорбционно-бактерицидного материала в безнапорных и напорных фильтрах и может быть использована для очистки питьевой воды из водопровода и пресноводных источников.

В настоящее время актуальна проблема обеззараживания питьевой воды с одновременной очисткой от вредных примесей из-за все ухудшающейся экологической обстановки, особенно в крупных городах. За последние два десятилетия обеззараживание воды осуществляют используя различного рода сорбенты, из которых наиболее перспективными являются активированные углеродные материалы и ионообменные смолы, содержащие бактерицидные соединения, такие как йод, бром, серебро. Высокая бактерицидность йода и серебра по отношению к бактериям делает их идеальными дезинфектантами в условиях малого водоснабжения.

В уровне техники известно использование порошкообразного активированного угля с размером частиц от 0,1 до 2000 мкм, служащего носителем для серебра в форме азотнокислой соли или металла, по заявке N 3229340, ФРГ (опубл. 1984, B 01 J 20/20) или по а.с. N 971464, СССР (опубл. 1982, B 01 J 20/20) использование активированного угля, пропитанного раствором соли серебра для обеззараживания питьевой воды.

Для одновременного обеззараживания и очистки питьевой воды используют композицию из грубых и тонких углеродных волокон, в том числе активированных, на которые в качестве бактерицидной добавки нанесены соли металлов, например серебра, в количестве 0,01-8,0% (Швейцария, патент N 556680, опубл. 1974, B 01 D 39/00).

Обеззараживание питьевой воды пропусканием ее через описанные активированные материалы, обработанные солями серебра, недостаточно эффективно ввиду того, что бактерицидные свойства определяются ионами серебра, переходящими в процессе обработки в воду. Для обеспечения продолжительности сохранения бактерицидных свойств необходимо обрабатывать указанные материалы концентрированными растворами солей серебра, что отрицательно влияет на здоровье человека при потреблении им очищенной таким способом питьевой воды.

По патенту N 4555347, США (опубл. 1985, C 02 F 1/50) в устройствах для обеззараживания воды используют фильтрующий материал в виде активированного угля и загрузки кристаллов йода. Однако метод, основанный на выделении в питьевую воду йода, непригоден для постоянного использования.

Известно использование анионообменной смолы, обработанной раствором нитрата серебра по патенту N 2434190, США (опубл. 1948, 210-24), катионообменной смолы, обработанной раствором соли серебра по патенту N 2692855, США (опубл. 1954, 210-24), для уничтожения бактерий в питьевой воде.

Также, как в сорбентах на основе активированных материалов в ионообменных смолах, содержащих бактерициды, при длительном их использовании в воде накапливаются большие количества ионов серебра. Но, кроме этого, в процессе обеззараживания происходит загрязнение смол и потеря ими обменных характеристик.

Известны способы обеззараживания воды путем контактирования ее со слоями йодсодержащей смолы и обработкой солями серебра (патент N 3817860, США, опубл. 1974, C 02 B 3/06) или пропускания через слои йод- и серебросодержащих ионообменных смол [патент N 5366636, США, опубл. 1994, B 01 D 15/00 (прототип); ж. Химия и технология воды, СССР, 1989, т. 11, N 2]. В том и другом случае в процессе обеззараживания питьевой воды происходит выделение йода в воду, а затем удаление его за счет связывания в нерастворимый комплекс AgJ.

По патенту США N 5366636 воду пропускали через пористую гранулированную йодсодержащую анионообменную смолу. При активном контактировании воды со смолой происходит выделение йода в воду, после чего обработанная вода проходит через пористые гранулы хелатной смолы Ag-Chelex с иминодиацетатными группами и связанными ионами серебра. Ионы серебра реагируют с ионами йода, образуя нерастворимый иодид серебра. Недостатком прототипа является то, что для обеззараживания воды в нее выделяются из анионообменной смолы значительные количества йода. Затем этот йод необходимо улавливать последующими слоями сорбентов. В случае возникновения канальных эффектов в последующих слоях сорбентов или их насыщения другими загрязнителями возможна утечка йода в очищенную воду.

Обеззараживание воды путем последовательного пропускания ее через слои йодсодержащей анионообменной смолы, синтетического активированного угля и макропористого сильнокислотного сульфокатионита, обработанного раствором нитрата серебра, позволяет эффективно обеззараживать воду от микроорганизмов (Е. Coli), однако при этом требуется использование бактерицидных компонентов высоких концентраций и, как следствие, в воде остается молекулярный 2 и ионы Ag+, от которых вода подвергается последующей очистке (ж. Химия и технология воды, СССР,1989, т. 11, N 2).

Известно послойное использование гранулированного активированного угля, волокнистого материала и йодсодержащей анионообменной смолы по патенту N 2040949, РФ, опубл. в Бюл. N 22, 1995, B 01 D 39/00. Послойная упаковка материала для очистки и обеззараживания питьевой воды приводит к появлению больших количеств каналов, которые создают возможность проскока бактерий и примесей и не обеспечивают высокой эффективности обеззараживания и очистки питьевой воды.

В уровне техники известен простой и дешевый способ обеззараживания воды с помощью фильтрующего материала, состоящего из смеси ионообменных смол. Способ заключается в пропускании воды через смесь ионообменных смол (99%) и бактериостатической смолы (1%), бактерицидные свойства которой связаны с присутствием на поверхности и внутри ее зерен металлического серебра. Указанная смесь смол предотвращает развитие биомассы в ионообменном фильтре и попадание бактерий в воду (Eau et ind, 1981, N 58, 88-90). При всех указанных достоинствах способа все-таки ионы серебра с течением времени, вымываясь из смол, попадают в воду и, накапливаясь в ней, оказывают отрицательное влияние на здоровье человека.

Несмотря на то, что вопросу обеззараживания питьевой воды уделяют большое внимание, остается проблема, заключающаяся, во-первых, в том, что со временем происходит вымывание йода или серебра из сорбентов, причем это непосредственно связано с составом фильтруемой воды. Например, при повышенном содержании в воде растворенных солей (повышенной жесткости) происходит быстрое вымывание серебра по ионообменному механизму. При обеззараживании питьевой воды йодом возникают проблемы, так как необходимо обогащать воду большим количеством йода (не менее 1 мг/л), далее нужен длительный контакт йода с водой и последующее улавливание его в выходящей воде. Причем при концентрации йода в воде 4 мг/л вода приобретает резкий запах йода, а длительное воздействие йода, находящегося в потребляемой питьевой воде, влияет на щитовидную железу. Во-вторых, при пропускании воды через бактерицидные слои смол с течением времени в слое, не содержащем бактерицидов (в воде), накапливается биомасса и бактерии загрязняют питьевую воду.

Заявляемые изобретения позволяют избежать накопления больших концентраций бактерицидов в питьевой воде и, следовательно, исключить стадию улавливания их в выходящей воде и/или опасность их выхода в очищенную воду.

Задачей группы изобретений и достигаемым техническим результатом является создание нового способа обеззараживания питьевой воды с обеспечением эффективности обеззараживания во времени и надежности при одновременном сохранении степени очистки воды от ионов тяжелых металлов, органических веществ и улучшение органолептических свойств.

Дополнительной задачей группы изобретений является разработка способа, позволяющего обеззараживать воду при давлении от 0,001 до 5 атм.

Поставленная задача решается заявляемым способом, заключающимся в фильтрации питьевой воды через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы и гранулированного активированного угля с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет не более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода, и при контакте воды с материалом на поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы формируется слой малорастворимых соединений галогенидов серебра.

По второму варианту фильтрацию питьевой воды осуществляют через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы, гранулированного активированного угля, катионообменной смолы, анионообменной смолы с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет не более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода, и при контакте воды с материалом на поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы формируется слой малорастворимых соединений галогенидов серебра.

При этом в композиционном материале внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы преимущественно составляет менее 0,2% от внешней поверхности амфотерных волокон.

Содержание компонентов в материале по первому варианту составляет, мас. %: от 50 до 90 гранулированного активированного угля, от 1 до 50 амфотерных волокон, от 0,1 до 1 серебросодержащего сорбента, от 0,1 до 1 йодсодержащей анионообменной смолы.

По второму варианту, мас.%: от 5 до 50 гранулированного активированного угля, от 1 до 20 амфотерных волокон, от 0,1 до 1 серебросодержащего сорбента, от 0,1 до 1 йодсодержащей анионообменной смолы, от 5 до 50 катионообменной смолы, от 5 до 50 анионообменной смолы.

По первому и второму вариантам способа обеззараживания в качестве амфотерных волокон используют активированные углеродные волокна с адсорбционной емкостью по метиленовому голубому не менее 360 мг/г, длиной от 0,2 до 10 мм, диаметром от 1 до 20 микрон, преимущественно диаметром от 5 до 10 микрон, или модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, по кислотным группам не менее 2 мэкв/г, длиной от 1 до 10 мм, диаметром от 1 до 50 микрон, преимущественно диаметром от 10 до 20 микрон. В качестве серебросодержащего сорбента используют серебросодержащую катионообменную смолу или серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, по кислотным группам не менее 2 мэкв/г, длиной от 1 до 10 мм, диаметром от 1 до 50 микрон, преимущественно диаметром от 5 до 10 микрон.

При фильтрации воды через композиционный материал выход йода в воду блокируется за счет формирования в материале на поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы слоя малорастворимых соединений галогенидов серебра. Эквивалентное содержание серебра в материале превышает эквивалентное содержание йода, что гарантирует полное связывание внесенного в композицию йода в форме практически нерастворимого иодида серебра.

Избыток серебра, также как и избыток йода, является нежелательным фактором, поэтому во многих работах описано его удаление, например, пропусканием через слой активированного угля. В заявляемом изобретении использовано небольшое количество серебра по сравнению с аналогами, что позволяет избежать его выделения в фильтруемую воду в больших количествах. Кроме того, избыточное количество серебра по отношению к йоду, взаимодействуя с хлорид-ионами, обычно присутствующими в питьевой воде, образует осадок хлорида серебра, который фиксируется на поверхности сорбентов.

Равновесное содержание бактерицидных компонентов в растворе может быть рассчитано исходя из растворимости соответствующих солей серебра. Произведения растворимости хлорида и иодида серебра составляют 1,7310-10 и 8,110-17 (моль/л)2 соответственно. Если концентрация хлорид-ионов в воде составляет, например, 50 мг/л (1,410-3 моль/л), то равновесная концентрация ионов серебра в растворе составит

[Ag+] = ПРAgCl/[Cl-] = 1,210-7 моль/л = 0,013 мг/л,

а равновесная концентрация иодида

[J-] = ПРAgJ/[Ag+] = 710-10 моль/л = 810-8 мг/л.

Таким образом, содержание йода и серебра в равновесном с материалом растворе значительно меньше предельно допустимых концентраций ("Руководство по контролю качества воды" ВОЗ; "Директива по питьевой воде Европейского сообщества" 80/778/ЕС).

Бактерицидный эффект согласно изобретению достигается за счет распределения малорастворимых бактерицидных соединений серебра по развитой поверхности материала. Гранулы - источники бактерицидных веществ - располагаются в сетке, образованной амфотерными волокнами. При этом соотношение размеров гранул (1 мм) и волокон (диаметром 5-20 микрон) обеспечивают эффективный контакт поверхности гранул, содержащей малорастворимые соединения серебра, с волокнами. Катионы серебра и анионы иодида, присутствующие над осадком, сорбируются катионо- и анионообменными группами амфотерных волокон, после чего могут вновь образовывать осадок соли. Таким образом, осадки малорастворимых бактерицидных соединений, первоначально образующиеся на поверхности гранул-источников, мигрируют, постепенно распределяясь по поверхности амфотерных волокон, которая, согласно изобретению, превышает внешнюю поверхность гранул- источников не менее чем в 100 раз.

В процессе фильтрации зараженной воды происходит сорбция микроорганизмов на развитой поверхности материала, содержащей нерастворимые бактерицидные соединения. При непосредственном контакте микроорганизмов с бактерицидами микроорганизмы погибают вследствие проникновения бактерицидов через клеточную мембрану, при этом выхода бактерицидных компонентов в отфильтрованную воду не происходит.

Исходя из вышеописанного при фильтрации воды по заявляемому способу появляется возможность увеличить время контакта бактерий с бактерицидом и, следовательно, значительно увеличить ресурс сорбционной колонны.

Наличие малорастворимых соединений галогенидов серебра подтверждается наличием соответствующих рефлексов в рентгенофазовых диаграммах сорбционной смеси (Липсон Г. , Стипл Г. Интерпретация порошковых рентгенограмм. X-ray diffraction data cards, ASTM) (фиг. 1).

Расчет внешней поверхности гранул йодсодержащей анионообменной смолы проводили по формуле

SJ = xJsg = xj (4 r2)/ (4/3 r3d) = 3 xj/(r d),

где Sj - внешняя поверхность гранул йодсодержащей смолы в расчете на единицу веса материала;

xj - массовая доля йодсодержащей смолы в материале;

sg - удельная площадь поверхности отдельной гранулы;

r - радиус гранул йодсодержащей смолы;

d - плотность ионообменной смолы.

Расчет внешней поверхности амфотерных волокон проводили по формуле

Sf = xfsg = xf(2 rl)/( r2 ld) = 2 xf/(r d),

где Sf - внешняя поверхность амфотерных волокон в расчете на единицу веса материала;

xf - массовая доля амфотерных волокон в материале;

sg - удельная площадь поверхности отдельного волокна;

r - радиус волокон;

l - длина отдельного волокна;

d - плотность волокон.

Если внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон в композиционном материале, то фильтрация воды производится через материал с необоснованно высоким содержанием йода, кроме этого, происходит вымывание осадка иодида серебра из фильтра в воду, что приводит к снижению ресурса сорбционной колонны и ухудшению качества воды.

При содержании серебра, равном или меньшем содержания йода в материале может, происходить частичное вымывание растворимых соединений йода из фильтрующего материала, что ухудшает органолептические качества воды.

На фиг. 2 представлены сравнительные данные по ресурсу сорбционной колонны, заполненной бактерицидным материалом (1) и сорбционной колонны, заполненной слоями йодсодержащей анионообменной и серебросодержащей катионообменной смол в тех же количествах (3), через которые фильтровали зараженную E. Coli воду, имеющую общее микробное число (ОМО) 1000 кл/мл, подтверждающие увеличение его при использовании заявляемого способа.

Все вышеописанное позволяет повысить продолжительность бактерицидного действия при очистке воды во времени и обеспечить высокую надежность обеззараживания ее.

В примерах по способу обеззараживания питьевой воды использовали широко известные материалы.

Гранулированный активированный уголь (ГАУ), широко известный в водоподготовке, представляет собой пористые углеродные частицы размером от 50 до 3000 микрон.

В качестве катионообменной смолы используют сульфосодержащие и карбоксильные иониты как гелевые, так и макропористые.

В качестве анионообменной смолы используют сильноосновные аниониты.

В качестве амфотерных волокон используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов; предпочтительно использовать волокна длиной от 1 до 10 мм, диаметром от 1 до 50 микрон и обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, а по кислотным группам не менее 2 мэкв/г или

активированные углеродные волокна (АУВ). В данных примерах используют АУВ вискозного типа, промышленно выпускаемые 000 "Аквафор", Санкт-Петербург, Россия, предпочтительно длиной волокна от 1 до 10 мм, диаметром от 1 до 50 микрон и адсорбционной емкостью по метиленовому голубому не менее 350 мг/г.

В качестве носителя йода используют сильноосновную анионообменную смолу, содержащую адсорбированный молекулярный йод (А554 Sybron Corp.).

А в качестве носителя ионов серебра используют катионообменные смолы в Ag-форме(С-240 NS Sybron Corp.).

Композиционный материал, используемый в способе обеззараживания питьевой воды, может быть изготовлен следующим методом: амфотерные волокна (активированные углеродные волокна длиной от 0,2 до 10 мм, диаметром преимущественно от 5 до 10 микрон с адсорбционной емкостью по метиленовому голубому не менее 360 мг/г, выпускаемое 000 "Аквафор", Санкт-Петербург, Россия, или модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов длиной от 1 до 10 мм, диаметром преимущественно от 10 до 20 микрон с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, по кислотным группам не менее 2 мэкв/г) в предписанном количестве помещают в смесительный агрегат, заполненный водой, и интенсивно перемешивают. Дозировка компонентов производится по весу. Затем в емкость вносят в предписанном количестве одновременно гранулированный активированный уголь с размером частиц от 50 до 3000 микрон и йодсодержащую анионообменную смолу в гранулах размером 0,5-1 мм с серебросодержащим сорбентом или все перечисленные выше компоненты и катионообменную и анионообменные смолы в гранулах по второму варианту, продолжая перемешивание до равномерного распределения гранул между волокнами, после чего удаляют избыток воды, сливая ее в емкость. Отжим осуществляют до остаточной влажности от 30 до 35 вес.%.

Полученным композиционным материалом заполняют сорбционную колонну, через которую со скоростью 0,1 л/мин при давлении от 0,001 до 5 атм фильтруют воду, содержащую E.Coli, тяжелые металлы и органические вещества.

Сущность изобретения и его преимущества поясняются следующими примерами.

Пример 1. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных компонентов в следующих соотношениях, мас.%: 50 гранулированного активированного угля; 0,5 серебросодержащей катионообменной смолы, где содержание серебра составляет 250 мг/г; 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы, где содержание йода составляет 250 мг/г; 49 активированных углеродных волокон.

Эквивалентное соотношение внесенных количеств серебра и йода составило с учетом атомного веса элементов Ag : J = (250/107): (250/127) = 2,34 : 1,97.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет

Sj = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность активированных углеродных волокон (амфотерных волокон) составляет

Sf=(20,49)/(110-51100) = 8,9 м2 на 1 кг материала.

Полученным композиционным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонну со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду, имеющую Coli-индекс (содержание кишечной палочки) 100 кл/л и общее микробное число (ОМО) 200 кл/мл.

В отфильтрованной воде кишечная палочка не обнаружена (Coli-индекс 0), а значение ОМО составило 8 кл/мл.

Пример 2. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных компонентов в следующих соотношениях, мас.%: 49,5 гранулированного активированного угля, 1 серебросодержащих модифицированных волокон на основе полиакрилонитрила, полученных щелочным гидролизом в присутствии сшивающих агентов, где содержание серебра составляет 107 мг/г; 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы, где содержание йода составляет 200 мг/г; 49 активированных углеродных волокон.

Эквивалентное соотношение внесенных количеств серебра и йода составило с учетом атомного веса элементов Ag : J = (1107/107): (0,5200/127) = 1 : 0,79.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет

SJ = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность активированных углеродных волокон (амфотерных волокон) составляет

Sf = (20,49)/(110-51100) = 8,9 м2 на 1 кг материала.

Полученным композиционным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонну со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду, имеющую Coli-индекс (содержание кишечной палочки) 100 кл/л и общее микробное число (ОМО) 200 кл/мл.

В отфильтрованной воде кишечная палочка не обнаружена (Coli-индекс 0), а значение ОМО составило 8 кл/мл.

Пример 3. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных компонентов в следующих соотношениях, мас.%: 35 гранулированного активированного угля; 19,5 катионообменной смолы, 0,5 серебросодержащей катионообменной смолы, где содержание серебра составляет 250 мг/г; 24,5 анионообменной смолы, 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы, где содержание йода составляет 250 мг/г; 20 активированных углеродных волокон.

Соотношение серебра и йода аналогично примеру 1.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет

SJ = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность активированных углеродных волокон (амфотерных волокон) составляет

Sf = (20,20)/(110-51100) = 3,6 м2 на 1 кг материала.

Полученным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонку со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду, имеющую Coli-индекс (содержание кишечной палочки) 100 кл/л и общее микробное число (ОМО) 200 кл/мл.

В отфильтрованной воде кишечная палочка не обнаружена (Coli-индекс 0), а значение ОМО составило 10 кл/мл.

Пример 4. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных компонентов в следующих соотношениях, мас.%: 50 гранулированного активированного угля; 0,5 серебросодержащей катионообменной смолы, где содержание серебра составляет 250 мг/г; 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы, где содержание йода составляет 250 мг/г; 49 модифицированных волокон на основе полиакрилонитрила.

Эквивалентное соотношение внесенных количеств серебра и йода составило с учетом атомного веса элементов Ag : J = (250/107): (250/127) = 2,34: 1,97.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет:

SJ = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность модифицированных волокон на основе полиакрилонитрила (амфотерных волокон) составляет

Sf= (20,49)/(210-51600) = 3,06 м2 на 1 кг материала.

Полученным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонну со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду, имеющую Coli-индекс (содержание кишечной палочки) 100 кл/л и общее микробное число (ОМО) 200 кл/мл.

В отфильтрованной воде кишечная палочка не обнаружена (Coli-индекс 0), а значение ОМО составило 8 кл/мл.

Пример 5. Сорбционная колонка была получена аналогично примеру 1. Через колонку пропустили 1 литр сильно зараженной воды: Coli-индекс 200, ОМО 1000. Затем фильтрующую колонку двое суток выдерживали в термостате при температуре 37oC. Затем через колонку пропустили стерильную воду и анализировали первые 100 мл воды на выходе. Микробиологические параметры воды составили: Coli-индекс < 3, ОМО 12.

Приведенные данные говорят о бактериостатическом эффекте, то есть подавлении размножения микроорганизмов в сорбционном слое, полученном при фильтрации воды по заявляемому способу.

Пример 6. Через сорбционную колонку, полученную по примеру 1, пропустили 5 литров воды с ОМО 1000. На следующие сутки операцию повторили. Эксперимент продолжали до тех пор, пока вода на выходе из колонки соответствовала гигиеническим требованиям (ОМО<50). Полное количество зараженной воды, пропущенной через материал, составило 140 литров (см. фиг. 2 /1/).

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает длительное бактерицидное действие сорбционной колонки.

Пример 7. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных сорбционных материалов в следующих соотношениях, мас.%: 39 гранулированного активированного угля; 30 катионообменной смолы, 0,5 серебросодержащей катионообменной смолы; 29,5 анионообменной смолы, 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы; 0,5 активированных углеродных волокон.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет

SJ = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность активированных углеродных волокон (амфотерных волокон) составляет

Sf= (20,005)/(110-51100) = 0,09 м2 на 1 кг материала,

то есть SJ > 0,01; Sf - внешняя поверхность йодсодержащих гранул составляет более одного процента от поверхности волокнистого компонента.

Полученным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонку со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду, имеющую Coli-индекс (содержание кишечной палочки) 100 кл/л и общее микробное число (ОМО) 200 кл/мл.

Отфильтрованнная вода по микробиологическим требованиям не соответствовала требованиям, предъявляемым к питьевой воде: Coli-индекс 8, ОМО 25.

Пример 8. Композиционный материал получали по описанному выше методу смешением исходных компонентов в следующих соотношениях, мас.%: 50 гранулированного активированного угля; 0,5 серебросодержащей катионообменной смолы, где содержание серебра составляет 250 мг/г; 0,5 йодсодержащей анионообменной смолы, где содержание йода составляет 500 мг/г; 49 активированных углеродных волокон.

Эквивалентное соотношение внесенных количеств серебра и йода составило с учетом атомного веса элементов Ag: J = (250/107): (500/127) = 2,34:2,94, то есть йод находится в материале в избытке.

Внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет

SJ = (30,005)/(0,0011500) = 0,01 м2 на 1 кг материала.

Внешняя поверхность активированных углеродных волокон (амфотерных волокон) составляет

Sf= (20,49)/(110-51100) = 8,9 м2 на 1 кг материала.

Полученным композиционным материалом заполнили цилиндрическую колонну диаметром 30 мм и высотой 60 мм. Через колонну со скоростью 0,1 л/мин при давлении 0,005 атм пропускали воду. В первых порциях отфильтрованной воды содержание иода составило 1 мг/г, что превышает допустимое значение концентрации.

Пример 9. Через сорбционную колонку, полученную по примеру 4, пропустили 5 литров воды с ОМО 1000. На следующие сутки операцию повторили. Эксперимент продолжали до тех пор, пока вода на выходе из колонки соответствовала гигиеническим требованиям (ОМО<50). Полное количество зараженной воды, пропущенной через сорбент, составило 20 литров (см. фиг. 2 /2/), после чего ОМО в отфильтрованной воде превысило нормативное.

Обеспечивая эффективную очистку от E.Coli по заявляемому способу одновременно решается и другая задача - достигается высокая степень очистки питьевой воды от тяжелых металлов и органических веществ независимо от состава воды, что подтверждается приведенными ниже примерами 10, 11, 12.

Пример 10. Сорбционную колонку, полученную по примеру 1, испытывали в качестве фильтра для питьевой воды по стандарту NSF 53. Через устройство пропускали модельный раствор, приготовленный на основе водопроводной воды г. Санкт-Петербурга с добавлением некоторых компонентов в следующих концентрациях: медь 3 мг/л, о-дихлорбензол 1,2 мг/л, хлороформ 0,4 мг/л, клетки E. Coli 50 кл/л. Определяли содержание компонентов в воде после фильтрации 10 и 100 литров модельного раствора (см. таблицу).

Пример 11. Сорбционную колонку, полученную по примеру 1, испытывали в качестве фильтра для питьевой воды по стандарту NSF 53. Через устройство пропускали модельный раствор, приготовленный на дистиллированной воде с добавлением некоторых компонентов в следующих концентрациях: медь 3 мг/л, о-дихлорбензол 1,2 мг/л, хлороформ 0,4 мг/л, клетки E.Coli 50 кл/л. Определяли содержание компонентов в воде после фильтрации 10 и 100 литров модельного раствора (см. таблицу).

Пример 12. Сорбционную колонку, полученную по примеру 6, тестировали по методике, аналогичной примеру 10. Результаты представлены в таблице.

В таблице представлены показатели состава исходной воды, поступающей на очистку, и показатели очищенной воды.

Описание изобретения и приведенные экспериментальные данные подтверждают возможность получить при использовании группы изобретений требуемый технический результат. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ обеззараживания питьевой воды путем фильтрации ее через материал на основе йодсодержащей анионообменной смолы и серебросодержащего сорбента, отличающийся тем, что загрязненную воду фильтруют через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы и гранулированного активированного угля с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет не более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, причем гранулы йодсодержащей анионообменной смолы покрыты слоем малорастворимых соединений галогенидов серебра, образованным при контакте с водой, а эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтруют воду через композиционный материал, содержащий, мас.%: от 50 до 90 гранулированного активированного угля; от 1 до 50 амфотерных волокон; от 0,1 до 1 серебросодержащего сорбента; от 0,1 до 1 йодсодержащей анионообменной смолы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтруют воду через композиционный материал, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет преимущественно менее 0,2% от внешней поверхности амфотерных волокон.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве амфотерных волокон активированные углеродные волокна.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна длиной от 0,2 до 10 мм и диаметром от 1 до 20 мкм.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна преимущественно диаметром от 5 до 10 мкм.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна с адсорбционной емкостью по метиленовому голубому не менее 360 мг/г.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве амфотерных волокон модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов длиной от 1 до 10 мм и диаметром от 1 до 50 мкм.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов преимущественно диаметром от 10 до 20 мкм.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, а по кислотным группам не менее 2 мэкв/г.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве серебросодержащего сорбента серебросодержащую катионообменную смолу.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют в качестве серебросодержащего сорбента серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов длиной от 1 до 10 мм и диаметром от 1 до 50 мкм.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов преимущественно диаметром от 10 до 20 мкм.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, а по кислотным группам не менее 2 мэкв/г.

17. Способ обеззараживания питьевой воды путем фильтрации ее через материал на основе йодсодержащей анионообменной смолы и серебросодержащего сорбента, отличающийся тем, что загрязненную воду фильтруют через композиционный материал, содержащий равномерно распределенные гранулы йодсодержащей анионообменной смолы, гранулированного активированного угля, катионообменной смолы, анионообменной смолы с серебросодержащим сорбентом между амфотерными волокнами, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет нс более 1% от внешней поверхности амфотерных волокон, причем гранулы йодсодержащей анионообменной смолы покрыты слоем малорастворимых соединений галогенидов серебра, образованным при контакте с водой, а эквивалентное содержание серебра превышает эквивалентное содержание йода.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что фильтруют воду через композиционный материал, содержащий, мас.%: от 5 до 50 гранулированного активированного угля; от 1 до 20 амфотерных волокон; от 0,1 до 1 серебросодержащего сорбента, от 0,1 до 1 йодсодержащей анионообменной смолы, от 5 до 50 катионообменной смолы; от 5 до 50 анионообменной смолы.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что фильтруют воду через композиционный материал, в котором внешняя поверхность гранул йодсодержащей анионообменной смолы составляет преимущественно менее 0,2% от внешней поверхности амфотерных волокон.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют в качестве амфотерных волокон активированные углеродные волокна.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна длиной от 0,2 до 10 мм и диаметром от 1 до 20 мкм.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна преимущественно диаметром от 5 до 10 мкм.

23. Способ по п.20, отличающийся тем, что используют активированные углеродные волокна с адсорбционной емкостью по метиленовому голубому не менее 360 мг/г.

24. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют в качестве амфотерных волокон модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов длиной от 1 до 10 мм и диаметром от 1 до 50 мкм.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов преимущественно диаметром от 10 до 20 мкм.

27. Способ по п.24, отличающийся тем, что используют модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, а по кислотным группам не мене 2 мэкв/г.

28. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют в качестве серебросодержащего сорбента серебросодержащую катионообменную смолу.

29. Способ по п.17, отличающийся тем, что используют в качестве серебросодержащего сорбента серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов.

30. Способ по п.29, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов длиной от 1 до 10 мм и диаметром от 1 до 50 мкм.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов преимущественно диаметром от 10 до 20 мкм.

32. Способ по п.29, отличающийся тем, что используют серебросодержащие модифицированные волокна на основе полиакрилонитрила, полученные щелочным гидролизом полиакрилонитрила в присутствии сшивающих агентов с обменной емкостью по основным группам не менее 1 мэкв/г, а по кислотным группам не менее 2 мэкв/г.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru