Композиция для обработки питьевой воды и способ обработки питьевой воды

 

Изобретение относится к средствам и способам обработки воды и может быть использовано для получения очищенной питьевой воды с физиологически необходимым (лечебным) содержанием ионов фтора. Для уменьшения времени достижения требуемой концентрации ионов фтора в обрабатываемой воде и увеличения эффективности ее очистки от токсичных органических примесей и активного хлора за счет увеличения объемного поверхностного контакта реагента с фторируемой водой используют композицию, содержащую соединение фтора с разливочной растворимостью, определенного гранулометрического состава самой фторирующей композиции и составляющих ее компонентов, а также применения активных углей с заданным порометрическим составом. В качестве неорганических соединений фтора используют фториды формулы MeF_x, где Me - Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ или их смесь. Композиция дополнительно содержит водонерастворимое связующее из класса сложных эфиров целлюлозы общей формулы [C₆H₇O₂(OH)_3-к(OR)_к]_n, где к - степень замещения OH - групп в одном звене, равная 1-3, n - степень полимеризации, R - ацетат, пропионат, бутират или валериат. При этом обеспечивается оптимальная лечебная концентрация фтора в воде в диапазоне (0,5-1,5) мг/л. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к средствам обработки воды и может быть использовано для получения питьевой воды с физиологически необходимым (лечебным) содержанием ионов фтора.

Зубной кариес представляет собой заболевание, вызываемое особым типом бактерий, размножающихся в локальных пятнах на поверхности зуба и ферментирующих углеводород с последующим образованием углекислоты, которая в свою очередь производит деминерализацию веществ зубной эмали. При продолжительном протекании этого процесса пораженное место на зубной эмали разрушается, в зону разрушения эмали проникают бактерии, начинается аутоускорение разрушения внутренней части зуба.

Наиболее эффективным способом борьбы с распространением кариеса является употребление для питья фторированной воды. При этом уровень концентрации фтора в воде должен быть не мене 0,5 мг/л и не более 1,5 мг/л. Превышение оптимальной физиологической концентрации фтора в организме приводит к развитию другого опасного заболевания зубного флуореза, который также приводит к разрушению зубной эмали и сопровождается образованием на поверхности зубов отдельных или сливающихся между собой пятен коричневого цвета.

Столь узкий интервал оптимальных (лечебных) концентраций ионов фтора в питьевой воде резко усложняет их создание в водопроводной питьевой воде, поскольку требует применения высокоточного дозировочного оборудования, специальных химических реактивов и надежных технологий. Кроме того, тотальное фторирование всей водопроводной воды, а не только той ее части, которая расходуется для питья, привело бы к резкому экологическому загрязнению водоемов анионами фтора с непрогнозируемыми последствиями для флоры и фауны.

В связи с вышеизложенным фторирование питьевой воды в мировой практике получило ограниченное распространение.

В качестве средства для фторирования питьевой воды получили распространение индивидуальные и групповые установки, которые фторируют только ту часть воды, которая используется для питья и пищевых целей. Работа такого рода установок основана на генерировании ионов фтора в питьевую воду при равновесном контакте с малорастворимым фторсодержащим компонентом, что требует больших времен контакта (30-50 мин и более).

Известен способ фторирования питьевой воды, в соответствии с которым вода приводится в состояние растворного равновесия с твердым гранулированным материалом, выделяющим ионы фтора в воду в концентрациях 0,5-1,5 мг/л при достаточно больших временах контакта /1/. Таким материалом является мелкораздробленная смесь сплавленных фторида и фосфата кальция. Заданная концентрация ионов фтора в воде достигается за счет того, что фторид кальция с постоянной скоростью растворяется и обеспечивает постоянную концентрацию ионов фтора, исходя из произведения растворимости этого соединения.

Однако используемый материал и способ его применения не предусматривает очистку воды, а осуществляет только ее фторирование. Кроме того, применение указанных средств требует очень большого времени контакта воды с материалом, что реально неосуществимо в малогабаритных очистителях.

Известны способы обработки воды, использующие различные реагенты для фторирования воды, например, фтористый натрий, кремнефтористый натрий, флюраль.

Флюраль имеет преимущества, например, перед фтористым натрием. При равной степени противокариозного действия токсичность флюраля в восемь раз меньше токсичности фтористого натрия. Такие способы и материалы описаны /2/. Эти cредства могут быть приняты за прототип.

Однако прототип имеет определенные недостатки: используемые способы и устройства имеют периодическое действие; в бытовых малогабаритных водоочистителях из-за отсутствия в их составе камеры смешения фторируемой воды и реагента (флюраля) этот процесс (фторирования) принципиально неосуществим; не обеспечивает очистку воды от органических примесей и активного хлора.

Целью изобретение является увеличение объемной скорости фторирования питьевой воды и эффективности ее очистки от токсичных органических примесей и активного хлора. При этом должна обеспечиваться оптимальная лечебная концентрация ионов фтора в воде в диапазоне (0,5-1,5) мг/л.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в уменьшении достижения требуемой концентрации ионов фтора в обрабатываемой воде за счет увеличения объемного поверхностного контакта реагента с фторируемой водой и использования смеси соединений фтора с различной растворимостью.

Эффект достигается тем, что композиция для обработки питьевой воды на основе неорганических соединений фтора дополнительно содержит водонерастворимое связующее из класса сложных эфиров целлюлозы общей формулы [C₆H₇O₂(OH)_3-k(OR)_k] _n, где k - степень замещения OH-групп в одном звене составляет 1-3, n степень полимеризации, R ацетат, пропионат, бутират или валерат и активный уголь при соотношении компонентов (10-90) (1:50) (1:85) мас. а в качестве неорганических соединений фтора используют фториды формулы MeF_x, где Me: Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, K⁺, а x соответствует валентности Me и/или из смесь, и тем, что используют смесь соединений общей формулы MeF_x, где Me- Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, K⁺, а x соответствует валентности Me, при следующем соотношении соединений: CaF₂ MgF₂ NaF KF (1-99,9) (0,1-98,9) (0,01-10) (0,01-10) мас. и тем, что неорганические соединения фтора имеют гранулометрический состав (0,01-0,5) мм, и тем, что активный уголь имеет гранулометрический состав (0,01-0,5) мм, и тем, что гранулометрический состав композиции составляет (0,3-1,5) мм, и тем, что в качестве активного угля используют угль с содержанием микро- и мезопор (0,1-0,5) г/см³, и тем, что в способе фторирования воды, включающем контактирование воды с неорганическими соединениями фтора, используют в качестве неорганических соединений фтора определенную композицию и процесс ведут при удельной скорости прохождения воды через композицию (0,5-5) мин^-1.

Процесс фторирования воды согласно настоящему изобретению ведут в условиях неравновесного контакта воды с заявленной фторсодержащей композицией при продолжительности контакта от 5 до 25 с; устройство для фторирования питьевой воды включает фторсодержащую композицию, которая размещена между двумя сетками с размером ячеек, меньшим размера гранул фторсодержащей композиции, одна из которых размещена в нижней части корпуса, другая над слоем фторсодержащей композиции.

Для получения фторсодержащей композиции готовят раствор эфира целлюлозы в ацетоне или этаноле, вносят в него расчетное количество мелкодисперсного фторида металла, смесь тщательно перемешивают. Полученную таким образом суспензию подвергают мокрому гранулированию, сушке, сухому гранулированию и фракционированию посредством сухого рассеивания.

Пример. Используют фторирующую композицию с гранулометрическим составом (0,3-1,5) мм, состоящую из следующих неорганических соединений фтора с гранулометрическим составом 0,001 мм: 99,8 CaF₂, 0,1 MgF₂, 0,09 NaF, 0,01 KF; в качестве связующего используют ацетат целлюлозы со степенью замещения (k) OH-групп в одном звене, равной 2, при содержании связующего в композиции, равном 5 мас. в качестве активного угля используют измельченный (фракционный состав 0,01 мм) активный уголь марки F400 фирмы "Чемвирон карбон" (Бельгия) с содержанием микро- и мезопор 0,3 см³/г. Композицию в количестве 50 г загружают в устройство, представляющее собой пластмассовый цилиндр с внутренним диаметром 40 мм и высотой 200 мм, снабженный в нижней части сеткой (размер ячеек 0,2 мм). В верхнюю часть цилиндра с объемной скоростью 100 см³, что соответствует удельной скорости прохождения воды через композицию 2 мин^-1, подают воду, подлежащую очистке и фторированию с исходным содержанием активного хлора 1,5 мг/л, хлороформа 300 мкг/л, фенола 15 мкг/л, фтора 0,1 мг/л. После прохождения через композицию содержание активного хлора в воде составляет 0,3 мг/л (эффективность очистки 80), хлороформа 90 мкг/л (70), фенола 4,95 мкг/л (67).

Содержание фтора после прохождения воды через композицию составило 1,0 мг/л.

Дополнительные примеры, иллюстрирующие изобретение, сведены в таблицу.

Из анализа приведенных примеров следует, что изобретение позволяет ускорить достижение требуемой концентрации ионов фтора за счет: подбора определенного химического состава фторсодержащих компонентов; определенного гранулометрического состава композиции, обеспечивающего большую поверхность раздела фаз (поверхность контакта реагента с водой).

Увеличение поверхности раздела фаз и, соответственно, увеличения скорости достижения требуемой концентрации ионов фтора в воде достигается также за счет введения в композицию мелкодисперсных компонентов фторида металла и угля.

Формула изобретения

1. Композиция для обработки питьевой воды путем фторирования питьевой воды на основе неорганических соединений фтора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит водонерастворимое связующее из класса сложных эфиров целлюлозы общей формулы [C₆H₇O₂(OH)_3-k(OR)_k]_n, где k 1 - 3, степень замещения OH-групп в одном звене, n степень полимеризации, R - ацетат, пропионат, бутират или валерат, и активный уголь при соотношении компонентов 10 90 1 50 1 85 мас. а в качестве неорганических соединений фтора используют фториды общей формулы MeF_x, где Me - Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, а x соответствует валентности Me, и/или их смесь.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что используют смесь общей формулы MeF_x, где Me Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, а х соответствует валентности Me, при следующем соотношении соединений: CaF₂ MgF₂ NaF KF 1,0 99,9 0,1 98,9 0,01 10,0 0,01 10,0 мас.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что неорганические соединения фтора имеют гранулометрический состав 0,01 0,5 мм.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что активный уголь имеет гранулометрический состав 0,01 0,5 мм.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что гранулометрический состав композиции составляет 0,3 1,5 мм.

6. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве активного угля используют уголь с содержанием микро и мезопор 0,1 0,5 г/см³.

7. Способ обработки питьевой воды путем фторирования питьевой воды на основе неорганических соединений фтора, включавюий контактирование воды с неорганическими соединениями фтора, отличающийся тем, что в качестве неорганических соединений фтора используют фториды общей формулы MeF_x, где Me Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, а x соответствует валентности Me, и/или их смесь, а также водонерастворимое связующее из класса сложных эфиров целлюлозы общей формулы [C₆H₇O₂(OH)_3-k(OR)_k] _n, где k 1 - 3, степень замещения OH-групп в одном звене, n степень полимеризации, R - ацетат, пропионат, бутират или валерат и активный уголь при соотношении компонентов 10 90 1 50 1 85 мас. и процесс ведут при удельной скорости прохождения воды через композицию 0,5 5,0 мин^-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1