Способ кондиционирования питьевой воды

 

Изобретение относится к кондиционирования питьевой воды и может быть использовано в быту и учреждениях, например, больницах, школах, гостиницах и др. для кондиционирования воды по кальцию. Способ включает пропускание воды через слой дисперсного материала, причем в качестве дисперсного материала используют смеси CaSO₄·0,5 H₂O и CaCl₂ при соотношении (32-19):1. Способ обеспечивает сохранение концентрации кальция в обрабатываемой воде на уровне ТУ для питьевой воды. 4 табл.

Изобретение относится к области кондиционирования питьевой воды и может быть использовано в быту и учреждениях, например больницах, школах, гостиницах и т.д. для кондиционирования как водопроводной, так и дистиллированной воды по кальцию.

Данные мировой медицинской статистики однозначно свидетельствуют о том, что в регионах с мягкой природной водой (Северо-запад России, Скандинавия) значительно повышена распространенность заболеваний костной и сердечно-сосудистой систем. Поэтому нормализация минерального состава питьевой воды является естественным способом первичной широкой профилактики многих региональных заболеваний и в настоящее время является актуальной задачей, что подтверждается введенными в действие в 1996 г. техническими условиями ТУ 9199-001-27418087-96, регламентирующими содержание кальция в воде. Наиболее близкими к заявляемому решению является способ кондиционирования питьевой воды пропусканием ее со скоростью 1 - 1,6 м/ч через слой насыщенного в 10%-ной суспензии сульфата кальция активированного угля высотой 60 мм при комнатной температуре. Исходная вода содержала около 10 мг/л кальция. При этом вначале концентрация кальция в кондиционированной воде достигала 20 - 22 мг/л с последующей стабилизацией на уровне 14 - 15 мг/л [1].

Авторы работы отмечают, что увеличение высоты слоя в 2 раза приводит к росту концентрации кальция на 2 - 3 мг/л. Основным недостатком способа [1] является низкая концентрация кальция в кондиционированной воде, не превышающая 25 мг/л в начале работы сорбента с высотой слоя 120 мм, что связано с малой скоростью десорбции соединений кальция с поверхности активированного угля. Следует отметить, что концентрация кальция в воде, не превышающая 25 мг/л, достигается при очень малой скорости воды (1 - 1,6 м/ч), которую можно обеспечить либо при очень малом расходе воды, либо при очень большом сечении слоя дисперсного материала, что ограничивает область применимости способа (например, осуществление кондиционирования воды, предварительно очищаемой в бытовых фильтрах).

Рекомендуемая Всемирной организацией Здравоохранения концентрация кальция в питьевой воде составляет 80 - 100 мг/л [ТУ 9199-001-27418087-96].

Техническим результатом данного изобретения является увеличение концентрации кальция в питьевой воде. Технический результат достигается тем, что способ кондиционирования воды осуществляют пропусканием ее через слой дисперсного кальцийсодержащего материала, в качестве которого используют смесь CaSO₄ · 0,5 H₂O и Ca Cl₂ при их соотношении (32 - 19) : 1.

Существенным отличием заявляемого изобретения является использование в качестве дисперсного материала смеси CaSO₄ · 0,5 H₂O и CaCl₂ при их соотношении (32 : 19) : 1, что обеспечивает увеличение поверхности контакта материала с водой, за счет которой увеличивается эффективность растворения и повышается концентрация кальция в воде.

Получение дисперсного кальцийсодержащего материала осуществляют следующим образом.

Берут порошкообразный полугидрат сульфата кальция CaSO₄ · 0,5 H₂O, полученный из двуводного сульфата кальция CaSO₄ · 2 H₂O квалификации X4 (ГОСТ 3210-66) дегидратацией при температуре ≈ 140^oC по известной методике [2], добавляют к CaSO₄ · 0,5 H₂O кристаллический хлорид кальция CaCl₂ (ГОСТ 4161-67) при соотношении 32 - 19 : 1 (например, при соотношении 19 :1 берут 66,5 г CaSO₄ · 0,5 H₂O и добавляют 3,5 CaCl₂), перемешивают, добавляют к этой смеси воду до образования пластичного теста и заполняют полученным тестом формы и выдерживают на воздухе не менее 7-ми дней в соответствии с методикой получения гипсовых вяжущих [3]. В течение этого времени практически завершаются физические и химические процессы, в результате которых пластичное тесто превращается в камневидное тело.

После этого образцы измельчают до получения дисперсного материала, с эквивалентным диаметром гранул ≈ 5 мм.

Заявляемым способом достигается насыщение питьевой воды кальцием. Результаты эксперимента приведены в табл. 1 (в примерах 1 - 4 приведены результаты испытаний с водопроводной водой, а в примере 5 - с дистиллированной водой).

Пример осуществления способа кондиционирования питьевой воды приведен ниже.

Пример 1.

Способ кондиционирования питьевой воды осуществляют следующим образом.

В колонку диаметром 30 мм помещают дисперсный кальцийсодержащий материал в виде гранул с эквивалентным диаметром ≈ 5 мм, полученный вышеописанным способом при соотношении CaSO₄ · 0,5 H₂O : CaCl₂ = 19 : 1, высотой слоя дисперсного материала 125 мм и пропускают через него при комнатной температуре водопроводную питьевую воду с концентрацией кальция 9 мг/л с расходом 0,8 л/мин, т. е. при скорости 68 м/ч. Через определенные интервалы времени, соответствующие n = 10 - 1000, где n есть отношение объемов воды и слоя дисперсного материала, отбирают пробы воды после кондиционирования и определяют концентрацию Ca²⁺ ( см. табл. 2).

Концентрация Ca²⁺ в воде определяли по стандартной методике [Кульский Л. А. , Гороновский И.Т., Когановский А.М. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. - Киев: Наука думка, 1980, ч. 1. - 680 с.].

Пример 4.

В колонку диаметром 38 мм помещают дисперсный кальцийсодержащий материал в виде гранул с эквивалентным диаметром ≈ 5 мм, полученный вышеописанным способом при соотношении CaSO₄ 0,5 H₂O : CaCl₂ = 19 : 1, и высотой слоя дисперсного материала 60 мм, т.е. как в прототипе, и пропускают через него водопроводную питьевую воду с концентрацией кальция 9 мг/л со скоростью 21 м/ч. Через определенные интервалы времени, соответствующие n = 10-1000, отбирают пробы воды и определяют в ней концентрацию Ca²⁺ (см. табл. 3).

Из табл. 3 видно, что в этих условиях, при высоте слоя 60 мм, концентрация Ca²⁺ в кондиционированной воде соответствует ТУ 9199-001-27418087-96 и выше, чем в прототипе при такой же высоте слоя.

Пример 5.

В колонку диаметром 30 мм помещают дисперсный кальцийсодержащий материала в виде гранул с эквивалентным диаметром ≈ 5 мм, полученный вышеописанным способом при соотношении CaSO₄ · 0,5 H₂O : CaCl₂ = 19 : 1, и высотой слоя дисперсного материала 125 мм и пропускают через него дистиллированную воду со скоростью 68 м/ч. Через определенные интервалы времени, соответствующие n = 10 -1000, отбирают пробы воды и определяют в ней концентрация Ca²⁺ (см. табл.4).

Из табл. 4 видно, что при пропускании через слой кальцийсодержащего материала дистиллированной воды концентрация кальция в ней при прочих равных условиях (пример 5 по сравнению с примером 1) несколько выше, но также соответствует ТУ 9199-001-27418087-96.

Экспериментальные данные в сравнении с прототипом подтверждают достижение технического результата, т.е. повышение концентрации кальция в питьевой воде при ее кондиционировании до 80 - 100 мг/л, что соответствует требованиям, предъявляемым к питьевой воде по содержанию Ca²⁺, т.е. 80-100 мг/л, по ТУ 9199-001-27418087-96.

При соотношении CaSO₄ · 0,5 H₂O : CaCl₂ выше 32 : 1 концентрация кальция в воде изменяется от 57 до 34 мг/л, т.е. не соответствует требованиям ТУ 9199-001-27418087-96, а при соотношении CaSO₄ · 0,5 H₂O : CaCl₂ ниже 19 : 1 процесс становится нестационарным, концентрация кальция в воде изменяется в пределах 127 - 102, т.е. также не соответствует требованиям ТУ 9199-001-27418087-96, и такое высокое содержание кальция (более 100 мг/л) в питьевой воде недопустимо, т.к. приводит к заболеваниям почек, соединительной ткани и др.

Пример 6 и 7 подтверждают недопустимость использования в качестве дисперсного материала для кондиционирования питьевой воды отдельных компонентов смеси, за счет которых не достигается технический результат: в примере 6 не достигаются требуемые концентрации кальция в воде, а в примере 7 происходит быстрое растворение гранул из CaCl₂ с их разрушением, в результате чего концентрация кальция в воде изменяется от 295 · 10² до 9 мг/л.

Источники информации 1. Исследование кондиционирования питьевой воды методом десорбции солей. /В. П.Панов, Г.Н. Латонина, Д.А.Новожилов, Е.А. Королев. //Охрана окружающей среды и ресурсосбережение: Межвуз. сб. науч. тр. - СПб, 1995, - с. 159 - 167.

2. Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. - Л., 1974 - 80 с.

3. Колбасов В.М., Леонов И.И., Сулименко Л.М. Технология вяжущих материалов. - М., Стройиздат, 1987 - с. 432.

Формула изобретения

Способ кондиционирования питьевой воды пропусканием ее через слой дисперсного кальцийсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве дисперсного материала используют смесь CaSO₄ · 0,5 H₂O и CaCl₂ при их соотношении (32 - 19) : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2