Фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод как поверхностных, так и артезианских источников водоснабжения. Сорбционно-фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды содержит низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, уголь или песок, инертный полимерный материал с плотностью, не выше плотности других компонентов загрузки, сильнокислотный катионит в Na- и/или К-форме, а также низкоосновной анионит, импрегнированный железом, и высокоосновной анионит. Содержание компонентов в загрузке составляет, мас.%: песок - 4-6, инертный полимерный материал - 4-6, низкоосновной анионит - 0,2-15, низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами - 0,2-15, высокоосновной анионит - 0,2-15, низкоосновной анионит, импрегнированный железом - 0,2-15, сильнокислотный катионит - остальное. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки от ионов металлов, особенно Fe и Mn, солей жесткости, алюминия, органических загрязнений и сероводорода. Загрузка может быть использована для очистки не менее 50000 удельных объемов воды. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области сорбционно-фильтрующих загрузок и может быть использовано для очистки вод как поверхностных, так и артезианских источников водоснабжения.

Водопроводная питьевая вода даже после централизованной обработки характеризуется повышенным содержанием железа, алюминия, солей жесткости органических веществ природного происхождения (гумусовых веществ) и, как следствие этого, высокой цветностью и мутностью. Кроме того, наличие в воде карбонатной жесткости приводит к образованию накипи при ее нагревании. Артезианская вода отличается большим разнообразием минерального состава. Наиболее характерными проблемами при ее подготовке для питья является удаление железа, марганца, солей жесткости, сероводорода, а в ряде случаев также органических веществ природного происхождения.

При кондиционировании воды до уровня требований, предъявляемых к воде питьевого качества либо до требований к технологической воде для различных производств, зачастую необходимо решать задачи одновременного снижения концентрации всех вышеназванных компонентов либо их отдельных комбинаций.

Для комплексной очистки воды рекомендованы многокомпонентные загрузки из смеси фильтрующих материалов разных типов (см., например, RU 2162010, 2001 г., RU 2084279, 1997). Для оптимизации состава фильтрующих загрузок с использованием критерия комплексной очистки воды от различного вида загрязнений рекомендовано использование многослойных загрузок при строгой последовательности загружаемых слоев (см., например, RU 2179531, 20.02.02, RU 2043310,1995 г., RU2174956, 2001 г.).

За прототип предложенного изобретения выбрана фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, содержащая следующие компоненты, мас.%:

низкоосновной анионит, имеющий плотность 1,03-1,1 г/см3	4-12
низкоосновной анионит, импрегнированный
гумусовыми веществами,
имеющий плотность 1,03-1,1 г/см3	4-12
материал природного происхождения с плотностью
не менее 1,5 г/см3	5-10
инертный полимерный материал с плотностью менее 1 г/см3	5-10
сильнокислотный катионит в Na- и/или К-форме,	остальное
имеющий плотность 1,2-1,3 г/см3

(RU 2240857, 27.11.2004).

При загрузке смеси указанных компонентов в цилиндрическую емкость с последующим пропусканием через нее нескольких объемов очищаемой воды в направлении снизу вверх за счет оптимально подобранных плотностей компонентов загрузки последняя сама по себе размещается послойно, причем таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность очистки воды при ее пропускании в направлении сверху вниз.

Известная загрузка достаточно эффективна, однако при наличии в воде сероводорода и повышенного содержания органики, ее эффективность снижается. Задачей настоящего изобретения является создание фильтрующей загрузки, эффективно удаляющей сероводород, алюминий и органические вещества, без снижения степени очистки по железу, марганцу и ионам жесткости.

Поставленная задача решается описываемой фильтрующей загрузкой для комплексной очистки воды, которая содержит следующие компоненты, мас.%:

уголь или песок	4-6
инертный полимерный материал	4-6
низкоосновной анионит	0,2-15
низкоосновной анионит, импрегнированный
гумусовыми веществами	0,2-15
высокоосновной анионит	0,2-15
низкоосновной анионит, импрегнированный железом	0,2-15
Na- и/или К-сильнокислотный катионит	остальное

Предпочтительно используют компоненты загрузки, характеризуются следующими плотностями, г/см³:

песок	1,8-2,0
инертный полимерный материал	<1,0
низкоосновной анионит	1,03-1,1
низкоосновной анионит, импрегнированный
гумусовыми веществами	1,1-1,2
высокоосновной анионит	1,1-1,15
низкоосновной анионит, импрегнированный железом	1,1-1,2
сильнокислотный катионит	1,2-1,3

Фильтрующую загрузку, составленную из вышеперечисленных компонентов, загружают в цилиндрическую емкость, установленную вертикально и снабженную входным и выходным патрубками для пропускания воды, а также верхним и нижним дренажами. Через загрузку пропускают 5 объемов воды на 1 объем загрузки в направлении снизу вверх, а затем пропускают очищаемую воду в направлении сверху вниз со скоростью 20 объемов воды на 1 объем загрузки в час. В процессе промывки и пропускания воды происходит расслоение загрузки.

Ниже приведены конкретные примеры по очистке воды в пределах объема предложенной совокупности признаков.

Условия реализации процесса: линейная скорость потока очищаемой воды - 20 м³/м²·час, регенерация осуществляется 8% раствором NaCl при его расходе 160 г NaCl/л катионита.

Пример 1

Состав загрузки:

песок (плотность 2,0 г/см³) - 5%, инертный полимерный материал (полиэтилен с плотностью 0,92 г/см³) - 5%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA-1 с плотностью 1,04 г/см³) - 10%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA-1), импрегнированный гумусовыми веществами (плотность 1,15 г/см³) - 10%, высокоосновной анионит (DOWEX Maraton 11, плотность 1,12 г/см³) - 0,5%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA-2), импрегнированный железом (плотность 1,15 г/см³) - 0,2%, сильнокислотный катионит (DOWEX HRS Na-форма, плотность 1,27 г/см³) - остальное.

Пример 2

Состав загрузки:

песок (плотность 1,8 г/см³) - 4%, инертный полимерный материал (полипропилен с плотностью 0,9 г/см³) - 6%, низкоосновной анионит (DOWEX Maraton WBA, плотность 1,06 г/см³) - 5%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA-1), импрегнированный гумусовыми веществами (плотность 1,2 г/см³) 15%, высокоосновной анионит (DOWEX Maraton А, плотность 1,15 г/см³) - 0,5%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA), импрегнированный железом (плотность 1,17 г/см³) - 15%, сильнокислотный катионит (DOWEX Maraton С Na-форма, плотность 1,2 г/см³) - остальное.

Пример 3

Состав загрузки:

уголь-антрацит (плотность 1,65 г/см³) - 6%, инертный полимерный материал (полипропилен плотность 0,89 г/см³) - 4%, низкоосновной анионит (АМН пр-ва ГП «Смолы» Украина, плотность 1,1 г/см³), - 10%, низкоосновной анионит (АМН «Смолы» Украина), импрегнированный гумусовыми веществами (плотность 1,11 г/см³), - 10%, высокоосновной анионит (DOWEX Maraton A LB, плотность 1,13 г/см³) - 15%, низкоосновной анионит (DOWEX MWA), импрегнированный железом (плотность 1,15) - 1%, сильнокислотный катионит (DOWEX Maraton MSC в К-форме, плотность 1,25 г/см³) - остальное.

Характеристики использованных в примерах импортных ионитов известны (каталог «Ионообменные смолы «DOWEX» 1998, Франкфурт).

В фильтрующей загрузке можно использовать ионообменные смолы любых производителей, как гелевые, так и макропористые, соблюдая заявленные количества импрегнированных и не импрегнированных анионитов, при этом в загрузке можно использовать любой сильнокислотный катионит.

В таблице представлены данные по очистке воды на загрузках по примерам 1, 2, 3 и загрузке по прототипу, проведенной в одинаковых условиях.

Таблица

Загрузки

Характеристики исходной воды

Характеристики очищенной воды

Объем воды, очищенной между регенерациями

жест мг-экв/л

ОП мг O2/л

Fe мг/л

Mn мг/л

H2S мг/л

Al мг/л

жест мг-экв/л

ОП мг O2/л

Fe мг/л

Mn мг/л

H2S мг/л

Al мг/л

об/об загрузки

Пример 1

4,5

5,6

0,6

0

0

0,6

≤0,5

<2

<0,2

0

0

<0,2

160

"-

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

≤0,5

<2

<0,2

0

0

0,5

Прототип

Пример 2

8,2

1,3

8

2

2

0

≤0,5

<1

<0,3

<0,1

отс

0

80

Прототип

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

≤0,5

<1

<0,3

<0,1

1,3

0

Пример 3

3,5

12

2

2

0.4

0

≤0,5

<3

<0,2

<0,1

отс

0

170

Прототип

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

-"-

≤0,5

4,8

<0,2

<0,1

0,3

0

Предложенная загрузка эффективно очищает воду в следующем диапазоне концентраций:

Fe - не более 10 мг/л

Al - не более 0,8 мг/л

Mn - не более 2 мг/л

солесодержание - не более 4 г/л

органические примеси - не более 15 мг О₂/л

H₂S - не более 3 мг/л

Ионы жесткости - не более 20 мг-экв/л.

Предложенную загрузку можно регенерировать путем ее обработки последовательно раствором хлорида натрия и водой.

Наиболее целесообразно применение загрузки в локальных установках малой и средней производительности, в частности для очистки воды для бытового и питьевого использования в коттеджах и квартирах. Загрузку можно использовать практически во всех типовых устройствах водоочистки, обеспечивающих возможность ведения рабочего цикла в прямоточном режиме при скорости подачи воды не более 20 м/ч, взрыхления слоя, прямоточной регенерации и прямоточной промывки. При соблюдении всех перечисленных условий загрузка может быть использована для очистки не менее 50000 удельных объемов воды.

1. Фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, содержащая низкоосновной анионит, низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, песок, инертный полимерный материал с плотностью, не выше плотности других компонентов загрузки, сильнокислотный катионит в Na- и/или К-форме, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит низкоосновной анионит, импрегнированный железом, и высокоосновной анионит при следующем содержании компонентов в загрузке, мас.%:

уголь или песок	4-6
инертный полимерный материал	4-6
низкоосновной анионит	0,2-15
низкоосновной анионит, импрегнированный
гумусовыми веществами	0,2-15
высокоосновной анионит	0,2-15
низкоосновной анионит, импрегнированный железом	0,2-15
Na- и/или К-сильнокислотный катионит	Остальное

2. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что использующиеся компоненты загрузки характеризуются следующими плотностями, г/см³:

песок	1,8-2,0
инертный полимерный материал	<1,0
низкоосновной анионит	1,03-1,1
низкоосновной анионит, импрегнированный
гумусовыми веществами	1,1-1,2
высокоосновной анионит	1,1-1,15
низкоосновной анионит, импрегнированный железом	1,1-1,2
сильнокислотный катионит	1,2-1,3