Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды и гранулированный материал, полученный этим способом

Предложен способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси, отличающий тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей (12-25)%, при соотношении активированный уголь:обеззараживающее вещество:полимерное связующее (0,1-1):(74-84,9):(10-25) мас. %. с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционированием. В результате получают гранулированный материал с размером гранул (0,3-2,0) мм, с пористостью в гранулах - (1-5) мкм. Технический результат: получен высокопористый гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды с высокими эксплуатационными характеристиками по очистке воды до 96% на протяжении повышенного ресурса выделения в воду катионов серебра, достигающего 45000 объемов воды на 1 объем материала. Предлагаемое изобретение может найти применение в напорных и безнапорных фильтрах для очистки воды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к гранулированным материалам, предназначенным для очистки и обеззараживания воды и используемым в безнапорных (гравитационных) напорных (работающих от давления, создаваемого насосом или водопроводной сетью) фильтрах. В настоящее время широкое распространение в безнапорных и напорных фильтрах получили гранулированные сорбирующие материалы -активированные угли (например, патенты DE 2919901, 1980 год, патент WO 1998017582, 1998 год, патент RU 2236279, 2004 год, патент WO 2005118481, 2005 год), эффективно очищающие воду от хлора и органических, в том числе, хлорорганических примесей. Однако для фильтров с активированными углями характерно появление в отфильтрованной воде при ее длительном нахождении в фильтре бактериальных форм микроорганизмов в количествах, превышающих установленные нормативы (СанПиН 2.1.4.1074-01 Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы). Это делает такую воду небезопасной для человеческого организма.

Для предотвращения роста микроорганизмов в отфильтрованной воде в процессе ее нахождения в корпусе фильтра и фильтрующего патрона (то есть, для обеспечения ее обеззараживания в форме бактериостатического эффекта) в воду вводят различные бактерицидные соединения, например, четвертичные аммониевые соли, бриллиантовый зеленый, йод и его соединения, серебро и др., которые выделяются из наполнителей фильтровальных патронов фильтров.

Наибольшее распространение для этих целей получили серебросодержащие материалы, обеспечивающий бактериостатический эффект в низких концентрациях, составляющих (5-20) мкг/л, существенно меньше ПДК (50 мкг/л).

В большинстве безнапорных и напорных фильтров в качестве серебросодержащих материалов используют серебросодержащие угли или смесь серебросодержащего и несеребросодержащего углей. Серебросодержащие угли получают пропиткой углей водорастворимым соединением серебра, например, нитратом серебра, или аммиачно-нитратным соединением серебра (например, патенты RU 2023662, 1994 год, RU 2145259, 2000 год), содержание которого в углях составляет (0,1-0,4) мас. %. Такие угли при контакте с водой на разных стадиях ресурса работы фильтра выделяют в нее неравномерное количество серебра: от 100 мкг/л в начале работы фильтра и при длительных перерывах в его работе до 2 мкг/л в конце работы фильтра или при его продолжительных перерывах в его работе, что делает воду токсичной в начале работы и не гарантированно обеззараженной в конце работы фильтра. Столь неравномерное выделение серебра в воду на протяжении ресурса обусловлено нахождением большой части серебра в активированном угле в микропорах, трудно доступных для контакта с водой в условиях высокодинамической фильтрации, имеющей место при фильтрации воды гравитационными и напорными фильтрами, при которой процесс растворения серебросодержащего соединения лимитируется диффузией воды в микропоры и из микропор.

Из уровня техники известно использование в качестве серебросодержащего компонента фильтров гранулированных серебросодержащих сильнокислослотных сульфокатионитов, в которых серебро содержится либо в катионной форме, либо в виде осажденного на катионите малорастворимого соединения серебра - хлорида, бромида, йодида, карбоната или оксида серебра (патенты RU 2138449, 27.09.1999 год, RU 2043310, 10.09.1995 год). Для такого типа серебросодержащих материалов характерны те же проблемы, что и для серебросодержащих углей, также обусловленные нахождением соединения серебра в мелких порах катионита и лимитированием выделения серебра в обрабатываемую воду процессом диффузии.

Известен высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал для безнапорных и напорных фильтров для обеззараживания или для обеспечения бактериостатического эффекта воды и сорбционной загрузки. Высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал содержит (мас. %): полиэтилен - 35-45, полиэтиленовый воск - 1-6, шунгит - 38-55, сульфат серебра - 0,5-6, хлорид натрия - 1-5, стеарат кальция - 0,5-2. (патент RU 2320543, 27.03.2008 год) (прототип). Такой материал изготавливают методом экструзии при температуре (165±15)°С в виде гранул диаметром 2 мм и длиной (2-8) мм, представляющих собой монолитный полимерный материал с расположенными на его поверхности и в объеме сульфатом серебра и сорбентом - шунгитом, который помимо сорбирующей функции выполняет функцию катализатора и бактерицида.

Существенным недостатком материала - прототипа является то, что он не обеспечивает достаточный с точки зрения потребителя ресурс обеззараживания воды (бактериостатический эффект) гравитационными и напорными фильтрами из-за следующих причин:

- заявленный в патенте-прототипе высоконаполненный серебросодержащий гранулированный материал представляет собой монолитный материал, наполненный мелкодисперсными частицами хорошо растворимого серебросодержащего материала и сорбента - шунгита, в котором вследствие условий его изготовления - при температуре выше температуры плавления полимера - в виде расплава в объеме отсутствуют поры. У такого материала только частицы серебросодержащего вещества, расположенные на поверхности и в подповерхностном слое подвергаются растворению и переходу в обрабатываемую воду. Частицы серебросодержащего вещества, расположенные в объеме монолитного материала, из-за диффузионных трудностей практически не подвергаются растворению и миграции в обрабатываемую воду;

- используемый в качестве серебросодержащего вещества сульфат серебра обладает хорошей растворимостью в воде (7,9 г/л), что приводит к его быстрому растворению с поверхности гранул материала и, соответственно, исчерпанию, уже в начале ресурса и низкому растворению и выделению в обеззараживаемую воду из-за его затрудненной диффузии из объема монолитного гранулированного материала в последующем.

Технической задачей изобретения является создание высокопористого гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды гравитационными и напорными фильтрами, обеспечивающего ее обеззараживание за счет стабильного выделения катионов серебра в обрабатываемую воду на протяжении всего ресурса работы фильтра. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающим стадию смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатие исходной смеси и, отличающий тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих, обеззараживающих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей (12-25)%, при соотношении активированный уголь: обеззараживающее вещество: полимерное связующее (0,1-1):(74-84,9):(10-25) мас. %. с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционирования.

В качестве обеззараживающего вещества используют, например, малорастворимые соединения серебра или их смеси, а в качестве полимерного связующего - полимеры, например, из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров. Активированный уголь, обеззараживающее вещество и полимерное связующее используют с размером частиц (0,05-0,5) мм, предпочтительно (0,07-0,15) мм.

Дробление полученного пористого блочного материала проводят методом раздавливания на валковой дробилке, а фракционирование дробленого материала проводят методом сухого рассеивания и использованием сит с размером ячейки (0,3-2,0) мм. Полученный предлагаемым способом гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды содержит мелкодисперсные частицы сорбирующего и обеззараживающего веществ, соединенные в гранулы размером (0,3-2,0) мм и пористостью в гранулах - (1-5) мкм полимерным связующим и обеспечивает в составе фильтрующих элементов безнапорных и напорных фильтров эффективную очистку воды от хлора и органических, в том числе, хлорорганических соединений и ее обеззараживание за счет выделения катионов серебра в количествах, обеспечивающих бактериостатических эффект и не превышающих ПДК на содержание серебра в питьевой воде, на протяжении повышенного ресурса, достигающего 10000 объемов обеззараженной воды на 1 объем материала.

Заявленный гранулированный материал, в отличие от монолитного материала - прототипа, представляет собой высокопористую структуру, в которой мелкодисперсные частицы сорбента и обеззараживающего вещества - малорастворимого соединения серебра - скреплены мелкодисперсными частицами связующего - полимерного материала. Обрабатываемая вода в таком материале легко проходит в его поры, расположенные по всему объему, и при этом контактирует с большой поверхностью мелкодисперсных частиц сорбирующего и обеззараживающего вещества, что обеспечивает высокоэффективную очистку воды и выделение серебра в воду. Образование высокопористой структуры заявляемого гранулированного материала, помимо состава и соотношения компонентов, обеспечивает технология его получения, заключающаяся в термическом сжатии исходной смеси на (10-25)% при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего, тогда как процесс получения материала - прототипа проводят экструзией при температуре на (165±15)°С, что выше температуры плавления полиэтилена, то есть, если заявляемый гранулированный материал получают при использовании полимера -связующего в высокоэластическом состоянии и это фактически приводит к «приклеиванию» к нему частиц сорбирующего и минерализующего вещества с образованием пористой структуры, то в случае прототипа, полимер - связующее находится в расплавленном состоянии и частицы сорбирующего и обеззараживающего веществ внедряются в расплав полимера с образованием монолитного полимерного материала, в котором очистка воды и выделение в воду серебра осуществляется практически только мелкодисперсными частицами сорбирующего вещества и обеззараживающего, находящихся на поверхности и приповерхностном объеме гранул материала.

Для обеспечения максимально доступной для сорбции и растворения поверхности частиц сорбирующего и обеззараживающего веществ процесс его изготовления проводят при температуре, на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего. При температуре, ниже чем на 10°С температуры размягчения полимерного связующего, не происходит образование механически прочного блочного материала, а при температуре, выше чем на 40°С температуры размягчения полимерного связующего, происходит блокирование значительной поверхности сорбента и обеззараживающего материала в результате затекания полимерного связующего.

Выбор диапазона степени сжатия исходной смеси компонентов гранулированного материала (12-25)% обусловлен тем, что в этом диапазоне обеспечивается получение механически прочного пористого материала. При степени сжатия менее 12% образующийся материал не обладает необходимой механической прочностью и крошится в процессе фильтрации. При степени сжатия более 25% образующийся материал содержит мелкие поры, что затрудняет прохождение через них воды. Выбор полимерного связующего из класса полиолефинов (например, полиэтилена низкого давления, полиэтилена высокого давления, полипропилена) и полиэфиров (полиэтилентерефталата) или их сополимеров (например, сополимера полиэтилена с винилацетатом) обусловлен, с одной стороны, их химической инертностью и нерастворимостью в воде, с другой стороны, достаточно низкими температурами размягчения, позволяющими интенсифицировать процесс изготовления пористого блочного материала.

Для обеспечения эффективной очистки воды от хлора, органических и хлорорганических соединений пористый блочный материал изготавливают с использованием активированных углей с йодным числом более 1000 мг/л, так как такие угли обеспечивают эффективную сорбцию и, следовательно, очистку воды на протяжении значительного ресурса от указанных загрязнителей, а все используемые компоненты (сорбент, обеззараживающее вещество и полимерное связующее) используют в порошкообразной форме с размером частиц (0,05-0,5) мм, предпочтительно (0,07-0,15) мм. Размер частиц активированного угля, обеззараживающего вещества и полимерного связующего менее 0,05 мм приводит к образованию мелких пор в материале, затрудняющих прохождение через них обрабатываемой воды. При размере частиц активированного угля, обеззараживающего вещества и полимерного связующего более 0,5 мм снижается эффективность очистки воды выделения в воду серебра за счет уменьшения реальной поверхности фильтрации (сорбции) частиц сорбента.

Выбор диапазона пор заявляемого гранулированного материала, составляющий (1-5) мкм обусловлен возможностью прохождения через эти поры воды (при размере пор менее 1 мкм этот процесс затруднен) и оптимальным временем и поверхностью контакта воды с частицами сорбирующего и обеззараживающего веществ (при размере пор более 5 мкм часть воды будет проходить через материал без контакта с сорбирующими и обеззараживающими частицами). Использование в качестве обеззараживающих веществ малорастворимых серебросодержащих соединений обусловлено принципом растворения таких соединений в воде, основанном на малой величине их произведения растворимости (10-10-10-16). Эти величины произведений растворимости обеспечивают возможность получения концентраций таких веществ в воде порядка (5-40) мкг/л, что соответствует существующим нормативам на питьевую воду.

Заявляемый гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды может быть использован в составе фильтрующих элементов безнапорных и напорных фильтров как добавка к основному наполнителю фильтрующего элемента или как основной материал фильтрующего элемента.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение пористого гранулированного материала с размером гранул (0,3-2,0) мм и пористостью в гранулах - (1-5) мкм, содержащего мелкодисперсные частицы сорбирующих и обеззараживающих веществ, соединенных в гранулы полимерным связующим, с высокими эксплуатационными характеристиками по очистке воды до 96% на протяжении повышенного ресурса выделения в воду катионов серебра, достигающего 45000 объемов воды на 1 объем материала.

Ниже приведен конкретный пример изготовления заявленного гранулированного материала для очистки и обеззараживания воды, который раскрывает суть заявленного способа, но не является исчерпывающим.

Пример.

В смесителе путем перемешивания готовят гомогенную смесь из сорбирующего и обеззараживающего веществ и связующего (компоненты смеси) с размером частиц каждого компонента (0,07-1,0) мм, состоящую из 89,9 мас. % активированного кокосового угля с йодным числом 1050 мг/г, 0,1 мас. %, хлорида серебра и 10 мас. % полиэтилентерефталата (ПЭТФ) с температурой размягчения 115°С. Полученную смесь экструдируют при температуре 135°С и при сжатии 12%. Изготовленный экструдированием пористый блочный материал в виде полого цилиндра подвергают дроблению методом раздавливания на валковой дробилке с последующим фракционированием методом сухого рассеивания с использованием сит с размером ячейки (0,3-2,0) мм. В результате получают гранулированный материал с размером гранул (0,3-2,0) мм, содержащий 89,9 мас. % активированного угля, 0,1 мас. % хлорида серебра (произведение растворимости 1,8×10-10) и 10 мас. % связующего. Размер пор полученного гранулированного материала, определенный методом ртутной порозиметрии, составляет 2-4 мкм. Для оценки эффективности очистки воды и ее минерализации 1 г изготовленного гранулированного материала размещали в кассете гравитационного фильтра кувшинного типа и проливали через нее водопроводную воду, дополнительно контаминированную хлором и хлороформом в концентрациях, равных 2 ПДК этих веществ для питьевой воды. Эффективность очистки воды кассетой с заявляемым гранулированным материалом и выделение катионов серебра проводили по ГОСТ 31952-2012 Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения.

В таблице 1 приведены примеры конкретных составов гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды и способов его получения, а в таблице 2 представлены результаты их испытаний по эффективности очистки и выделения катионов серебра.

Приведенные примеры дают представление о характеристиках заявляемого фильтрующего устройства, но не являются исчерпывающими.

Как следует из приведенных в таблице 2 результатов, предлагаемая совокупность всех заявленных признаков изобретения, благодаря своему составу и технологии изготовления, позволяет получить гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды в составе фильтрующих элементов гравитационных и напорных фильтров, обеспечивающий высокие эффективность очистки, выделения катионов серебра в воду и ресурс.

1. Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси, отличающийся тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих, обеззараживающих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на (10-40)°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей (12-25)%, при соотношении активированный уголь:обеззараживающее вещество:полимерное связующее (0,1-1):(74-84,9):(10-25) мас. % с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционированием.

2. Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что в качестве обеззараживающего вещества используют, например, малорастворимые соединения серебра или их смеси, а в качестве полимерного связующего - полимеры, например, из классов полиолефинов и/или полиэфиров и/или их сополимеров.

3. Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что, активированный уголь, обеззараживающее вещество и полимерное связующее используют с размером частиц (0,05-0,5) мм, предпочтительно (0,07-0,15) мм.

4. Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что дробление полученного пористого блочного материала проводят методом раздавливания на валковой дробилке.

5. Способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды по п. 1, отличающийся тем, что фракционирование дробленого материала проводят методом сухого рассеивания и использованием сит с размером ячейки (0,3-2,0) мм.

6. Гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды, полученный по п. 1.

7. Гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды по п. 6, отличающийся тем, что он содержит гранулы размером (0,3-2,0) мм и пористостью в гранулах - (1-5) мкм.



 

Похожие патенты:

Предложен способ получения гранулированного материала для очистки и минерализации питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих, минерализующих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси и отличающийся тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мг/г, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих, минерализующих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на 10-40°С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей 12-25%, при соотношении активированный уголь : минерализующее вещество : полимерное связующее 5-50:35-85:10-25 мас.%, с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционирования.

Изобретение относится к способу электрохимической обработки воды дезинфектантами в виде гидроксильного радикала (ОН), атомарного кислорода (О), кислорода (O2), озона (O3), перекиси водорода (H2O2), хлорноватистой кислоты HClO и гипохлорит-иона ClO-, включающему введение в обрабатываемую воду дезинфектантов, получаемых путем прямого электролиза в проточном режиме обрабатываемой воды, содержащей 0,1÷20 мг/л хлорида натрия.

Изобретение относится к области водоснабжения населенных пунктов, расположенных в приморских районах с дефицитом пресной воды. Станция водоподготовки для дифференцированного водопотребления включает системы водоснабжения населенного пункта, магистраль, содержащую фильтр предварительной механической очистки 1, насос подачи морской воды 2 в блок предподготовки 3, состоящий из модуля реагентной обработки с системой флотаторов.

Группа изобретений может быть использована в сельском хозяйстве, в медицине и пищевой промышленности. Способ активации воды или водных растворов включает воздействие плазмы на объем обрабатываемой воды или водных растворов.

Изобретение может быть использовано при водоочистке. Способ получения железосодержащего коагулянта включает окисление железа (II) в железо (III) путем окисления отработанных травильных растворов.

Изобретение относится к способам модифицирования природных целлюлозосодержащих сорбентов, предназначенных для извлечения ионов тяжелых металлов из растворов различного состава.

Предложенное изобретение относится к магнитному фильтру для системы центрального отопления, чтобы удалят магнитные частицы, содержащиеся в сетевой воде. Магнитный фильтр для системы центрального отопления содержит соединительную систему, контейнер и магнитный элемент.

Изобретение может быть использовано в металлургической и машиностроительной областях промышленности при электрохимической очистке сточных вод. Устройство для очистки сточных вод асимметричным током содержит электролизер (3), управляемый источник питания электролизера (1), формирующий прямой и обратный токи, соединенный с коммутатором тока (2), подключенным к электродам электролизера (3), вибрационный блок электролизера (6), блок датчиков контроля состава сточных вод (4), поступающих на обработку, и блок управления источником питания электролизера (1), коммутатором тока (2) и блоком датчиков контролируемых параметров очистки сточных вод (5).

Изобретение относится к способам очистки природных и сточных вод физико-химическими методами и может быть использовано в энергетике, химической, нефтехимической, пищевой промышленности, в частности для очистки производственных, бытовых, атмосферных, шахтных, пластовых, карьерных вод и воды хвостохранилищ.

Изобретение может быть использовано в промышленности, теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, медицине, быту, на транспорте. Способ обработки жидкостей переменным электромагнитным полем осуществляют посредством устройства (А1), содержащего генератор импульсов (А2) постоянного тока и колебательный контур (A3).

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Способ состоит в опреснении воды с использованием солнечной энергии. Парами воды насыщают предварительно нагретый до 60-70°С воздух, который затем отводят к орошаемому участку, где его охлаждают в зоне расположения корней растений на глубине 0,4-0,6 м с осаждением конденсированной опресненной влаги. Устройство содержит насос для подачи минерализованной воды, солнечный нагреватель, испарительную камеру, сообщенную с трубопроводом для подвода опресненной воды к корневой системе растений. В испарительной камере размещены фитили из гидрофильного материала, а снаружи смонтирован воздушный солнечный коллектор, оборудованный воздухозаборным клапаном и сообщенный с испарительной камерой. Испарительная камера соединена воздуховодом с головной частью перфорированного трубопровода, покрытого слоем гигроскопичного материала и снабженного воздуховытяжным устройством в концевой его части. Обеспечивается внутрипочвенное орошение растений опресненной водой без накопления солей в почве и с минимальными потерями воды на испарение. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предложен способ получения гранулированного материала для очистки и обеззараживания питьевой воды, включающий стадию смешения сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего и стадию термического сжатия исходной смеси, отличающий тем, что в качестве сорбирующего вещества используют активированный уголь с йодным числом более 1000 мгг, а стадию термического сжатия исходной смеси мелкодисперсных сорбирующих и обеззараживающих веществ и полимерного связующего проводят методами экструзии или горячего спекания при температуре на °С выше температуры размягчения полимерного связующего и при сжатии смеси, составляющей , при соотношении активированный уголь:обеззараживающее вещество:полимерное связующее :: мас. . с последующим дроблением полученного пористого блочного материала и его фракционированием. В результате получают гранулированный материал с размером гранул мм, с пористостью в гранулах - мкм. Технический результат: получен высокопористый гранулированный материал для очистки и обеззараживания питьевой воды с высокими эксплуатационными характеристиками по очистке воды до 96 на протяжении повышенного ресурса выделения в воду катионов серебра, достигающего 45000 объемов воды на 1 объем материала. Предлагаемое изобретение может найти применение в напорных и безнапорных фильтрах для очистки воды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх