Способ очистки питьевой воды от вредных примесей

Способ очистки питьевой воды от вредных примесей

Реферат

 

Изобретение относится к области водоподготовки, а именно, к способу очистки питьевой воды от вредных примесей тяжелых металлов, ароматических и хлорсодержащих органических веществ, а также микроорганизмов, чувствительных к ионному серебру. Способ заключается в предварительном пропускании очищаемой воды через сорбционный фильтр со слоем гранулированного активного угля, модифицированного сульфидом марганца, а затем через фильтр со слоем активного угля, модифицированного серебром, содержание модицифицирующего активный уголь компонента составляет 0,5-1% мас, используют объемное соотношение сорбентов в фильтрах в пределах 10:1-20:1, а время контакта очищаемой воды с сорбентами в пределах 0,5-1 час. Способ может быть реализован в бытовых установках для питьевого обеспечения в экологически неблагоприятных регионах. 1 табл.

Изобретение относится к области водоподготовки, а более конкретно к методам очистки питьевой воды от вредных примесей, не удаляемых традиционными методами очистки воды на станциях водообеспечения.

Известен способ очистки питьевой воды от вредных примесей путем фильтрования воды через слой гранулированного активного угля, который эффективно удаляет из воды ароматические и хлорорганические соединения, пестициды [1] Недостатком способа является низкая эффективность очистки воды от тяжелых металлов: таких свинец, кадмий, мышьяк и др. а также возможность ее бактериального обсеменения за счет развития микрофлоры на поверхности активного угля. Так, например, удаление из воды солей свинца в оптимальных условиях на активных углях не превышает 75% а цинка 90% Наиболее близким к заявляемому является способ очистки и обеззараживания питьевой воды на посеребренных активных углях, заключающийся в фильтровании очищаемой воды через слой гранулированного активного угля, в поровом пространстве которого нанесена чернь металлического серебра, что позволяет одновременно проводить очистку воды от органических вредных примесей и обеззараживать ее олигодинамическими дозами ионного серебра, вымываемых из посеребренного активного угля [2] Однако данный способ также мало эффективен для очистки воды от тяжелых металлов из-за низкой сорбционной емкости активных углей к этим металлам.

Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение очистки питьевой воды от примесей тяжелых металлов: свинца, кадмия, сурьмы, мышьяка и др. а также от вредных органических соединений и микроорганизмов, чувствительных к ионному серебру.

Поставленная задача решается с помощью способа, по которому очищаемую воду предварительно пропускают через сорбционный фильтр со слоем гранулированного активного угля, модицифицированного сульфидом марганца, а затем через слой активного угля, модифицированного серебром, содержание модифицирующего активный уголь компонента составляет 0,5-1% вес. объемное соотношение сорбентов в фильтрах находится в пределах 10:1-20:1, а время контакта очищаемой воды с сорбентами составляет 0,5-1 час.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа новой операцией и порядком ее проведения предварительным фильтрованием очищаемой воды через слой модифицированного сульфидом марганца активного угля, высаженного на его активной поверхности, содержанием модифицирующего компонента на активном угле, которое должно быть в пределах 0,5-1% вес. а также режимом проведения процесса при времени контакта 0,5-1 час.

Существо способа заключается в удалении из воды ионов, вышеперечисленных металлов, за счет обменной реакции с сульфидом марганца, осажденного на поверхности пор активного угля, так как произведения растворимости сульфидов, удаляемых из воды ионов тяжелых металлов, на несколько порядков ниже произведения растворимости сульфида марганца. Развитая поверхность сульфида марганца обеспечивает высокую кинетику процесса, а низкие величины произведений растворимости сульфидов удаляемых металлов эффективность очистки. Неожиданным эффектом при решении данной задачи явилось отсутствие необходимости удаления воды из ионов марганца, образующихся в результате обменной реакции, так как они каталитически окисляются растворенным в воде кислородом до диоксида марганца, который высаживается на поверхность активного угля.

Существенными отличиями способа является многофункциональное использование загрузки активного угля: как адсорбента ароматических и хлорорганических соединений, а также как хемосорбента тяжелых металлов и катализатора окисления, образовавшихся при обмене ионов марганца, оптимальное содержание модификатора на активном угле, а также режим проведения процесса.

Ограничение содержания модифицирующего активный уголь компонента величиной 0,5-1% вес. обусловлено необходимостью сохранения развитой поверхности активного угля при достаточно высокой хемосорбционной емкости сорбента по тяжелым металлам, что позволяет многофункционально использовать фильтрующую загрузку для хемосорбционного извлечения из очищаемой воды тяжелых металлов, адсорбционной очистки воды от ароматических и хлорорганических соединений, так и каталитического окисления ионов марганца и удерживания на поверхности продукта их окисления.

Методом измерения изотерм адсорбции фенола на исходных и модифицированных активных углях было показано, что содержание модифицирующего компонента 0,5-1% вес. снижает равновесную адсорбцию фенола на этих углях лишь на 4-9% В то же время такого количества модифицирующего активный уголь компонента достаточно для очистки от тяжелых металлов более 500 объемов воды на объем сорбента. Уменьшение содержания модификатора до 0,4 вес. приводит к примерно 20% -му снижению хемосорбционной емкости по тяжелым металлам, при этом равновесная адсорбция фенола на модифицированной загрузке практически не увеличивается. Увеличение содержания модификатора выше 1% вес. приводит к значительному снижению равновесной адсорбции органических веществ на загрузке из-за снижения поверхности угля. Так увеличение содержания модификатора на угле выше 1,5% вес. снижает равновесную адсорбцию фенола на 16,5% Пример: водопроводную воду, содержащую до 3,5 мг/л свинца и 1 мг/л кадмия, пропускали через фильтр, содержащий последовательно расположенные слои модифицированных активных углей, взятых в соотношении 10:1. Первый по ходу очищаемой воды слой состоял из 200 мл активного угля СКТ-7, модифицированного сульфидом марганца, содержание которого на угле было равно примерно 1% вес. Второй по ходу очищаемой воды слой состоял из 20 мл активного угля КСТ-7, модифицированного металлическим серебром, содержание которого составляло примерно 0,5% вес. Время контакта очищаемой воды с сорбентом варьировали от 0,25 до 1,5 часов.

Модифицированный сульфидом марганца активный уголь готовили путем адсорбционного нанесения на уголь расчетного количества ионов двухвалентного марганца в виде его хлорида или сульфата, реагирования их с сульфид-ионами, вводимыми в виде соли щелочного металла, и последующей отмывки от продуктов реакции и непрореагировавших реагентов. Полученные данные приведены в табл. 1.

Ресурсные характеристики устройства зависят от загрязненности воды вредными веществами. Стехиометрические расчеты показывают, что при массе очистного устройства 5-7 кг и загрязненности воды тяжелыми металлами в концентрации 5-10 мг/л, его ресурс составит более 1,5 м³, что при ежедневном потреблении питьевой воды семьей из 3-5 человек в количестве 12-15 литров позволяет использовать устройство без смены наполнителей в течение 3-5 месяцев. Использование предлагаемого способа очистки воды от тяжелых металлов в бытовых устройствах очистки воды позволяет исключить отравление населения этими чрезвычайно токсичными веществами.

Формула изобретения

1 Способ очистки питьевой воды от вредных примесей путем пропускания ее через фильтр с сорбентом из модифицированного серебром активного угля, отличающийся тем, что воду предварительно пропускают через фильтр со слоем гранулированного активного угля, модифицированного сульфидом марганца, содержание модифицирующего активный уголь компонента составляет 0,5 1 мас. объемное соотношение сорбентов в фильтрах находится в пределах 10 1 20 1, а время контакта очищаемой воды с сорбентами составляет 0,5 1 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1