Фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды

 

Изобретение относится к области водоподготовки. Фильтрующая загрузка содержит материал природного происхождения, инертный полимерный материал, низкоосновной анионит, низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, и сильнокислотный катионит при определенной плотности каждого из компонентов и определенном соотношении между ними. Загрузка эффективно очищает воду от солей жесткости, железа, марганца, алюминия и органических примесей. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к области водоочистки и может быть использовано для очистки вод из как поверхностных, так и артезианских источников водоснабжения.

Водопроводная питьевая вода даже после централизованной обработки характеризуется высоким содержанием железа, алюминия, 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, а в ряде случае 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.

Известно большое число фильтрующих загрузок, используемых для очистки воды.

Наиболее распространенными загрузками фильтров являются активированный уголь, ионообменные смолы, природные и модифицированные алюмосиликаты, волокнистые фильтрующие материалы (см., например, А.Д. Смирнов. Сорбционная очистка воды, Ленинград, 1982, стр. 69-96).

Для комплексной очистки воды рекомендованы многокомпонентные загрузки из смеси фильтрующих материалов разных типов (см., например, RU 2162010, 2001 г.).

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 20043310, 1995 г.; RU 2174956, 2001 г.).

Однако изготовление многослойной загрузки, особенно при большом количестве используемых веществ, затрудняет и усложняет процесс ее приготовления.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату является фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, содержащая катионит, анионит и материал природного происхождения, описанные в патенте RU 2084279, 1997 г.

Недостатком указанной выше загрузки является недостаточная степень очистки воды от железа и алюминия.

Задачей изобретения является разработка состава фильтрующей загрузки, позволяющей эффективно снижать общую жесткость воды, содержание железа, находящегося в различных степенях окисления и формах, алюминия, марганца и органических веществ природного происхождения, и при этом упростить способ изготовления многокомпонентной загрузки.

Поставленная задача решается описанной фильтрующей загрузкой для комплексной очистки воды, содержащей следующие компоненты, мас.%:

Низкоосновный анионит,

имеющий плотность

1,03-1,1 г/см³ 4-12

Низкоосновный 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, имеющий

плотность 1,2-1,3 г/см³ Остальное

Предпочтительным является массовое отношение в загрузке низкоосновного анионита к низкоосновному аниониту, импрегнированному гумусовыми веществами, равное 1:1.

Оптимальным является размер гранул материала природного происхождения, равный 2-4 мм, при этом рекомендовано использовать материал из ряда: кварцевый песок, антрацит.

Предпочтительный размер гранул инертного полимерного материала, выбранного из ряда: гранулированный полипропилен, полиэтилен и др., - составляет 2-4 мм.

В заявленной загрузке предпочтительно использовать в качестве низкоосновного анионита смолу типа DOWEX MWA-1 или DOWEX Marathon WBA в смешанной ОН-С1 форме с размером гранул 0,3-1,2 мм, а в качестве сильнокислотного катионита смолу типа DOWEX HCR-S или DOWEX Marathon С с размером гранул 0,3-1,2 мм.

Оптимально использовать низкоосновной анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, в количестве 8-12 мг ГВ на 1 мл смолы DOWEX MWB-1 или DOWEX Marathon WBA.

Предложенную фильтрующую загрузку рекомендовано размещать в цилиндрической емкости, установленной вертикально и снабженной входным и выходным патрубками для пропускания очищаемой воды, а также верхним и нижним дренажами.

Все характеристики используемых смол типа DOWEX известны (см. каталог "Ионообменные смолы "DOWEX", опубл. октябрь 1998 г., Франкфурт).

Способ приготовления указанной загрузки заключается в тщательном смешении указанных выше компонентов в заявленном количестве.

Выход за пределы заявленного состава снижает эффективность комплексной очистки воды.

Упрощение использования заявленной загрузки заключается в том, что при размещении заявленной смеси компонентов в цилиндрической емкости и последующем пропускании 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.

Эффективность очистки воды заявленной загрузкой подтверждается нижеприведенными примерами ее использования.

Приготовлены три состава в объеме формулы изобретения. Исходные компоненты состава промывают водой. Часть анионита была импрегнирована гумусовыми веществами пищевого класса до их содержания в анионите, равного 10 мг/мл анионита. Затем компоненты загрузки промывают деминерализованной водой и тщательно перемешивают, смесь загружают в цилиндрическую емкость, установленную вертикально, снабженную входным и выходным патрубками для пропускания воды, а также верхним и нижним дренажами. Через загрузку пропускают 5 об/об воды в направлении снизу вверх, а затем пропускают очищаемую воду в направлении сверху вниз со скоростью 20 об/об в час.

Пример 1.

Анионит DOWEX MWA-1

(ρ=1,04 г/см³, D=0,3-1,2 мм) 4 мас.%

Анионит DOWEX MWA-1,

импрегнированный гумусовыми

веществами 4 мас.%

Кварцевый песок

(D=2-4 мм, ρ=2,59 г/см³) 5 мас.%

Гранулированный полиэтилен

(D=2-4 мм, ρ=0,92 г/см³) 5 мас.%

Сильнокислотный катионит

DOWEX HCR-S в Nа⁺-форме

(ρ=1,27 г/см³, D=0,3-1,2 мм) 82 мас.%.

Пример 2.

Анионит DOWEX Marathon WBA

(ρ=1,15 г/см³,

D=0,525±0,05 мм) 12 мас.%

Анионит DOWEX Marathon WBA,

Импрегнированный гумусовыми

веществами 12 мас.%

Кварцевый песок

(D=2-4 мм, ρ=2,59 г/см³) 10 мас.%

Гранулированный полиэтилен

(D=2-4 мм, ρ=0,92 г/см³) 5 мас.%

Сильнокислотный катионит

DOWEX Marathon С в Nа⁺-форме

(ρ=1,27 г/см³, D=0,3-1,2 мм) 61 мас.%

Пример 3.

Анионит DOWEX MWA

(ρ=1,04 г/см³, D=0,3-1,2 мм) 6 мас.%.

Анионит DOWEX MWA-1,

импрегнированный гумусовыми

веществами 10 мас.%

Дробленый антрацит

(D=2-4 мм, ρ=1,67 г/см³) 7 мас.%

Гранулированный полиэтилен

(D=2-4 мм, ρ=0,91 г/см³) 7 мас.%

Сильнокислотный катионит

DOWEX HCR-S (ρ=1,27 г/см³,

D=0,3-1,2 мм) 70 мас.%

Данные по очистке воды различного состава приведены в нижеследующей таблице.

В аналогичных условиях степень очистки воды на загрузке, принятой за прототип, составила для ионов жесткости - н.б. 85%, для ХПК 68%, для железа - н.б. 70%, для марганца - н.б. 80%, для алюминия - н.б. 12%.

Как видно из приведенной таблицы, изобретение может быть эффективно использовано для очистки вод с различного вида загрязнениями.

Формула изобретения

1. Фильтрующая загрузка для комплексной очистки воды, содержащая катионит, анионит и материал природного происхождения, отличающаяся тем, что она содержит сильнокислотный катионит в Na- и/или К-форме, имеющий плотность 1,2-1,3 г/см³, низкоосновный анионит и низкоосновный анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, имеющие плотность 1,03-1,2 г/см³, материал природного происхождения с плотностью не менее 1,5 г/см³ и дополнительно содержит инертный полимерный материал с плотностью менее 1 г/см ³, при этом загрузка содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

Материал природного происхождения 5-10

Инертный полимерный материал 5-10

Низкоосновный анионит 4-12

Низкоосновный анионит,

Импрегнированный гумусовыми веществами 4-12

Сильнокислотный катионит Остальное

2. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит низкоосновный анионит и низкоосновный анионит, импрегнированный гумусовыми веществами, при их массовом соотношении 1:1.

3. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит материал природного происхождения в виде зерен размером 2-4 мм, выбранный из ряда кварцевый песок, антрацит.

4. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит инертный полимерный материал в виде гранул фракции 2-4 мм, выбранный из ряда гранулированный полиэтилен, гранулированный полипропилен.

5. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкоосновного анионита она содержит смолу типа DOWEX MWA-1 или DOWEX Marathon WBA в смешанной ОН-С1 форме с размером гранул 0,3-1,2 мм.

6. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит импрегнированный низкоосновный анионит - смолу типа DOWEX MWA-1 или DOWEX Marathon WBA, импрегнированную гумусовыми веществами в количестве 8-12 мг на 1 мл смолы.

7. Фильтрующая загрузка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве сильнокислотного катионита смолу типа DOWEX HCR-S или DO WEX Marathon С с размером гранул 0,3-1,2 мм.