НАПОЛНИТЕЛЬ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к области получения питьевой воды, в частности, к наполнителям устройств для очистки, обеззараживания и кондиционирования воды из непроверенных источников. В связи с увеличением общего загрязнения источников потребления воды возникает необходимость в надежной очистке и обеззараживании воды, предназначенной для питья. В значительной степени эту проблему можно решить используя устройства малой и средней производительности, в которых используются наполнители, содержащие неорганические бактерициды (йод и серебро), которые при совместном действии проявляют усиленный обеззараживающий эффект. Однако, отсутствие в очищенной питьевой воде ионов фтора способствует ослаблению защитных функций организма от радионуклидов и кариеса (Книжников В. А. Кальций и фтор. Радиационно-гигиенические аспекты. М. , Атомиздат, 1975, 200 с).

Известен наполнитель устройства для доочистки и обеззараживания водопроводной, родниковой или колодезной воды, состоящий из пяти последовательно соединенных между собой секций, которые заполнены материалами. Вода в наполнителе последовательно проходит через волокнистый фильтрующий материал, йодсодержащую анионообменную смолу, активированный уголь, серебросодержащий катионит, йодсодержащую анионообменную смолу, активированный уголь, смесь анионитов, серебросодержащий катионит и активированный уголь (Патент России N 2008273, кл. C 02 F 1/42, 1994). Наполнитель устройства позволяет очищать воду от загрязнений, содержание которых в воде в несколько раз превышает ПДК. На выходе из устройства получают воду, пригодную для питья и соответствующую ГОСТ 2874. К недостаткам такого наполнителя можно отнести то, что в нем отсутствует компонент, позволяющий проводить профилактику от поражения организма радионуклидами и кариесом, а также высокую многослойность, что требует значительного увеличения избыточного давления воды на входе в наполнитель (требуется дополнительное оборудование). Это осложняет возможность использования такого наполнителя в простых устройствах для очистки и кондиционирования воды в полевых условиях и экстремальных ситуациях.

Известен наполнитель многослойного устройства для очистки и обеззараживания воды, состоящий из слоев, разделенных перегородками. Послойно наполнитель состоит из слоя гранулированного активированного угля, слоя пентайодидной анионообменной смолы, третьего слоя - пустого, свободного от компонентов, слоя анионообменной смолы (в качестве сорбента йода) и слоя активированного угля (PCT 97/06109, C 02 F 9/00, 1997). Наполнитель устройства позволяет очищать и обеззараживать воду. Увеличение обеззараживающей способности наполнителя связано с увеличением времени контакта воды с обеззараживающей компонентой, в том числе и с йодом, выделяющимся из слоя пентайодидной анионообменной смолы.

К недостаткам такого наполнителя можно отнести использование только одного дезинфектанта, вследствие чего не наблюдается синергетический (усиливающий) эффект от использования разных типов обеззараживающих средств. Из-за этого введен в устройство дополнительный "пустой" слой. Также в наполнителе отсутствует компонент, позволяющий проводить профилактику от поражения организма радионуклидами и кариесом.

Известна композиция (наполнитель устройства) для обработки питьевой воды, состоящая из активированного угля и полимерного носителя, в который включены малорастворимые соединения фтора (Патент России N 2092451, кл. C 02 F 1/68, 1998). Композиция позволяет очищать воду от хлорорганических соединений и частично от тяжелых металлов. Выделяемые из композиции ионы фтора способствуют защите организма человека от радионуклидов и кариеса. К недостаткам такой композиции можно отнести слабо выраженные ионообменные свойства, которые не позволяют активно удалять такую примесь, как ионы тяжелых металлов. Кроме того, отсутствие в составе композиции обеззараживающих материалов способствует обрастанию ее бактериями.

Известен многослойный наполнитель устройства для очистки и обеззараживания воды, в котором обработка воды заключается в пропускании ее последовательно через слой йодсодержащей анионо-обменной смолы, слой адсорбента, содержащего серебро или смесь углеродного адсорбента с адсорбентом, содержащим серебро. В наполнитель, по ходу воды, перед йодсодержащей анионообменной смолой могут также входить слои катионообменного материала, анионообменного материала, волокнистого углеродсодержащего сорбента или активированного угля. После йодсодержащей анионообменной смолы, по ходу воды, в наполнитель могут входить слои катионообменного материала, анионообменного материала, волокнистого углеродсодержащего сорбента или активированного угля. Между компонентами наполнителя в местах, где это необходимо, а также на входе и выходе установлены перегородки из пористых полимерных материалов (WO 95/31403, C 02 F 1/42, 1995). Наполнитель имеет высокий ресурс по очистке воды от вредных примесей и ее обеззараживанию при высоких скоростях процесса. Так, при использовании его в индивидуальном устройстве трубчатого типа ресурс по очистке и обеззараживанию воды составляет 25-30 л при начальной скорости пропускания воды - 140-145 мл/мин.

Основным недостатком такого наполнителя является то, что предложенное размещение слоев не позволяет получить на выходе из наполнителя концентрации ионов серебра ниже ПДК (0,05 мг/л), особенно при пропускании первых литров воды. Также к недостаткам наполнителя можно отнести отсутствие компонента, позволяющего проводить профилактику от поражения организма радионуклидами, кариесом и его высокую многокомпонентность, что значительно усложняет наполнитель.

Анализ современного уровня техники показывает, что наиболее близким техническим решением к предлагаемому является наполнитель устройства для обеззараживания воды, который состоит из расположенных последовательно по ходу воды серебросодержащего катионита, модифицированного мадорастворимыми соединениями серебра, йодсодержащего компонента (твердого йода с размером частиц не менее 0,25 мм) и слоя анионита в галогенидной форме - поглотителя йода (Патент России N 2043310, C 02 F 1/50, 1995). Наполнитель устройства позволяет обеззараживать воду с высокой микробной обсемененностью по бактериям различных видов. При этом ресурс обеззараживания воды составляет 30-40 л при скорости пропускания через наполнитель 100 мл/мин. Масса наполнителя при этом составляет 8-10 г. Наполнитель устройства может служить в качестве источника обеззараженной воды в экстремальных ситуациях.

К недостаткам такого наполнителя можно отнести невысокую степень удаления органических примесей (пестициды, хлорорганика) и ионов тяжелых металлов, а также отсутствие компонента, позволяющего проводить профилактику от поражения организма радионуклидами и кариесом. Также к недостаткам можно отнести высокую концентрацию серебра на выходе из наполнителя, которая не соответствует требованиям к питьевой воде (превышение ПДК в 5-9 раз), вследствие чего наполнитель не может быть использован в бытовых целях.

В связи с этим возникла техническая задача - разработка наполнителя устройства для получения питьевой воды с показателями качества удовлетворяющими требованиям ГОСТ 2874 "Вода питьевая", служащей также средством профилактики от поражения организма радионуклидами и кариесом.

Решение задачи достигается тем, что наполнитель устройства для получения питьевой воды включает последовательно слои серебросодержащего адсорбента, йодсодержащего материала, анионита в галогенидной форме, углеродного адсорбента и фторсодержащего адсорбента при их соотношении, об.ч.:
Серебросодержащий адсорбент - 0,5-1,5
Йодсодержащий материал - 1,0-3,0
Анионит в галогенидной форме - 1,0-3,0
Углеродный адсорбент - 0,5-3,0
Фторсодержащий адсорбент - 0,8-3,5
Кроме того, наполнитель может содержать волокнистый полимерный материал в количестве 0,1-4,0 об.ч. с развесом 10-600 г/м, который размещен в виде прокладок между слоями или в виде гибких мешков. Причем в качестве серебросодержащего адсорбента используют смесь серебросодержащего ионита с содержанием серебра 0,1-0,4 г на грамм сухого ионита и углеродного адсорбента, при их соотношении, об.ч.: 0,3-1,0:0-1,0 соответственно, а в качестве фторсодержащего адсорбента используют ионит, содержащий малорастворимый фторид в количестве 0,05-0,4 г/грамм сухого ионита. К тому же, слой фторсодержащего адсорбента может быть расположен после слоя серебросодержащего адсорбента или после слоя анионита в галогенидной форме.

В качестве серебросодержащего ионита используют серебросодержащие сильнокислотные стиролдивинилбензольные катиониты с содержанием серебра не менее 0,1 г серебра на грамм сухого ионита; макропористые катиониты и аниониты, содержащие малорастворимые соединения серебра в таком же количестве.

В качестве йодсодержащего материала используют твердый йод и/или йодсодержащую анионообменную смолу.

В качестве анионита в галогенидной форме используют высокоосновный четвертичноаммониевый стиролдивинилбензольный анионит в хлоридной, бромидной или йодидной форме.

В качестве фторсодержащего адсорбента используют макропористые катиониты и/или аниониты, содержащие в своем составе 0,05-0,4 г фторида кальция или магния на 1 г сухого ионита.

В качестве углеродного адсорбента используют активированные угли или углеродные волокнистые материалы, применяемые в процессах подготовки питьевой воды.

В качестве волокнистых полимерных материалов, разделяющих слои наполнителя в виде прокладок или гибких мешков используют, например, нейтральные или ионообменные волокнистые материалы с развесом 10-600 г/м.

Наполнитель может быть использован в устройствах малой и средней производительности, выполненных в виде одной или нескольких колонн, имеющих круглое, квадратное или фигурное сечение фильтрующего элемента, цилиндрическую или коническую рабочую часть.

Анализ заявляемого наполнителя устройства для получения питьевой воды и известных технических решений показывает, что не имеется совокупности признаков, тождественных по технической сущности заявляемым. Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным техническим решением показывает, что заявленное решение отличается качественным и количественным соотношением компонентов наполнителя, а введение фторсодержащего адсорбента обеспечивает профилактику поражения организма радионуклидами и кариесом, то есть, придает воде физиологически необходимые свойства. Наполнитель обеспечивает получение питьевой воды удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к питьевой воде по большему количеству показателей качества (содержание органических примесей, тяжелых металлов, серебра).

Таким образом, заявляемый наполнитель соответствует критерию изобретения "новизна". В литературе и практике отсутствуют сведения о наполнителе, идентичном предложенному и это не следует явным образом из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Предложенное решение обеспечивает достижение технического результата, может быть реализовано при получении и кондиционировании питьевой воды, особенно в экстремальных условиях и обеспечивает возможность его многократного воспроизведения, что позволяет сделать вывод об удовлетворении заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Работоспособность наполнителя устройства в каждом из представленных примеров определяли по эффективности обеззараживания, степени очистки воды и насыщения ее ионами фтора и серебра.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1. В колонке с внутренним диаметром 10 мм и высотой 170 мм последовательно по ходу очищаемой воды расположены следующие слои: слой серебросодержащего адсорбента (СА), состоящий из смеси активированного угля (АУ1) СКТ (ТУ 6-16-2477-81) с серебросодержащим катионитом (СИ) КУ-23СМ (ТУ 6-06-10-88), слой йодсодержащего компонента (ЙК) в виде йодсодержащей анионообменной смолы СИА-1 (ТУ 64-2-381-87), слой высокоосновного четвертичноаммониевого анионита АВ-17-8чс (ГОСТ 20301) в хлоридной форме (АВ), слой активированного угля (АУ2) БАУ-Б (ГОСТ 6217) и слой фторсодержащего адсорбента (ИФ) КУ-фторатора (ТУ 2227-374- 09201208-98). Объемное соотношение компонентов (слоев) наполнителя и порядок их расположения представлены в таблице 1.

Через колонку пропускают модельный водный раствор приготовленный на воде из Москвы-реки в количестве 30 л с начальной скоростью 100 мл/мин. В состав модельного раствора входят тяжелые металлы: железо, ртуть, свинец, стронций, кадмий в количестве 10 ПДК, органохлориды (хлороформ) - 5 ПДК, фенол -0,005 мг/л, бактерии группы E.Coli - 10^6 кл/л, Staphilococcus aureus - 10^6 кл/л, B.anthracoides - 10M^6 кл/л, вирус полиомелита - 4,0=0,25 lg ТЦД 50/л, цисты лямблий - 5 экз/л, криптоспоридии - 5 экз/л. Содержание на выходе тяжелых металлов составило не более 0,4-0,8 ПДК. Содержание органохлоридов составляло не более 0,2 ПДК, фенола - 0,0003 мг/л. Содержание в воде ионов фтора и серебра на выходе из наполнителя также соответствовало требованиям ГОСТ 2874. Данные представлены в таблице 2.

Содержание бактерий группы E.Coli, Staphilococcus aureus, B.anthracoides, вируса полиомелита, цист лямблий, криптоспоридий на выходе из наполнителя соответствует гигиеническим нормативам.

Анализы на содержание: ртути, свинца, стронция, кадмия проводились атомно-адсорбционным методом; железа - по ГОСТ 4011; ионов фтора - по ГОСТ 4386; ионов серебра - по ГОСТ 18293; органохлоридов и фенолов - по справочнику "Свойства, методы анализа и очистки воды" - Киев: Наукова думка, 1980, ч.1,2; бактерий, вируса полиомелита, цист лямблий - по методическим указаниям по санитарно-биологическому анализу воды поверхностных водоемов - М.: МЗ СССР, 1981.

Пример 2. В устройстве квадратного сечения со стороной 70 мм и высотой 100 мм последовательно по ходу очищаемой воды расположены следующие слои наполнителя: слой на основе смеси углеродсодержащего волокнистого адсорбента КНМ (ТУ 6-16-28-1561-93) с анионитом АВ-17-10П (ГОСТ 20301), содержащим в своем составе малорастворимое соединение серебра AgCl; слой анионита А-505 (PUROLITE), содержащего малорастворимое соединение фтора MqF.; слой йодсодержащей анионообменной смолы БА-1 (ТУ 2227-351-09201208-95); слой высокоосновного четвертичноаммониевого анионита АВ-17-10П в йодидной форме; слой активированного угля АГС-4 (ТУ 6-16-2420-80).

Через наполнитель пропускают модельный водный раствор, приготовленный на водопроводной дехлорированной воде г. Москвы в количестве 450 л с начальной скоростью 150-200 мл/мин. В состав модельного раствора входили тяжелые металлы: железо, ртуть, свинец, кадмий в количестве 5 ПДК, органохлориды - 2 ПДК, фенол - 0,005 мг/л, бактерии группы E.Coli - 10^6 кл/л, Staphilococcus aureus - 10^6 кл/л, B.anthracoides - 10^6 кл/л, вирус полиомелита - 2,0=0,25 lg ТЦД 50/л, криптоспоридии - 5 экв/л. Содержание на выходе тяжелых металлов составило не более 0,4 - 0,8 ПДК. Содержание органохлоридов составляло не более 0,1 ПДК, фенола - 0,0003 мг/л. Содержание в воде ионов фтора и серебра на выходе ив наполнителя также соответствовало требованиям ГОСТ 2874. Данные представлены в таблице 2.

Объемное соотношение компонентов (слоев) наполнителя и порядок их расположения представлены в таблице 1. Содержание ионов серебра, фтора, железа, ртути, свинца, кадмия, хлорорганических соединений и фенола в воде, представлено в таблице 2.

Содержание бактерий группы E.Coli, Staphilococcus aureus, B.anthracoides, вируса полиомелита, криптоспоридии на выходе из наполнителя соответствует гигиеническим нормативам.

Пример 3. В устройстве, состоящем из отдельно расположенных четырех колонок, объемом 550 мл каждая, по ходу воды, загружают наполнитель: слой из смеси активированного угля AC-20G (PUROLITE) с катионитом С-150 (PUROLITE), содержащим в своем составе малорастворимое соединение серебра AgO; слой из смеси йодсодержащей анионообменной смолы БA-1 с твердым йодом (ГОСТ 4159) (размер частиц 1-2,5 мм) в соотношении 1:1; слой высокоосновного четвертичноаммониевого анионита А-100 (PUROLITE) в хлоридной форме; слой углеродсодержащего адсорбента КНМ; слой катионита КУ-23, содержащего малорастворимое соединение фтора CaF. Каждый из слоев наполнителя упакован в гибкий мешок с водопроницаемыми стенками из волокнистого полимерного материала (ВПМ) Agril с развесом 10 г/м.

Через наполнитель пропускают модельный водный раствор в количестве 3000 л со скоростью 1,0 - 1,2 л/мин. Параметры модельного раствора представлены в примере 1. Объемное соотношение компонентов (слоев) наполнителя и порядок их расположения представлены в таблице 1. Содержание ионов серебра, фтора, железа, ртути, свинца, стронция, хлорорганических соединений и фенола в воде, представлено в таблице 2.

Содержание бактерий группы Е.Coli, Staphilococcus aureus, B.anthracoides, вируса полиомелита, цист лямблий на выходе из наполнителя соответствует гигиеническим нормативам.

Пример 4. В колонке с внутренним диаметром 12 мм и высотой 200 мм последовательно по ходу очищаемой воды расположены следующие слои: слой серебросодержащего катионита КУ-23СП (ТУ 2227-363-09201208-96), слой твердого йода, слой высокоосновного четвертичноаммониевого анионита АВ-17-8чс в хлоридной форме, слой активированного угля F400 (Chemviron Carbon), слой высокоосновного анионита АВ-17-10П, содержащего в своем составе малорастворимое соединение CaF. Каждый слой наполнителя отделен от другого волокнистым полимерным материалом ВИОН КН-1 (ТУ 6-12-31-772-91), а на входе и выходе расположен волокнистый полимерный материал ФВНР (ТУ 6-06-655-78) с развесом 600 г/м. Объемное соотношение компонентов (слоев) наполнителя и порядок их расположения представлены в таблице 1. Далее по примеру 1.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый наполнитель устройства для получения питьевой воды позволяет получать воду, являющуюся профилактическим средством от поражения организма радионуклидами и кариесом. Уровень содержания ионов фтора в очищенной и обеззараженной воде соответствует требуемым нормативам (0,5 - 1,5 мг/л). Вода, получаемая с помощью наполнителя, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питьевой воде по микробиологическим показателям, а также по показателям: содержание органических примесей, тяжелых металлов, серебра. Таких результатов невозможно было добиться при использовании известных технических решений, а использование волокнистых полимерных материалов в виде гибких мешков с водопроницаемыми стенками, в которые загружают компоненты (слои) наполнителя позволяет значительно упростить процесс компановки устройств с использованием предлагаемого наполнителя.